Đề tài đề xuất phương án xếp hàng container tối ưu cho tàu_2

Trong vận hội mới của đất nước, với tốc độ tăng trưởng kinh tế, ngoại thương được nâng cao, vận tải hàng hóa bằng đường biển ngày càng chiếm một tỷ trọng lớn, vai trò của ngành hàng hải,

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia biển, có một nửa biên giới giáp với biển từ phía Đông, Nam và Tây Nam bao gồm 3.260km bờ biển từ Bắc và Nam với nhiều vị trí phù hợp cho sự hình thành và phát triển một hệ thống cảng biển hiện đại Đây là những tiềm năng to lớn mang tính chất chiến lược để chúng ta đẩy mạnh phát triển kinh tế biển

Vị trí nước ta cũng kề cận ngay bên nhiều tuyến hàng hải quốc tế, lại thuộc khu vực đang có tốc độ phát triển kinh tế cao và thị trường vận tải biển sôi động, tàu thuyền ra vào thuận tiện, giao lưu với các châu lục nhanh chóng, dễ dàng Trong vận hội mới của đất nước, với tốc độ tăng trưởng kinh tế, ngoại thương được nâng cao, vận tải hàng hóa bằng đường biển ngày càng chiếm một tỷ trọng lớn, vai trò của ngành hàng hải, trong đó có ngành đóng tàu biển ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết

Công nghiệp đóng tàu biển, hơn thế nữa, lại là một ngành công nghiệp lớn, một ngành công nghiệp tổng hợp, sử dụng nhiều sản phẩm của nhiều ngành công nghiệp khác nhau Do đó, công nghiệp đóng tàu biển được coi là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, tạo thị trường cho các ngành công nghiệp dịch vụ khác phát triển

Trong giai đoa ̣n hô ̣i nhâ ̣p hiê ̣n nay , cùng với sự phát triển của công nghiê ̣p đóng tàu thì ngành vâ ̣n tải đa phương thức của nước ta cũng đã có những tiến triển đáng kể Với tốc độ phát triển vượt bậc của ngành công nghệ đóng tàu trong thời gian vừa qua, đội tàu biển Việt Nam đã có sự phát triển rất nhanh chóng về mặt số lượng, kích cỡ và chủng loại tàu Ngoài các tàu biển đã qua sử dụng mua từ nước ngoài, ngành công nghiệp đóng tàu trong nước đã cho ra đời một số lượng tương đối lớn các tàu đóng mới Đội tàu biển Việt Nam đang từng bước vươn ra xa hơn trên các vùng biển quốc tế và khả năng cạnh tranh cũng được nâng cao đáng kể

thiết kế , công ty vâ ̣n tải, các tổ chức hàng hải quan tâm Để đảm bảo được các yếu

tố đó một cách cao nhất thì phương án xếp hàng trên tàu là một trong các yếu tố ảnh hưởng tới sự an toàn của thuyền viên, tàu và hàng hóa trên biển

Hàng hóa được vận chuyển bằng đường biển gồm có rất nhiều loại khác nhau, được chuyên chở theo tính chất của loại hàng đó như hàng quặng, than, dầu mỏ, chất lỏng…, hoặc được đóng gói theo quy cách riêng phù hợp với việc vận chuyển bằng đường biển như hàng bách hóa, hàng đông lạnh, hoặc được đóng trong các thùng tiêu chuẩn hóa như container Do tính chất hàng hóa và cách xếp dỡ khác nhau, nên với mỗi loại hàng hóa lại có những sự khác nhau về phương án xếp hàng lên tàu Đã có rất nhiều tai nạn hàng hải xảy ra mà nguyên nhân gây tai nạn được xác định là do sự sai sót về sơ đồ xếp hàng trên tàu Chính vì thế mà nghiên cứu xây dựng phương án xếp hàng trên tàu không chỉ hữu ích cho các nhà thiết kế , cơ quan đăng kiểm , hay chính quyền hàng hải các nước mà cả với những người k hai thác, vận hành con tàu Đây được xem như là một trong các biện pháp để khắc phục và giảm thiểu tai nạn vô cùng cấp thiết và quan trọng Chính vì sự cấp thiết nói trên mà tôi chọn đề tài : “Nghiên cứu xây dựng phương án xếp hàng container tối ưu cho tàu O M AUTUMNI của Công ty Gemadept HP” làm luâ ̣n văn tha ̣c sỹ kỹ thuật ngành kỹ thuật tàu thủy

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Tâ ̣p hợp, hê ̣ thống hóa cơ sở lý thuyết và thực tế khai thác để xây dựng được phương án tối ưu trong việc xếp hàng container lên tàu tại cảng, đảm bảo an toàn

và hiệu quả kinh tế cao

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết , áp dụng vào tính toán tính ổn định , sức bền thân tàu dựa trên việc áp dụng phần mềm tính toán các phương án xếp hàn g tàu container TSB Supercargo

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tàu chở hàng container

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là phương án xếp hàng container tối ưu cho tàu chở hàng container dựa trên các cơ sở lý thuyết về ổn định, sức bền và khai thác tàu, đồng thời áp dụng lên một con tàu cụ thể là tàu O.M AUTUMNI

4 Phương pha ́ p nghiên cứu của đề tài

Dựa trên cơ sở lý thuyết về tàu thủy, khai thác tàu và tổng hợp công thức tính toán trong quy phạm, cũng như các yếu tố khai thác thực tế, áp dụng phần mềm TSB Supercargo để lập nên phương án xếp hàng container tối ưu cho tàu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài có ý nghĩa về mă ̣t khoa h ọc ứng dụng : Đề tài đề xuất phương án xếp hàng container tối ưu cho tàu trong từng trường hợp cụ thể, kết hợp với ứng dụng thành tựu khoa học kĩ thuật để đảm bảo sự an toàn cho con người, tàu và hàng hóa khi tàu hành trình trên biển

Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho đào tạo v à nghiên cứu cho sinh viên ngành thiết kế tàu thủy, giúp các nhà thiết kế, các nhà khai thác nhanh chóng lập được phương án xếp hàng cho tàu sao cho đảm bảo an toàn cho tàu và hiệu quả kinh tế cao

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Theo từ điển kỹ thuật thì tàu container là một loại tàu chở hàng dùng để chuyên chở các loại hàng hóa được đóng kín trong các thùng có kích thước cố định

có thể đặt trên các xe kéo có rơ móc Trong tiếng Anh, “container” có nghĩa là thùng Vậy tàu container là loại tàu dùng để chở các thùng hàng đóng kín

Container là một loại thùng chứa tiêu chuẩn, kết cấu vững chắc có thể sử dụng được nhiều lần Vận chuyển bằng container nghĩa là đem các kiện hàng lẻ đa dạng xếp vào container có kích thước tiêu chuẩn làm đơn nguyên vận chuyển từ “ Cửa” (Door), “Trạm container” (Container Freight Station - CFS), “Bãi container” (Container Yard-CY) đến “Cửa”, "Trạm” hoặc '' Bãi” đích trên một mạng lưới bao trùm khắp thế giới Đó là một phương thức vận tải tiên tiến, hiệu quả cao Ngày nay, danh mục hàng hoá chuyên chở bằng container không ngừng tăng lên, chủ yếu bao gồm như hàng rời, hàng lỏng, các sản phẩm công nghiệp, các chi tiết máy và hoá chất các loại khác nhau trong đó có cả các loại hàng đặc biệt nguy hiểm trong chuyên chở

Container dùng chuyên chở hàng trên biển có thể phân loại theo các dấu hiệu như công dụng, kết cấu, vật liệu chế tạo, trọng lượng lớn nhất Các container không phụ thuộc vào công dụng, vật liệu, kết cấu, đều có kích thước tiêu chuẩn Năm 1968 tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO đã thống nhất tiêu chuẩn về container bao gồm kích thước bao ngoài, trọng lượng khai thác lớn nhất, các nút kết cấu của container cho phép bảo quản các container khi xếp dỡ và cố định trên các phương tiện chuyên chở

Việc tiêu chuẩn hoá các kích thước của container khiến cho việc thao tác chúng trở nên dễ dàng hơn và tăng năng suất của công tác xếp dỡ Ngoài ra, các kích thước tiêu chuẩn của container còn đóng góp đáng kể vào việc xác định hai nhân tố chính của hệ thống vận tải container là Tàu và Đầu mối

Container tổng hợp là loại container thường được dùng nhất trong số các loại container được dùng trong vận tải biển Loại container này dùng để chuyên chở

hàng bách hoá và hàng đơn chiếc, hàng thực phẩm, hàng công nghiệp như các chi tiết điện tử và công nghiệp in ấn, các loại hàng không đóng thùng hoặc là hàng được đóng ở trong bao gói…

Thực tế khai thác container cho thấy thể tích bên trong của container khi vận chuyển hàng có khối lượng riêng nhỏ thường không đủ, từ đó sinh ra loại container

có chiều cao lớn (high cube)

Đối với các container dùng chuyên chở hàng thể hạt ở dạng bột, hạt hoặc là hạt nhỏ, xi măng, muối, mỡ, sữa bột, cao lanh, nguyên liệu dùng sản xuất chất dẻo, việc xếp hàng của chúng được tiến hành qua các miệng hoặc nắp chuyên dụng

Bảng 1.1 Các loại container thường được sử dụng trong vận tải biển

Loại container Hình dáng bên ngoài

Loại kích thước

Container tổng hợp (General purpose container)

20’

40’

Container tổng hợp có chiều cao lớn (high cube general purpose container)

40’

Container không nắp (open top container)

20’

40’

Containet đông lạnh (Refrigerate

d container)

20’

Containet đông lạnh

có chiều cao lớn (High cube refrigerated container)

40’

Container xi téc (Tank container)

sự thoát nhiệt khoảng 18,5 Cal/ h.grad khi nhiệt độ trung bình của vách là 100C Trọng lượng vỏ không của container là 2,35 tấn Để đảm bảo sự truyền dẫn làm mát hoặc là sưởi ấm bằng không khí từ tổ máy tàu, ở các vách trước của container

có 2 lỗ đường kính 254 mm

Container đông lạnh chính là container bảo ôn nhưng có thiết bị chuyên dụng đảm bảo nhiệt độ cần thiết

Các container - xi téc dùng để vận chuyển hàng lỏng có kích thước bao ngoài thoả mãn tiêu chuẩn ISO Container - xi téc ISO chia ra loại khung và loại dầm Container loại khung có 4 thanh dọc bảo vệ thân xi téc và tiếp nhận tải trọng dọc Container - xi téc kết cấu dầm không có các thanh dọc Thân vỏ các xi téc như vậy trực tiếp tiếp nhận áp lực bên trong và tải trọng bên ngoài phát sinh khi vận chuyển

Kích thước bao ngoài của các loại container này theo tiêu chuẩn ISO và EURO được trình bày tại bảng 1.2

Bảng 1.2 Bảng thống kê số lượng các loại container

Kích thước cotainer, feet

Kích thước container, m

Trọng lượng lớn nhất, tấn (gross weight)

Tiêu chuẩn

Chiều dài

Chiều rộng Chiều cao

24.0

ISO

668 (1995)

Phải đến một thập kỷ sau, mới bắt đầu giai đoạn phát triển mạnh mẽ, toàn

chuyển container cho đến nay đã phát triển nhanh chóng, trở thành một phương thức vận tải quan trọng trên biển mang lại lợi ích vô cùng to lớn Đạt được sự phát triển đó là do phương thức vận tải container đã thể hiện được tính ưu việt của nó so với các phương thức vận chuyển hàng hóa trước đó:

- Giảm nhân lực, chi phí, thủ tục trong việc đóng gói, bao bì, xếp dỡ, xử lý chất xếp thuận tiện cho việc cơ giới hóa xếp dỡ, cải thiện điều kiện lao động;

- Năng suất xếp dỡ cao, tốc độ quay vòng tàu nhanh, làm giảm giá thành vận tải;

- Giảm tổn thất hàng hóa, thất lạc, mất cắp, lẫn lộn hàng hóa, giảm các thủ tục bao bì, kiểm đếm nâng cao chất lượng vận tải;

- Bảo vệ hàng hóa khỏi ảnh hưởng thời tiết;

- Giảm tối thiểu sự ô nhiễm môi trường;

Quá trình container hóa đã thúc đẩy quá trình xây dựng ngành vận tải chuyên dụng trong đó có tàu container Với sự tăng mạnh về nhu cầu “container” trong vận chuyển hàng, số lượng tàu container đóng mới đã tăng lên đáng kể, từ 25% trong thị phần đóng tàu thế giới năm 2005 lên 31% thị trường năm 2006 Trên thế giới hiện nay có khoảng hơn 20 triệu container chuẩn (TEU) Theo thống kê của Lloyd’s List Intelligence (LLI), lần đầu tiên trong lịch sử, trọng tải bình quân của tàu container đóng mới được giao trong năm 2014 đã vượt 7.000 Teus (chính xác

là 7.211 Teus), tăng 11,2% so với năm 2013 Cũng theo thống kê của LLI, năm

2010 trọng tải bình quân của tàu container đóng mới chỉ là 5.233 Teus/tàu thì đến năm 2015 sẽ tăng lên tới gần 8.000 Teus/tàu Tàu container thế hệ mới nhất đã được giao tháng 10/2014 là tàu CSCL Globe của hãng tàu China Shipping có sức chở lên tới 19.100 Teus

Theo thống kê đến đầu năm 2010, đội tàu container chuyên dụng trên thế giới

có khoảng 5162 tàu (sức chở 16,1 triệu Teus) Chi tiết về số lượng tàu theo các cỡ như bảng dưới:

Bảng 1.3 Sự phát triển của đội tàu container trên thế giới

Năm

Số lượng

% so với đội tàu thế giới

GT, (nghìn tấn)

% so với đội tàu thế giới

DW, (triệu tấn)

% so với đội tàu thế giới

103TEU

% so với đội tàu thế giới

Các tàu container hiện hoạt động theo một lịch trình nghiêm khắc do các công

ty chủ tàu công bố nhằm nâng cao uy tín đối vổi khách hàng và tăng cường sức cạnh tranh các công ty vận tải trên thị trường vận tải thế giới Tàu container có thời gian nằm tại cầu cảng và thời gian làm hàng ngắn, nên yêu cầu về việc lập sơ đồ xếp hàng cho tàu cần phải được tiến hành nhanh chóng Với trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin, hiện nay trên các tàu container hầu hết đều được trang bị các phần mềm giúp hỗ trợ cho thuyền trưởng, đại phó tàu trong việc lên sơ đồ xếp hàng một cách nhanh chóng, thuận lợi, đẩy nhanh tốc độ khai thác tàu, nâng cao lợi ích khai thác

1.2 Tình hình ở Việt Nam

Trong những năm gần đây nền kinh tế Việt Nam tiếp tục phát triển với tốc độ cao GDP tăng bình quân 7,5% năm, kim ngạch xuất nhập khẩu tăng 20% năm Ngành hàng hải thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng phát triển mạnh và đạt

Hoạt động kinh doanh vận chuyển hàng bằng container ở Việt Nam bắt đầu được chú trọng đầu tư vào những năm cuối của thập niên 90 thế kỷ XX Nét chung trong kinh doanh vận chuyển container của các doanh nghiệp vận tải b iển Việt Nam là đều kinh doanh khai thác các tàu container trọng tải nhỏ (dưới 2.000 Teus)

và vì thế hình thức kinh doanh chủ yếu là cho thuê định hạn làm các tàu chạy feeder (gom hàng từ cảng nhỏ trong khu vực về cảng trung chuyển quốc tế) và khai thác tuyến nội địa Cũng chính vì vậy sau hơn 10 năm, kể từ khi hoạt động vận chuyển container xuất hiện tại Việt Nam, đến nay hình thức kinh doanh này vẫn nhỏ lẻ, manh mún

Để đẩy nhanh quá trình vận tải biển bằng tàu container, bên cạnh việc phát triển về đội tàu container đảm bảo chất lượng kĩ thuật, thì công tác nghiên cứu các yếu tố để đảm bảo khai thác tàu một cách hiệu quả, an toàn cũng đang được chú trọng rất nhiều Sơ đồ xếp hàng container lên tàu là một trong các yếu tố rất quan trọng của quá trình khai thác

Thời gian tàu container dừng ở cảng rất ngắn, công việc tính toán, xếp hàng đảm bảo những yêu cầu an toàn lại rất nghiêm khắc, tốn không ít thời gian Trong thực tiễn khai thác tàu container hiện nay, để đảm bảo quay vòng tàu nhanh, nâng cao hiệu quả kinh tế, sơ đồ chất xếp container thường được chuẩn bị bởi các cơ quan nghiệp vụ trên bờ gồm công ty chủ tàu, đại lý hoặc công ty bốc xếp phối hợp với thuyền trưởng, đại phó tiến hành Công việc lập sơ đồ được tiến hành bằng máy tính, thông qua mạng lưới thông tin liên lạc như email để chuyển tải các văn bản, tài liệu chứng từ

Do thời gian và giới hạn của một đề tài luận văn thạc sĩ, đề tài của tôi không thể giải quyết tất cả các phần mà chỉ đi sâu vào tìm hiểu lý thuyết các yếu tố ảnh hưởng tới phương án xếp hàng container lên tàu, mà cụ thể ở đây là tập trung nghiên cứu lý thuyết về tính ổn định, sức bền chung thân tàu và các yếu tố khai thác thực tế

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC LẬP PHƯƠNG ÁN XẾP

HÀNG CONTAINER TỐI ƯU 2.1 Các thông số cơ bản của tàu và hồ sơ tàu

2.1.1 Các thông số cơ bản của tàu

- Chiều dài lớn nhất LOA: là khoảng cách giữa hai điểm xa nhất về phía mũi và phí đuôi tàu, đo trên mặt phẳng đối xứng

- Chiều dài giữa hai đường vuông góc LPP: là khoảng cách giữa hai đường vuông góc mũi (FP) và đường vuông góc đuôi (AP) của tàu

 Đường vuông góc mũi (FP) là đường thẳng đứng đi qua giao điểm của đường nước chở hàng mùa hè (Summer Load Line) với mặt trước của sống mũi

 Đường vuông góc đuôi (AP) là đường thẳng đứng đi qua tâm trục lái

- Chiều dài đường nước L WL là chiều dài đường nước chở hàng mùa hè, đo trên mặt phẳng đối xứng

- Chiều dài tàu: (điều 1.2.20 – Quy phạm Phân cấp và Đóng tàu biển vỏ thép, QCVN 21: 2010/BGTVT) chiều dài tàu (L) là khoảng cách, tính bằng mét, đo trên đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất được định nghĩa ở 1.2.29.2 (Đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất là đường nước ứng với trạng thái toàn tải), từ mặt trước sống mũi đến mặt sau trụ bánh lái, trong trường hợp tàu có trụ bánh lái, hoặc đến đường tâm trục lái, nếu tàu không có trụ bánh lái Tuy nhiên, nếu tàu có đuôi kiểu tuần dương hạm thì L được đo như trên hoặc bằng 96% toàn bộ chiều dài đường nước chở hàng thiết kế lớn nhất, lấy giá trị nào lớn hơn

- Chiều rộng lớn nhất B max là khoảng cách giữa hai điểm xa nhất về hai bên mạn tàu, đo tại mặt phẳng sườn giữa

Hình 2.1 Các kích thước chính thân tàu

- Chiều rộng thiết kế B: là chiều rộng của đường nước chở hàng mùa hè đo tại mặt phẳng sườn giữa (hay là khoảng cách giữa mép ngoài của sườn mạn này đến mép ngoài của sườn mạn kia trên đường nước chở hàng mùa hè đo tại mặt phẳng sườn giữa)

- Chiều cao mạn D: là khoảng cách thẳng đứng từ mặt phẳng cơ bản đến mép dưới của tôn boong trên đo tại mặt phẳng sưòn giữa

- Chiều chìm T: là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt phẳng cơ bản đến đường nước chở hàng mùa hè đo tại mặt phẳng sườn giữa

- Mạn khô mùa hè (Summer Free Board): Là khoảng cách thẳng đứng ở giữa tàu tính từ mép trên đường boong đến xuống mép trên của đường dấu chuyên chở mùa hè

- Mạn khô của tàu (Free board): Là khoảng cách thẳng đứng ở giữa tàu tính từ mép trên đường boong đến đường nước của tàu

Hình 2.2 Dấu chuyên chở

- Độ cong dọc: là độ chênh của đường boong từ giữa tàu với các điểm tận cùng phía mũi và lái của tàu

- Độ cong ngang: là độ chenh của boong từ mạn so với trục dọc tàu

- Mớn nước: là khoảng cách thẳng đứng từ đường nước tới ky tàu Trong thực

tế, tàu có thể ở tư thế bất kỳ ( nghiêng, chúi ) nên khoảng cách này sẽ khác nhau tại các vị trí khác nhau theo chiều dài tàu

Thông thường mớn nước của tàu được lấy ở ba vị trí: mũi, lái và giữa tàu

 Mớn nước mũi (TF): là khoảng cách thẳng đứng từ giao điểm của đường vuông góc mũi và đường kéo dài của mép trên ky đáy đến đường nước chở hàng mùa hè

 Mớn nước lái (TA): là khoảng cách thẳng đứng từ giao điểm của đường vuông góc lái và đường kéo dài của mép trên ky đáy đến đường nước chở hàng mùa hè

 Mớn nước giữa (TM): là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt phẳng đường nước đến ky tàu tại mặt phẳng sườn giữa tàu

Hình 2.3 Mớn nước và thước đo mớn nước

- Hiệu số mớn nước (t = TF - TA ): là giá trị hiệu số của mớn nước mũi và mớn nước lái của tàu

Trong thực tế, mớn nước của tàu được gắn ở cả hai mạn tàu phía mũi, lái và

thực của tàu khi có hiệu số mớn nước, ta cần phải hiệu chỉnh vào mớn nước biểu kiến một lượng hiệu chỉnh nhất định

- Lượng chiếm nước (D): là trọng lượng của phần thể tích nước mà tàu chiếm chỗ

- Trọng lượng tàu không ( Dls): là toàn bộ trọng lượng tàu không, bao gồm vỏ, máy , các trang thiết bị, phụ tùng nhưng không bao gồm nhiên liệu, nước ngọt ( trừ nước trong nồi hơi )

- Trọng tải của tàu ( D wt): là trọng lượng tính bằng tấn của hàng hóa, nhiên liệu, nước ngọt, thuyền viên, hành khách, lương thực, thực phẩm, hằng số tàu được chở trên tàu ( thường được tính đến đường mớn nước mùa hè )

Dwt = Dc + Dst + Dballast + Constant (2.1)

Từ các khái niệm về lượng chiếm nước và trọng lượng tàu không, có thể xác định Dwt bằng công thức sau:

Dwt = D – Dls (2.2)

- Trọng tải thuần túy (Dc): là trọng lượng hàng chuyên chở trên tàu

- Lượng dự trữ (Dst): là trọng lượng của dầu mỡ, nước ngọt…

- Hằng số tàu ( Constant ): là sự chênh lệch giữa trọng lượng tàu không hiện tại với trọng lượng tàu không theo thiết kế

Đối với mỗi con tàu, trong hồ sơ tàu sẽ cho giá trị Constant ban đầu lúc mới đóng Qua quá trình khai thác, Constant sẽ thay đổi, do vậy ta phải thường xuyên xác định lại

- Dung tích toàn phần ( Gross Tonnage – GT ): là một đại lượng không thứ nguyên và là hàm số của tất cả các thể tích lý thuyết của tất cả các không gian kín của tàu

GT = K1 x V (2.3) Trong đó:

 K1: là hệ số được tra trong bảng của Công ước Quốc tế về đo dung tích tàu biển Tonnage 69 với đối số là V

K1 = 0,2 + 0,02.log10 V (2.4)

 V: là tổng thể tích của các không gian kín của tàu ( m3

), tất cả các không gian được bao bọc bởi thân tàu, các kết cấu ngăn dọc, các vách cố định hay di động, các boong hoặc các nắp đậy trừ các mái che cố định hay di động

- Dung tích có ích ( Net Tonnage – NT ): là một đại lượng không thứ nguyên

và là hàm số của tất cả các thể tích lý thuyết của các không gian dành cho chứa hàng của tàu, của chiều cao mạn, chiều chìm tàu và số hành khách được phép chuyên chở

- Gross Tonnage và Net Tonnage được cho trong hồ sơ tàu và có trong Giấy chứng nhận dung tích của tàu ( International Tonnage Certificate ) Đây là các thông số khai thác quan trọng của tàu Các giá trị này thường làm cơ sở để tính các loại lệ phí của tàu ( cảng phí, hoa tiêu phí, phái lai dắt ) cũng như tính độ lớn của đội tàu thuộc một công ty hay của quốc gia

- Ngoài các loại dung tích trên, còn có dung tích qua kênh đào Panama và kênh đào Suez tính theo cách tính riêng ( Có giấy chứng nhận đo dung tích riêng cho các kênh đào này và dùng cho mục đích tính phí qua kênh đào )

- Dung tích hàng bao kiện ( Bale Capacity – m3

hoặc Ft3 ): đây là khoảng không gian đo giữa các xà ngăn cách hoặc đo đến các sườn mạn tàu trong hầm hàng của tàu Giá trị này được cho trong hồ sơ tàu đối với từng hầm hàng một và được dùng để tính toán khả năng chứa hàng bao kiện của tàu

- Dung tích hàng rời ( Grain Capacity – m 3

hoặc Ft3 ): đây là khoảng không gian chứa hàng đo đến sát tôn mạn của hầm hàng Giá trị này cũng được cho trong

hồ sơ tàu đối với từng hầm hàng một và được dùng để tính toán khả năng chứa hàng rời của tàu Dung tích hàng rời thường lớn hơn dung tích hàng bao kiện

- Hệ số rỗng chết xếp ( Allowance for Brocken Stowage ): Đây là một hệ số biểu thị độ rỗng của hầm hàng khi xếp một loại hàng riêng biệt nào đó Nó được

Giá trị này phụ thuộc vào cấu trúc, kích thước và hình dáng của hầm hàng, phụ thuộc vào chủng loại, kích cỡ và hình dáng của hàng hóa Hệ số rỗng đối với các loại hàng hóa có thể được tham khảo qua tư liệu của các công ty xếp dỡ

2.1.2 Khai thác hồ sơ tàu:

Hồ sơ tàu là một bộ gồm nhiều tài liệu chứa đựng các thông số kỹ thuật, biểu bảng, bản vẽ, chi tiết của tàu cho biết các thông tin, hướng dẫn phục vụ cho các tính toán liên quan đến tàu, hàng hóa, ổn định, sức bền, mớn nước .trong khai thác tàu

Trong hồ sơ tàu, chúng ta cần đặc biệt quan tâm đến một số tài liệu sau đây để

có thể có các thông tin cần thiết cho tính toán hàng hóa, tính và kiểm tra ổn định, sức bền, mớn nước của tàu:

“Cuốn thông tin về xếp hàng và ổn định” (Loading and Stability Information Booklet): Đây là tài liệu rất quan trọng, cung cấp đầy đủ các thông tin về các thông số khai thác, thông số kỹ thuật, các biểu bảng, các hệ đường cong thủy tĩnh, bảng thủy tĩnh, bố trí két, thông số két, các bảng hiệu chỉnh mớn nước, hiệu chỉnh ảnh hưởng của mômen mặt thoáng, các hướng dẫn, tiêu chuẩn IMO liên quan đến tính toán, kiểm tra ổn định tàu, sức bền thân tàu, các phương án xếp hàng mẫu

“Sổ tay xếp hàng” (Loading Manual): Tài liệu này chứa đựng các hướng dẫn, thông tin quan trọng phục vụ cho công tác xếp hàng đối với tàu

“Sổ tay xếp hàng hạt” (Grain Loading Booklet): Tài liệu này chứa đựng các hướng dẫn, thông tin quan trọng cũng như các tiêu chuẩn tính toán, ổn định phục

vụ cho việc xếp hàng hạt rời

“Các bảng tra về két” (Tank Table): Tài liệu này cho các thông tin liên quan

về các két chứa trên tàu (Ballast Water, Fresh Water, Fuel Oil, Diesel Oil, Lub Oil) phục vụ cho việc tra cứu, tính toán chất lỏng và ảnh hưởng của chúng đến ổn định, tư thế của tàu

- Mặt phẳng sườn giữa (zOy): Là mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng đối xứng và chia đôi chiều dài tính toán của tàu

- Mặt phẳng cơ bản (xOy): Là mặt phẳng nằm ngang, vuông góc với hai mặt phẳng trên và đi qua điểm thấp nhất của đáy tàu Đối với tàu có ky bằng thì mặt phẳng này trùng với mặt phẳng chứa ky tàu

Từ ba mặt phẳng tọa độ trên người ta xác định một hệ tọa độ Oxyz gắn liền với thân tàu

Theo quy ước, trục Ox có chiều dương về phía mũi; Trục Oy có chiều dương

về phía mạn phải; Trục Oz có chiều dương hướng lên trên (Tất cả lấy gốc từ điểm O)

Tuy nhiên trên các tàu do Nhật Bản thiết kế lại có quy ước lấy chiều dương của trục Ox về phía lái, cho nên cần phải đặc biệt lưu ý đến các quy ước xét dấu này trước khi sử dụng hồ sơ tàu để tránh nhầm lẫn

2.1.2.2 Các ký hiệu

- G: Trọng tâm tàu là điểm đặt của véc tơ trọng lực tổng hợp của tàu

- B: Tâm nổi của tàu là điểm đặt của véc tơ lực nổi tác dụng lên tàu hay đó chính là trọng tâm của khối nước mà tàu chiếm chỗ Khi tàu nổi ở trạng thái cân bằng thì lực nổi và trọng lực của tàu tác dụng cùng trên một đường thẳng đứng, bằng nhau và ngược chiều nhau

- M: Tâm nghiêng của tàu là tâm của quỹ đạo tâm nổi B Đây chính là tâm của quỹ đạo của tâm nổi B khi tàu nghiêng Một cách tổng quát đây là quỹ đạo có độ cong thay đổi Khi tàu nghiêng với góc nghiêng nhỏ ( θ ≤ 150

), có thể coi quỹ đạo

do tâm nổi B vạch ra là cung tròn có tâm là điểm M cố định

- F: Tâm mặt phẳng đường nước Đây là tâm hình học của phần mặt phẳng đường nước được giới hạn phía trong vỏ bao thân tàu

- K: Sống đáy của tàu

- TPC/TPI (Tons Per Centimeter/ Tons Per Inch): Số tấn làm thay đổi 1cm/1inch chiều chìm trung bình của tàu

- MTC/MTI (Moment to change Trim one Centimeter/ Moment to change Trim one Inch): Mô men làm thay đổi 1 cm/1inch chiều chúi của tàu Đây chính là

độ lớn một mô men để làm thay đổi 1cm/ 1inch chiều chúi của tàu

- KB ( Vertical center of Buoyancy): Chiều cao tâm nổi Là độ cao của tâm nổi B tính từ đường cơ sở (thường lấy là ky tàu)

- KG (Vertical center of Gravity): Chiều cao trọng tâm Là độ cao của trọng tâm G tính từ đường cơ sở (thường lấy là ky tàu)

- KGls: Chiều cao trọng tâm tàu không

- TKM (Transverse Metacenter height): Chiều cao tâm nghiêng ngang Là độ cao tâm nghiêng ngang tính từ đường cơ sở (thường lấy là ky tàu)

- LKM (Longitudinal Metacenter height): Chiều cao tâm chúi Là độ cao tâm chúi tính từ đường cơ sở (thường lấy là ky tàu)

- GM (Metacentric Heght): Chiều cao tâm nghiêng Là khoảng cách theo chiều thẳng đứng, tính từ trọng tâm tàu đến tâm nghiêng ngang của tàu Đại lượng này dùng để đánh giá ổn định ban đầu của tàu

- LCB (xB, MID.B) Longitudinal Center of Buoyancy: Hoành độ tâm nổi B tính từ mặt phẳng sườn giữa

- LCG (xG, MID.G) Longitudinal Center of Gravity: Hoành độ trọng tâm tính

từ mặt phẳng sườn giữa

- LCGls (xGls, MID.Gls): Hoành độ trọng tâm tàu không

- LCF (xF, MID.F) Longitudinal Center of Floatation: Hoành độ tâm mặt phẳng đường nước tính từ mặt phẳng sườn giữa

2.1.2.3 Đường cong thủy lực

Đường cong thủy lực là đồ thị biểu diễn các yếu tố của diện tích đường nước

và thể tích ngâm nước phụ thuộc theo chiều chìm tàu, khi tàu không bị nghiêng không bị chúi Nó được thể hiện như hình vẽ sau:

SCALE OF DISPLACEMENT IN TONNES

SCALE FOR INCREASE IN DISPLACEMENT

IN TONNES PER : CM TRIM BY STERN

AN ER K

UN IT

TONNES ER

M ME

INCRSE

S TA.S

GROSS DIS

B FR O

OTA

WETT

SURFA BAR

E H

ULL

2

MO ME

TO CH AN G

TRIM : CM

1 U = 2

0 ON

S M

1 U = 0,

MI HIP S E ION COEF F

W

ERPL NE O

F CWP

1 UNIT1

MLD DIS

P L IN S W

BLO

CK COE

CB 1 N ,1

PR MA

IC COEF F

1 N ,1

SCALE FOR LCB AND LCF IN METERS SCALE OF UNITS

0 1 2 3

6 5 4

7 8 9 10 11 12

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 32000 34000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

2 1 0

4 5

3

8 7 6

12 11 10 9

- 1,0 - 0,5 0 0,5 1,0 1,5

6 7 8

FORD OF AMIDS AFT OF AMIDS STA S

- Đường cong hoành độ tâm nổi LCB (z)

- Đường cong cao độ tâm nổi KB (z)

- Đường cong diện tích đường nước S (z)

- Đường cong hoành độ tâm diện tích đường nước LCF (z)

- Đường cong mômen quán tính của diện tích đường nước đối với trục // Ox

là Ix (z)

- Đường cong mômen quán tính của diện tích đường nước đối với trục ff là Iyf (z)

Ngoài ra còn có các đường cong bổ sung cho tính toán ổn định ban đầu là:

- Đường cong bán kính tâm nghiêng BM(z) với I x

Trên đường cong thủy lực còn có các đường cong CWL(z), CM (z), CB (z) là

các hệ số béo phụ thuộc vào chiều chìm tàu (hình 2.5)

2.1.2.4 Thước trọng tải

Thước trọng tải được dùng để tra nhanh trọng tải của tàu Dwt ứng với mớn nước dự kiến hoặc ngược lại Từ mớn nước, ta có thể tra ra trọng tải tại các tỷ trọng nước biển khác nhau cũng như trọng tải ở điều kiện nước ngọt hay các thông

số khác như MTC, TPC Hình vẽ sau là một dạng của thước trọng tải

Hình 2.6 Thước trọng tải

2.1.2.5 Bảng đường cong cánh tay đòn ổn định

Đây là một hệ đường cong được xây dựng để phục vụ cho việc tính giá trị cánh tay đòn ổn đinh ( còn gọi là đường cong KN ) và từ đó tính toán được giá trị

G0Z theo các góc nghiêng cho sẵn

Để xác định giá trị KN, từ lượng giãn nước cho theo trục hoành, ta dóng vuông góc lên hệ đường cong, cắt các đường cong tương ứng với các góc nghiêng Dóng các điểm cắt này sang trục tung để xác định giá trị KN, từ đó tính được

G0Z = KN- KG0 x Sinθ (2.5) Đối với một số tàu, dạng đường cong này còn được cho dưới dạng bảng tra để tiện lợi cho việc tính toán Lúc ấy, chỉ việc lấy hai đối số là lượng giãn nước và góc nghiêng để tra ra giá trị cần tìm

Hình 2.7 Đường cong cánh tay đòn ổn định KN 2.1.2.6 Thước hoặc bảng điều chỉnh mớn nước mũi lái khi xếp (dỡ) 100 tấn

hàng

a Thước điều chỉnh mớn nước mũi lái

- Trục ngang biểu thị các vị trí xếp hàng theo chiều dài tính toán của tàu

- Trục đứng cho các giá trị lượng biến đổi mớn nước mũi, lái

- Tại một lượng giãn nước nhất định có một cặp mớn nước chuẩn Với cặp mớn nước chuẩn này, một đường dùng để xác định lượng biến đổi mớn mũi di(F) và một đường dùng để xác định lượng biến đổi mớn lái di(A)

Cách sử dụng: Tại vị trí lô hàng, dóng xuống cặp mớn nước chuẩn Đường này

sẽ cắt cặp mớn nước chuẩn này tại các điểm tương ứng Dóng các điểm này sang phía trục đứng để tìm lượng thay đổi mớn nước mũi, lái Khi đó mớn nước mũi, lái mới sẽ bằng mớn nước mũi, lái ban đầu

Hình 2.8 Thước hiệu chỉnh mớn nước mũi lái

b Bảng hiệu chỉnh mớn nước mũi lái

Bảng được xây dựng dựa trên các mớn nước (lượng chiếm nước) chuẩn Tất

cả các két , hầm hàng, các sườn tàu đều được đưa vào bảng để tính toán Để tra lượng biến đổi mớn nước mũi lái, ta dùng các đối số là mớn nước (lượng dãn nước) và tên của két (hầm hàng) hoặc vị trí các sườn (Frame) của tàu mà tại đó có xếp thêm hoặc dỡ một lượng chất lỏng hoặc hàng hóa nào đó

Dưới đây là một ví dụ về bảng điều chỉnh mớn nước mũi lái khi xếp hoặc dỡ một lượng hàng nào đó:

Hình 2.9 Bảng điều chỉnh mớn nước mũi lái

mô men gây nghiêng thay đổi từ từ trong thời gian tác dụng thì được coi là mô men

nghiêng tĩnh Trường hợp mô men nghiêng tàu có tốc độ thay đổi đột ngột được xét là động

Khi tàu quy quanh trục dọc nằm trong mặt phẳng đường nước và qua tâm diện tích đường nước gọi là nghiêng ngang Cũng như thế khi tàu quay quanh trục ngang thì gọi là nghiêng dọc ( hay chúi )

Hình 2.10 Các đường nước tương đương khi nghiêng tương đương

Ổn định của tàu cũng được xét theo hai trường hợp trên Khi nghiêng tàu, nếu trị số phần thể tích ngâm nước không thay đổi (chỉ thay đổi hình dáng) thì gọi là nghiêng tương đương (Hình 2.10) Khi nghiêng bất kỳ, trọng tâm tàu là cố định nếu tất cả hàng hóa trên tàu được cố định Còn tâm nổi, vì khi nghiêng hình dáng phần thể tích ngâm nước thay đổi nên tập hợp các vị trí tâm nổi khi tàu nghiêng bất

kỳ sẽ tạo thành bề mặt tâm nổi

Khi nghiêng trong mặt phẳng xác định, tập hợp các vị trí tâm nổi tạo thành đường cong không gian gọi là quĩ đạo tâm nổi Hình chiếu của quĩ đạo tâm nổi lên mặt phẳng nghiêng (là mặt phẳng vuông góc với trục nghiêng) gọi là đường cong tâm nổi

Dưới đây ta xét đường cong tâm nổi của tàu trong hai trường hợp nghiêng ngang và nghiêng dọc (Hình 2.2A và hình 2.2B)

Do kích thước theo chiều ngang của tàu nhỏ hơn nhiều so với chiều dọc nên

ổn định nghiêng ngang thường ảnh hưởng nhiều đến an toàn của tàu hơn là ổn định dọc ( vì ổn định dọc của tàu thường có giá trị rất lớn ) Người ta tính toán ổn định dọc chủ yếu để xác định tư thế của tàu theo chiều dọc tức là sự chênh lệch mớn

nước mũi lái ( hay độ chúi ) và cách điều chỉnh chúng để đảm bảo tính ăn lái hay giữ tốc độ của tàu trên biển hơn là xác định xem nó có ổn định dọc tốt hay không Khi xét ổn định nghiêng ngang, ngoài việc xác định tư thế của tàu, điều quan trọng là còn phải xác định xem liệu tàu có nguy cơ bị lật khi ở trên biển hay không dưới tác động của các yếu tố đã nêu trên Cũng nhằm đơn giản hóa, người ta tính toán ổn định nghiêng ngang trong hai trường hợp là ổn định ban đầu ( ổn định tại các góc nghiêng nhỏ ) và ổn định góc nghiêng lớn Tùy theo bản chất của lực tác động là tĩnh hay động mà ta có ổn định tĩnh hay ổn định động của tàu

2.2.1.2 Các trạng thái cân bằng của tàu

Cũng như trạng thái cân bằng của các vật thể, tàu có ba trạng thái cân bằng: cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định

- Cân bằng bền là trạng thái cân bằng mà khi vật đó bị ngoại lực tác động lệch khỏi vị trí cân bằng nó sẽ tự trở lại hoặc có xu thế trở lại vị trí cân bằng ban đầu

- Cân bằng không bền là trạng thái cân bằng của một vật mà khi bị tác động của ngoại lực đẩy khỏi vị trí cân bằng thì nó bị mất cân bằng, không thể trở lại

vị trí cân bằng ban đầu nữa

- Cân bằng phiếm định là trạng thái cân bằng của một vật mà khi bị ngoại lực tác động đẩy lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu thì ở vị trí mới, nó tự xác lập một trạng thái cân bằng mới

Đối với con tàu, dựa vào vị trí tương quan của tâm nghiêng M và trọng tâm

G mà có thể xảy ra một trong ba trường hợp cân bằng như trên

Hình 2.12 Các trường hợp cân bằng của tàu

Hình vẽ 2.12 mô tả ba trường hợp cân bằng của tàu như sau:

- Tại hình 2.12.a: Trọng tâm G nằm phía dưới tâm nghiêng M, khi tàu nghiêng, trọng lực đặt tại G và lực nổi đặt tại B sẽ tạo thành ngẫu lực Ngẫu lực này tạo ra mô men có xu hướng đưa tàu trở lại vị trí cân bằng ban đầu Trường hợp này, tàu ở trạng thái cân bằng bền, hay tàu ổn định

- Tại hình 2.12.b: Trọng tâm G trùng với tâm nghiêng M, lúc này trọng lực và lực nổi nằm trên một đường thẳng đi qua tâm nghiêng M, mô men do chúng tạo ra

là bằng 0, không có xu hướng chống lại chuyển động nghiêng của tàu Trường hợp này tàu ở trạng thái cân bằng phiếm định, hay tàu không ổn định

- Tại hình 2.12.c: Trọng tâm G nằm bên trên tâm nghiêng M, lúc này ngẫu lực tạo thành do trọng lực đặt tại G và lực nổi đặt tại B sẽ sinh ra một mô men cùng chiều với chiều nghiêng của tàu (có thể gọi là mô men lật) và như vậy sẽ làm cho

tàu nghiêng thêm Trường hợp này, tàu ở trạng thái cân bằng không bền hay tàu mất ổn định

2.2.1.3 Ổn định tàu tại góc nghiêng nhỏ (θ < 15 0

)

Điểm M là tâm của quỹ đạo tâm nổi B, ở góc nghiêng nhỏ (θ < 150

) , quỹ đạo này được coi là cố định Ổn định của tàu ở góc nghiêng nhỏ, còn gọi là ổn định ban

đầu phụ thuộc vào vị trí tương quan giữa tâm nghiêng M và trọng tâm G Khi G nằm thấp hơn M, tàu sẽ ổn định

Hình 2.13 Chiều cao tâm nghiêng ngang

Công thức tính Mh khi nghiêng góc nhỏ gọi là công thức tâm nghiêng ổn định

có dạng:

Ta có: Mh = GM0sin (2.6) hay dạng tuyến tính: Mh = GM0 (2.7) Tương tự khi tàu nghiêng dọc hay là chúi có các công thức tính mômen hồi phục và tay đòn hồi phục khi chúi góc nhỏ  là

Mh = (BM L - a)sin (2.8)

l = l0 = (BM L0 - a)sin  Đại lượng (BM L0 - a) là độ cao của tâm chúi so với trọng tâm tàu ở tư thế thẳng, được gọi là chiều cao tâm chúi GM L0 Khi chúi góc nhỏ nó là thước đo ổn định dọc của tàu Để xác định GM L0 cần biết ba vị trí đặc trưng là tâm chúi, trọng tâm và tâm nổi: M , G, B

Điều kiện để ổn định dọc cũng là Mh > 0, GM L0 > 0 Công thức tính mômen hồi phục khi chúi góc nhỏ gọi là công thức tâm nghiêng ổn định dọc có dạng:

Mh = .GM L0 sin (2.11)

và dạng tuyến tính: Mh = .GM L0 (2.12)

Từ biểu thức (2.11) và (2.12), tích số .GM0 và .GM L0 được gọi là hệ số ổn định: GM0 là hệ số ổn định ngang, còn GM L0 là hệ số ổn định dọc Hệ số ổn định là thước đo ổn định tuyệt đối của tàu Tuy nhiên nó không được sử dụng phổ biến vì giá trị của nó thay đổi trong giới hạn rộng Nhưng trong trường hợp riêng ví

dụ khi tính toán chống chìm khi tàu ngập khoang bằng các phương pháp khác nhau

và so sánh kết quả, người ta dùng hệ số ổn định

Hình 2.14 Chiều cao tâm chúi ban đầu

Khi thiết kế tàu (ở bước sơ bộ) chiều cao tâm nghiêng được dùng để đánh giá tính ổn định của tàu trong dạng tỷ số GM0

 Trị số GM0

 đối với các tàu vận tải

khác nhau giao động trong giới hạn hẹp (đối với tàu hàng khô GM0  0,06 0,09 

tàu dầu cóGM0  0,07  0,13

 ) Trị số chiều cao tâm chúi thì liên quan đến chiều dài

tàu, bởi vậy thường xét tỷ số GM L0

L Đối với phần lớn các tàu, tỷ số này vào khoảng 1 , 0  1 , 5

2.2.1.4 Ổn định của tàu ở góc nghiêng lớn (θ > 15 0 )

Tại các góc nghiêng lớn, quỹ đạo tâm nổi B không còn là một cung tròn nữa, nên tâm nghiêng M không phải là cố định Do đó, ta không thể dùng chiều cao tâm nghiêng GM để đánh giá ổn định của tàu Người ta dùng đường cong cánh tay đòn

ổn định tĩnh GZ để đánh giá ổn định của tàu ở những góc nghiêng lớn

Trong thực tế tính toán ổn định góc lớn, người ta sử dụng hai phương pháp nghiêng tương đương của Krưlốp và Darnhi Hai phương pháp này dựa trên cơ sở vạch các đường nước phụ cắt gần đúng thể tích ngâm nước không đổi, sau đó điều chỉnh chính xác vị trí của nó, nghĩa là xác định khoảng cách giữa đường nước phụ

và đường nước tương đương Trong thực tế khai thác, đường cong cánh tay đòn ổn định được cho sẵn trong bộ hồ sơ tàu

Trong thực tế, điểm cực đại của đường cong ở phần lớn các tàu nằm ở khoảng

300  600, còn điểm kết thúc vào khoảng 600  900 Đối với các tàu có vỏ bao đặc trưng nhất thường gặp ba dạng đường cong ổn định Với tàu mạn thẳng có mở ở phía mũi và đuôi đường cong ổn định có dạng parabol với góc kết thúc khoảng 600

Từ hình 2.15, thấy rằng để xác định chiều cao tâm nghiêng cần vạch tiếp tuyến với đường cong GZ() tại điểm O Theo trục hoành đặt một đoạn bằng một radian Chiều cao tâm nghiêng ban đầu xác định theo tỷ lệ tay đòn ổn định là đoạn

AB Tính chất này cho phép kiểm tra sự phù hợp của đoạn đầu đường cong ổn định với trị số chiều cao tâm nghiêng ban đầu đã tính theo công thức

Xét biểu thức (2.16) cho đạo hàm của tay đòn ổn định tĩnh theo góc nghiêng, chú ý rằng đạo hàm này là đoạn thẳng mà khi  = 0 thì nó chính là chiều cao tâm nghiêng ban đầu

Nếu tại điểm D nào đó trên đường cong tại góc nghiêng D, ta vạch tiếp tuyến với đường cong GZ() và vạch một đoạn thẳng song song với trục hoành, trên đó

về phía bên phải đặt một đoạn bằng một radian, thì theo tỷ lệ trục tung ta có trị số chiều cao tâm nghiêng tổng quát GM () cho phép đánh giá tính ổn định của tàu tại góc nghiêng D

Ở đây ta chưa xét đến khi nghiêng góc lớn hàng hóa có thể dịch chuyển, xô dạt làm thay đổi trọng tâm tàu, cũng như vỏ bao tàu có thể bị thủng khi gặp tai nạn, nước sẽ tràn vào khoang trên tàu

Còn theo cách thứ hai ta có:

Bởi vì ta cần tìm biến lượng khoảng cách thẳng đứng này khi tàu nghiêng, ta

ký hiệu khoảng cách giữa trọng tâm và tâm nổi khi  = 0 là đoạn a Đặt từ K xuống phía dưới đường tác dụng lực nổi một đoạn bằng a ta có điểm N Đoạn NB theo tỷ

lệ đồ thị chính là tay đòn ổn định động d Vậy theo hình 2.16 có:

d  NB KB KNY    KB KB     add (2.20)

ở đây d là tay đòn ổn định động hình dáng, dg là tay đòn ổn định động trọng lượng

Mối quan hệ giữa tay đòn ổn định tĩnh KB() và tay đòn ổn định động d()

là quan hệ tích phân và đạo hàm Thực vậy, nếu đạo hàm tay đòn ổn định động theo góc nghiêng thì:

Bởi vì d GZ vậy tại điểm C nào đó, vạch tiếp tuyến với đường cong d()

và đặt đoạn CE bằng một radian trên đường song song với trục hoành Đoạn EF

2.2.2 Đánh giá ổn định nguyên vẹn của tàu

Trong quá trình khai thác tàu, nhiệm vụ của Sĩ quan hàng hải là sử dụng các kiến thức về ổn định tàu để đánh giá xem tàu của mình ở một phương án xếp hàng

cụ thể có ổn định hay không? Hay ổn định ở mức độ nào? Vì vậy ở đây chúng ta cần một giá trị chuẩn ( gọi là tiêu chuẩn ) để làm căn cứ so sánh với giá trị ta tính được Các tiêu chuẩn này được trình bày trong bộ luật quốc tế về ổn định nguyên vẹn năm 2008 ( IS Code 2008 )[10]

Tiêu chuẩn này được trình bày ở Chương 2, khoản 2.2 và 2.3 của Bộ luật quốc tế về ổn định nguyên vẹn tàu ( IS Code 2008 ) Nó đưa ra những yêu cầu tối thiểu để áp dụng cho tàu hàng và tàu khách lớn hơn 20 mét Tại đây chỉ đưa ra các yêu cầu áp dụng đối với tàu hoạt động ở vùng không hạn chế

2.2.2.1 Tiêu chuẩn đối với cánh tay đòn ổn định tĩnh

- Diện tích dưới cánh tay đòn ổn định ( đường cong GZ ) không nhỏ hơn 0,055 m.rad tính đến góc nghiêng 300 và không nhỏ hơn 0,09 m.rad khi tính tới góc nghiêng 400 hoặc góc ngập nước nếu góc này nhỏ hơn 400 Ngoài ra, phần diện tích dưới đường cong GZ nằm giữa góc nghiêng 300

và 400 hoặc góc ngập nước nếu góc này nhỏ hơn 400

không được nhỏ hơn 0,03 m.rad

- Chiều cao tâm nghiêng ban đầu sau khi đã hiệu chỉnh ảnh hưởng của mặt thoáng chất lỏng GM không được nhỏ hơn 0,15m

2.2.2.2 Tiêu chuẩn ổn định thời tiết

Theo khoản 2.3 của Bộ luật quốc tế về ổn định nguyên vẹn 2008 ta tổng hợp được các thông tin sau đây:

a Các tiêu chuẩn: Khả năng của một con tàu chịu đựng sự tác động kết hợp giữa gió chính ngang và lắc ngang được thể hiện thông qua hình 2.19 như sau:

- Khi con tàu bị tác động bởi gió tĩnh theo chiều vuông góc với trục dọc tàu,

Hình 2.19 Ổn định thời tiết

- Từ góc φo kết quả của sự cân bằng, con tàu được cho là còn lác ngang bởi tác động của sóng tới góc nghiêng là φ1 về hướng gió thổi Góc nghiêng dưới tác động của gió tĩnh φo không nên vượt quá 16o hoặc 80% góc gập mép boong nếu góc này nhỏ hơn 16o

và đường nằm ngang của cánh tay đòn gây nghiêng do gió giật lw2 và góc nghiêng (φ1r - φw1)

- Tàu được coi là đủ ổn định K = b/a, với điều kiện diện tích b lớn hơn hoặc bằng diện tích a, ví dụ K ≥ 1 Đối với tàu nghiên cứu khí tượng thì hệ số K có thể xem xét trong từng trường hợp cụ thể nhưng không trường hợp nào được phép nhỏ hơn 1.5

- Các góc nghiêng ở hình 2.19 được định nghĩa như sau:

 φo = Góc nghiêng do tác động của gió tĩnh

 φ1 = Góc nghiêng ngang ngược chiều gió do tác động của sóng

 φ2 = Góc ngập nước φf hoặc 500 hoặc φc, lấy góc nào nhỏ nhất

 φc = Góc ứng với giao điểm lần hai giữa đường cong GZ và cánh tay đòn

lw2

 Góc ngập nước φf là góc nghiêng tại đó các khoảng không của thân, thượng tầng hay khu cabin không thể được giữ kín nước khi bị ngập tới Khoảng không nhỏ mà sự rò rỉ khi nước tràn qua là không thể xảy ra, thì không cần thiết coi nó như không gian mở

b Tính toán cánh tay đòn gây nghiêng do áp suất gió

Tay đòn gây nghiêng lw1 và lw2, tính bằng m, ở tiêu chuẩn này là các giá trị không đổi với mọi góc nghiêng và được tính bằng công thức sau:

1

w

P*A*Z

= 1000*g*Δ

l (m) (2.24)

và: lw2 = 1.5*lw1 (m) (2.25) Trong đó:

 P = Áp lực của gió là 504 Pa Đối với tàu hoạt động ở vùng hạn chế, thì giá trị của P có thể được giảm tùy vào sự phê duyệt của chính quyền hành chính

 A = Diện tích hứng gió bao gồm một phần thân tàu và bề mặt của hàng hóa trên boong nếu có (m2

)

 Δ = Lượng chiếm nước của tàu (t)

 k: Hệ số kể đến hiệu quả do vây giảm lắc

k = 1.0 – đối với những tàu không có vây giảm lắc

k = 0.7 – đối với tàu có vây giảm lắc dẹt

k = Tra bảng 2.1 đối với tàu có cả vây giảm lắc, một thanh giảm lắc hoặc cả hai

Bảng 2.1 Giá trị hệ số k

k WL