Xây dựng phần mềm tính toán lựa chọn phương pháp đưa tàu ra cạn

Trong bài viết này, nhóm tác giả giới thiệu phương pháp xây dựng phần mềm tính toán lựa chọn phương pháp đưa tàu ra cạn trong các trường hợp mắc cạn phổ biến: Mắc cạn phần mũi và mắc cạn toàn bộ mặt đáy.

20 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐƯA TÀU RA CẠN BUILD A SOFTWARE FOR CALCULATION AND SELECTION OF METHODS OF REFLOATING STRANDED SHIPS Phan Văn Huấn1, Nguyễn Xuân Phương2 Khoa Hàng hải – Học viện Hải quân, Nha Trang phanhuan0111@gmail.com , Trường Đại học GTVT Tp Hồ Chí Minh nxphuong@hcmutrans.edu.vn Tóm tắt: Mắc cạn dạng tai nạn phổ biến ngành Hàng hải thường gây thiệt hại lớn kinh tế có nguy gây nhiễm môi trường biển cao Khi tàu bị cạn, cần thiết phải nhanh chóng đưa tàu cạn Vì vậy, sử dụng phần mềm tính tốn có tác dụng lớn việc rút ngắn thời gian tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn phù hợp Trong báo này, nhóm tác giả giới thiệu phương pháp xây dựng phần mềm tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn trường hợp mắc cạn phổ biến: Mắc cạn phần mũi mắc cạn tồn mặt đáy Từ khóa: Mắc cạn, cứu hộ, phản lực lên đáy tàu, phần mềm, lực kéo cần thiết Chỉ số phân loại: 1.4 Abstract: Grounding commonly is the maritime accidents It often causes major economic losses as well as a high risk of pollution of the marine environment When a ship is stranded, it is necessary to refloat the vessel as soon as possible Therefore, the use of calculation software will have a great effect in shortening the calculation time and selection the appropriate methods of refloating stranded ships In this article, the authors develop a calculation software to select the methods of refloating ships grounded in common cases: Grounding at the bow and along the bottom Keywords: Grounding, salvage, ground reaction, software, freeing force Classification number: 1.4 Giới thiệu Khi tai nạn mắc cạn xảy ra, việc nhanh chóng đưa tàu cạn yêu cầu cấp thiết để giảm thiểu thiệt hại Tuy nhiên việc tính tốn lựa chọn phương án đưa tàu cạn tương đối phức tạp, thời gian Trên giới có số phần mềm chun dụng tính tốn phương án đưa tàu cạn HECSALV công ty Herbert-ABS hay GHS Creative Systems, Inc Việc sử dụng phần mềm chuyên dụng giúp cho chủ tàu công ty cứu hộ nhanh chóng xác định phương pháp cần tiến hành để đưa tàu cạn Tuy nhiên, Việt Nam chưa có phần mềm chun dùng cho việc tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn Nếu mua quyền phần mềm từ nước ngồi trả số tiền lớn giá thành cao Ngoài ra, sở liệu phần mềm khơng bảo đảm có sẵn cho loại tàu Việt Nam Việc khảo sát, tính tốn lựa chọn phương án khả thi chưa quan tâm mức, chủ yếu làm việc theo kinh nghiệm phải th chun gia tính tốn từ Hà Lan hay Singapore Trong báo này, nhóm tác giả trình bày phương pháp xây dựng phần mềm tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn trường hợp tàu bị mắc cạn phần mũi toàn mặt đáy Phần mềm cho phép người dùng thêm tàu để tính tốn, cập nhật sở liệu cho tàu cách thủ công cập nhật từ file excel Sau nhập liệu lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn, phần mềm tính tốn cho kết phương pháp lựa chọn (hoặc kết hợp phương pháp) có khả thi hay khơng Thuật tốn tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn Thuật tốn tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn đề xuất hình theo bước cụ thể sau: 2.1 Bước Nhập liệu Dữ liệu nhập bao gồm: Thơng tin kích thước tàu cần tính tốn, khoảng cách TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 từ đường mớn nước đến đường thủy trực mũi, lái tàu, thông số bảng thủy tĩnh, mớn nước tàu rời bến, lượng tiêu hao nhận thêm hàng, nhiên liệu, nước từ rời cảng trước bị cạn, thông số khảo sát sau mắc cạn: Mớn nước, độ cao thủy triều, tỷ trọng nước khu vực tàu bị cạn Bắt đầu Nhập liệu FN= D1 + ∆D2 − D2 Giảm lực nén lên bãi cạn Tính lực nén tàu lên bãi cạn (FN) Tính lực kéo cần thiết (FK) Tính lực kéo theo PP (F) F ≥ FK Sai P/A không khả thi Đúng Phương án khả thi Kết thúc Hình Lưu đồ thuật tốn chương trình 2.2 Bước Tính lượng chiếm nước tàu trước mắc cạn (D ) Từ thông số mớn nước tàu rời cảng, tính tốn theo phương pháp giám định mớn nước tìm lượng giãn nước tàu (D ) Lượng giãn nước tàu trước bị cạn (D ) tính theo công thức sau: [1] D= D0 ± ∆D Từ thông số mớn nước tàu sau mắc cạn, tính tốn theo phương pháp giám định mớn nước tìm lượng giãn nước tàu 2.4 Bước Tính lực nén tàu lên bãi cạn thời điểm dự định đưa tàu cạn (F NTH ) Khi tàu không bị thủng, lực nén tàu lên bãi cạn thời điểm khảo sát tính theo cơng thức: [2] F= D1 − D2 (2) N Khi tàu bị thủng, nước tràn vào tàu lượng ∆D2 thì: [2] Tính lượng chiếm nước tàu trước mắc cạn (D1) Tính lượng chiếm nước tàu sau mắc cạn (D2) 21 (1) Trong đó: ∆D : Thay đổi lượng giãn nước tàu từ rời cảng đến trước mắc cạn, tấn; Lấy dấu (+): Khi tàu nhận thêm trọng lượng; Lấy dấu (-): Khi tàu trọng lượng 2.3 Bước Tính lượng chiếm nước tàu sau mắc cạn (D ) (3) Thủy triều khu vực tàu mắc cạn ảnh hưởng lớn đến lực nén tàu lên bãi cạn Khi tàu bị mắc cạn toàn mặt đáy thủy triều làm cho lực nén thay đổi lượng: [3] t.TPC ∆FN = (4) Trong đó: ∆FN : Lượng thay đổi lực nén thủy triều, tấn; t : Lượng chênh lệch độ cao thủy triều thời điểm khảo sát tàu mắc cạn đến thời điểm dự định đưa tàu cạn, m; TPC : Số làm thay đổi 1cm mớn nước Khi tàu bị mắc cạn phần mũi thay đổi độ chúi lực nén thay đổi thủy triều tính theo công thức sau [3]: t.TPC.MTC.LBP ∆FN = (5) TPC.d r + ( MTC.LBP ) ( ) Trong đó: MTC : Mô men làm thay đổi 1cm độ chúi; LBP : Chiều dài thủy trực, m; d r : Khoảng cách từ trọng tâm mặt phẳng đường nước (F) đến vị trí trung tâm lực nén (R), m Như vậy, thời điểm dự định đưa tàu cạn lực nén tổng hợp tàu lên bãi cạn là: FNTH= FN + ∆FN (6) 22 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 2.5 Bước Tính lực kéo cần thiết (F K ) Ta biết tàu bị cạn tồn lực ma sát tàu đáy biển Lực ma sát lực giữ tàu bãi cạn, phụ thuộc vào áp lực tàu đè lên đáy chất đáy nơi tàu bị cạn, tính theo cơng thức sau [1]: FMS = K MS FNTH (7) Trong đó: F ms : Lực ma sát, T; K ms : Hệ số ma sát tra bảng [1] Vì vậy, muốn đưa tàu khỏi cạn lực kéo cần thiết (F K ) phải lớn lực ma sát (F ms ): F K ≥ F ms Bảng Hệ số ma sát Chất đáy Đất sét (bùn) Đất sét pha cát Cát Đá cuội Đá dăm Đá tảng Hệ số ma sát 0,20 ÷ 0,42 0,30 ÷ 0,40 0,40 ÷ 0,46 0,45 ÷ 0,47 0,40 ÷ 0,60 0,35 ÷ 0,60 2.6 Bước Tính lực kéo theo phương pháp (F K ) Sử dụng máy Lực kéo máy Fml tính theo cơng thức sau [1]: K N (8) Fml ≈ n 9.Vt Trong đó: Fml : Lực kéo máy lùi, tấn; N : Cơng suất máy chính, HP; Vt : Vận tốc tàu tương ứng với công suất máy chính; K n : Hệ số giảm cơng suất máy lùi so với cơng suất tiến Hệ số lấy lý lịch tàu, thường lấy 0,9÷0,95 Sử dụng lực kéo tời - palăng Lực kéo tời-palăng Fml tính theo cơng thức sau [1]: FPL = Trong đó: NT ( n + 1) + K n (9) FPL : Lực kéo tời - pa lăng, tấn; NT : Công suất tời, tấn; n : Số lăn palăng; K : Hệ số ma sát thường lấy theo kinh nghiệm: Với dây kéo dây cáp mềm K = 0,05; Với dây thực vật K = 0,1 Sử dụng tàu kéo Lực kéo tàu kéo thường có hồ sơ tàu Nếu thơng số khơng có sẵn tính lực kéo tàu kéo FTK theo công thức sau [3]: (10) = FTK 0,907 f K ∑ N hdi Trong đó: FTK : Lực kéo tàu kéo, tấn; ∑ N hdi : Tổng cơng suất máy tàu kéo, HP; f K : Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào kiểu chân vịt tàu kéo, lấy bảng [3] Bảng Giá trị f K Kiểu chân vịt Mở, bước cố định Trong ống, bước cố định Mở, biến bước Trong ống, biến bước Hệ số f K 0.011 0.012 0.013 0.016 F K tổng lực kéo theo phương pháp lựa chọn 2.7 Bước So sánh F ≥ F K Nếu xuất hình: Phương án khả thi Kết thúc chương trình Nếu sai xuất hình: Phương án khơng khả thi, chuyển sang bước 2.8 Bước Tính tốn giảm lực nén tàu lên bãi cạn quay lại bước Giảm lực nén tàu lên bãi cạn phương pháp di chuyển, dỡ bỏ hàng tàu sau: Vị trí trung tính (NP) Khi tàu mắc cạn thường có điểm mà ta đặt thêm dỡ bỏ lượng hàng lực nén tàu lên bãi cạn khơng thay đổi, điểm gọi điểm trung tính Vị trí trung tính xác định sau TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 [4]: dn = MTC.LBP TPC.d r (11) Trong đó: d n : Khoảng cách từ NP đến F, m; d r : Khoảng cách từ R đến F, m; Vị trí trung tính xác định xác tàu mắc cạn điểm, cịn trường hợp mắc cạn khác xác định cách gần Nói chung, khoảng cách từ vị trí lực nén đến F nhỏ LBP/8 vị trí trung tính vượt khỏi chiều dài tàu tàu coi mắc cạn tồn mặt đáy [5] Tính tốn thay đổi lực nén thay đổi trọng lượng tàu d nr : Khoảng cách từ R đến NP, m Phương án dỡ bỏ hàng - Khi tàu bị mắc cạn tồn mặt đáy dỡ bỏ lượng hàng lực nén giảm nhiêu - Khi tàu bị mắc cạn phần mũi +Dỡ hàng vị trí trung tính khơng có tác dụng làm giảm lực nén; +Dỡ hàng phía sau vị trí trung tính làm tăng lực nén lên bãi cạn; +Dỡ bỏ khoảng từ vị trí mắc cạn đến mũi tàu lực nén giảm lượng hàng dỡ bỏ - Khi dỡ hàng khoảng từ vị trí mắc cạn đến trước vị trí trung tính, lực nén giảm tính theo cơng thức Phương án di chuyển hàng Khi tàu bị mắc cạn phần mũi, di chuyển dọc theo tàu lượng hàng hóa định từ phía mũi phía lái làm giảm lực nén tàu lên bãi cạn Khi đó, vị trí ban đầu hàng di chuyển đồng nghĩa với việc dỡ bỏ hàng, vị trí mà sau hàng di chuyển tới đồng nghĩa với việc vị trí tàu nhận thêm lượng hàng lượng hàng di chuyển Khi đó, lực nén giảm tính theo công thức sau: ( d1 − d ) ∆FN = w Hình Thay đổi lực nén thay đổi trọng lượng [2] Sự thay đổi lực nén thay đổi trọng lượng dọc theo chiều dài tàu tính tốn theo cơng thức sau [2]: d (12) ∆FN = w d nr Trong đó: ∆FN : Lực nén thay đổi, tấn; w: Lượng hàng nhận thêm dỡ bỏ, tấn; d: Khoảng cách từ vị trí hàng đến NP, m; 23 d nr (13) Trong đó: d : Khoảng cách từ vị trí hàng trước di chuyển đến LCF, m; d : Khoảng cách từ vị trí hàng sau di chuyển đến LCF, m Nếu sau áp dụng phương pháp khơng khả thi kết thúc chương trình Sử dụng phương pháp khác để giảm lực nén tàu lên bãi cạn Khảo sát lại từ đầu tính tốn lại chương trình Xây dựng phần mềm tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn Biểu đồ phân cấp chức đề xuất hình 24 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐƯA TÀU RA CẠN QUẢN LÝ CSDL TÍNH TỐN 1.1 THÊM TÀU MỚI 2.1 CHỌN TÀU 1.2 CẬP NHẬT CSDL 2.2 NHẬP DỮ LIỆU 1.2.1 TỪ FILE EXCEL HƯỚNG DẪN 2.3 TÍNH TỐN P/A 1.2.2 THỦ CƠNG Hình Biểu đồ phân cấp chức Các mô đun chương trình bao gồm: Mơ đun Quản lý sở liệu: Cho phép người dùng tạo sở liệu cho tàu cập nhật sở liệu cho tất tàu tạo chương trình cách thủ cơng cập nhật từ thông số thiết kế sẵn file excel; Mơ đun Tính tốn: Cho phép người dùng chọn tàu cần tính tốn, nhập số liệu cần thiết phục vụ tính tốn tính tốn lựa chọn phương án đưa tàu cạn; Mô đun Hướng dẫn: Hướng dẫn người dùng cách nhập liệu quy ước phần mềm, cung cấp file excel mẫu để người dùng đỡ thời gian thiết kế Giao diện phần mềm thể hình Hình Giao diện phần mềm Kết luận Nhóm tác giả xây dựng thành cơng phần mềm tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn Phần mềm sử dụng để tính tốn trường hợp mắc cạn điển hình Dữ liệu tàu nên nhập trước vào phần mềm để tai nạn mắc cạn xảy sử dụng để tính tốn Phần mềm cần áp dụng tính tốn cho nhiều trường hợp mắc cạn để hiệu chỉnh kết tính tốn Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] Phạm Quyết Thắng (2010), Thực hành biển – Tập 2, Học viện Hải quân, Nha Trang Nguyễn Viết Thành (2007), Điều động tàu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Naval sea system command (1992), U.S Navy Salvage Engineer’s Handbook Volume 1, USA Naval sea system command (2000), U.S Navy Salvor’s Handbook, USA Naval sea system command (2013), U.S Navy Salvage Manual Volume strandings, harbor clearance, and afloat salvage, USA Ngày nhận bài: 29/6/2018 Ngày chuyển phản biện: 3/7/2018 Ngày hoàn thành sửa bài: 23/7/2018 Ngày chấp nhận đăng: 31/7/2018 ... Giao diện phần mềm thể hình Hình Giao diện phần mềm Kết luận Nhóm tác giả xây dựng thành cơng phần mềm tính tốn lựa chọn phương pháp đưa tàu cạn Phần mềm sử dụng để tính tốn trường hợp mắc cạn điển... dụng phương pháp khơng khả thi kết thúc chương trình Sử dụng phương pháp khác để giảm lực nén tàu lên bãi cạn Khảo sát lại từ đầu tính tốn lại chương trình Xây dựng phần mềm tính tốn lựa chọn phương. .. phương pháp đưa tàu cạn Biểu đồ phân cấp chức đề xuất hình 24 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐƯA TÀU RA CẠN QUẢN LÝ CSDL TÍNH TỐN 1.1 THÊM TÀU