GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO MÁY TRƯỞNG HẠNG BA MÔN CẤU TRÚC TÀU

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO MÁY TRƯỞNG HẠNG BA MÔN CẤU TRÚC TÀU Năm 2015 LỜI GIỚI THIỆU Thực chương trình đổi nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa quy định Thông tư số 57/2014/TT-BGTVT ngày 24 tháng 10 năm 2014 Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải Để bước hồn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật kiến thức kỹ Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình cấu trúc tàu” Đây tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập Trong trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, Cục Đường thủy nội địa Việt Nam mong nhận ý kiến đóng góp Quý bạn đọc để hoàn thiện nội dung giáo trình đáp ứng địi hỏi thực tiễn công tác đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Chương I KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ TÀU THUYỀN Bài 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TÀU THUYỀN 1.1 Khái niệm Tàu thuyền cấu trúc mặt nước, dùng để chuyên chở hàng hoá hành khách từ nơi đến nơi khác Tàu thủy: Ra đời cách ba, bốn ngàn năm Cuối năm 1999 người ta tìm thấy xác tàu gỗ, chơn vùi đáy biển cách khoảng 2500 năm Tàu thủy nghiên cứu, thiết kế, chế tạo phục vụ vào nhiều mục đích khác nhau, đáp ứng nhu cầu ngày cao nhân loại Các chủng loại tàu chủ yếu bao gồm: Tàu làm việc nguyên tắc khí động học, thủy động lực, định luật Archimesdes 1.2 Phân loại tàu thuyền 1.2.1 Mục đích việc phân loại: Là để sử dụng cho với khả tính chất loại tàu Qua việc phân loại để biết qui định trang thiết bị cho loại tàu 1.2.2 Phân loại tàu thuyền: Việc phân loại tàu thuyền dựa vào yếu tố sau đây: vật liệu đóng tàu, động lực tàu, loại hàng chuyên chở, phạm vi hoạt động, nhiệm vụ tính chất cơng tác 1.2.2.1 Theo vật liệu đóng tàu: - Tàu gỗ - Tàu sắt - Tàu vỏ nhựa tổng hợp - Tàu bê tông lưới thép 1.2.2.2 Theo động lực: - Tàu buồm - Tàu nước - Tàu Diezel - Tàu nguyên tử 1.2.2.3 Theo tính chất cơng tác: - Tàu qn - Tàu dân - Tàu lai dắt - Tàu đánh cá - Tàu nghiên cứu khoa học - Tàu nạo vét luồng - Tàu thả phao 1.2.2.4 Theo loại hàng chun chở: - Tàu hàng khơ, hàng bách hố - Tàu dầu - Tàu gas - Tàu đông lạnh - Tàu chở than - Tàu chở hàng hạt rời - Tàu container - Tàu hoá chất - Tàu khách 1.2.2.5 Theo phạm vi hoạt động: - Tàu sông - Tàu sông pha biển - Tàu biển Bài 2: MỚN NƯỚC, THƯỚC MỚN NƯỚC VÀ DẤU CHUYỂN CHỞ 2.1 Mớn nước tàu Mớn nước khoảng cách tính theo phương thẳng đứng từ mép ngồi sống (keel) tới mặt phẳng đường nước quanh tàu Trong việc xây dựng bảng tính tốn thủy tĩnh đơi người ta dùng đến “Mớn nước định hình” Ở tính tốn thủy tĩnh, mớn nước phải lấy từ 03 vị trí đặc biệt: Ở mặt phẳng thủy trực mũi, Mặt phẳng thủy trực lái, mặt phẳng sườn tàu Độ sâu ngập nước thân tàu lớn nhỏ thay đổi tùy thuộc theo số lượng hàng hóa tàu nhiều hay Mỗi tàu có vị trí kẻ thước đo mớn nước: Ở hai phía phải, trái mũi tàu, hai phải phải trái lái tàu, hai phía phải trái tàu Mớn nước mũi: Là khoảng cách thẳng đứng đo từ giao điểm đường thẳng đứng mũi tàu với đường kéo dài đường sống đáy đến đường nước (ký hiệu Tm) Mớn nước lái: Là khoảng cách thẳng đứng đo từ giao điểm đường thẳng đứng lái tàu với đường kéo dài đường sống đáy đến đường nước (Tl) Mớn nước tàu: Là khoảng cách thẳng đứng đo từ phía sống đáy đến đường nước tàu (Ký hiệu Tg) 2.2 Thước mớn nước Thước mớn nước thước chuyên dùng, bố trí hai bên mạn phía mũi, lái tàu để đọc giá trị mớn nước tàu 2.2.1 Tác dụng thước mớn nước Thước mớn nước dùng để đọc giá trị mớn nước, từ tính khối lượng tàu, biết chiều cao tĩnh không tàu để qua cầu hành trình luồng cạn Ngoài ra, dựa vào giá trị mớn nước đọc để xác định tư tàu Cụ thể là: - Nếu mớn mũi < mớn lái tàu chúi lái Ngược lại, tàu chúi mũi - Nếu mớn mũi = mớn lái tàu cân mũi lái - Nếu mớn phải>mớn trái tàu bị nghiêng phải Ngược lại, tàu nghiêng trái - Nếu mớn phải = mớn trái tàu cân (không bị nghiêng) 40 2.2.2 Các loại thước mớn nước: Hiện thới giới, tàu biển tàu sông, thường dùng ba loại thước sau: 20 2.2.2.1 Thước mớn nước Trung Quốc: - 20 Kích thước mớn nước nét vẽ lấy đơn vị mm - Chiều cao chữ số 100 mm - Khoảng cách hai chữ số liên tiếp 100mm - Giá trị tính chân chữ số từ lên - Thông thường tàu dùng sơn trắng để kẻ thước - 15 Cách đọc mớn nước: mặt 80 nước tới mép chữ số đọc trị số 20 mớn nước từ số cách lấy số kề mặt nước trừ khoảng cách từ chân số kề đến mặt nước 20 30 20 60 15 100 2.2.2.2 Thước mớn nước A-Rập: - Thước mớn nước A-Rập ghi số chẵn dùng đơn vị đo lường hệ mét - Chiều cao chữ số 100 mm - Khoảng cách hai chữ số 100 mm - Giá trị tính chân chữ số - Màu chữ biểu thị màu sơn trắng - Cách đọc: Giống thước mớn nước Trung Quốc c) Thước mớn nước La mã: - Thước mớn nước la mã biểu thị chữ số La mã Đơn vị dùng feet (ft) ft = 0, 3048 m - Chiều cao chữ số khoảng cách hai chữ số liên tiếp 0,5ft - Giá trị tính chân chữ số - Cách đọc: Giống thước mớn nước Trung Quốc 2.3 Dấu chuyên chở 2.3.1 Khái niệm vòng dấu chuyên chở: Vòng dấu chuyên chở dấu hiệu dùng để qui định mức độ chuyên chở tối đa tàu 2.3.2 Cơ sở xác định vòng dấu chuyên chở: Dựa vào kết cấu tàu, kích thước, vùng, mùa hoạt động điều kiện khác, quan đăng kiểm qui định chiều cao mạn khơ thích hợp vịng dấu chuyên chở 2.3.3 Cấu tạo vòng dấu chuyên chở: Vịng dấu chun chở gồm có: đường boong, vịng dấu, đường tâm, dấu chuyên chở phụ 2.3.3.1 Đường boong: Là đường thẳng, có độ dài 300mm, có tác dụng vòng dấu đường tâm Nếu mép boong có lót gỗ mép đường boong trùng với giao điểm mặt lớp gỗ lát mặt ngồi tơn mạn Đối với tàu có chạch mép boong có ốp dãi đệm chống va mép boong lượn trịn khơng cần kẻ đường boong 30 R V SI (SII) 25 40 2.3.3.2 Vòng dấu: - Là vòng trịn, có đường kính ngồi 250mm, vẽ hai bên mạn tàu, mặt phẳng sườn V R SII 25 150 V R SII SI SI V R SII V R SI - Nếu không đủ chỗ để kẻ đủ vịng trịn phép kẻ nửa vịng trịn phía - Nếu vịng dấu đường tâm nằm vào chạch cần phải khoét rãnh chạch - Tâm vòng tròn phải nằm đường thẳng đứng với tâm đường boong 2.3.3.3 Đường tâm: Có độ dài 400mm, nằm song song với mặt boong Mép đường tâm qua tâm vịng dấu chun chở Nó mặt nước tàu chuyên chở đến mức tối đa 2.3.3.4 Ký hiệu đường tâm: - Trên đường tâm cắt tâm vịng trịn phía mũi kẻ chữ ký hiệu vùng hoạt động tàu - Trên đường tâm hai bên vòng dấu ghi ký hiệu quan đăng kiểm gồm hai chữ: chữ V chữ R ghi chữ bên vịng trịn V-R: Vietnam-Register (đăng kiểm Việt Nam) Kích thước chữ 100x60mm chiều dày nét chữ 15mm - Tất nét vẽ 25mm 2.3.3.5 Dấu chuyên chở phụ: Đối với tàu hoạt động nhiều vùng nước khác từ điểm cuối đường tâm, hướng phía mũi tàu kẻ đoạn thẳng đứng đường giới hạn chiều chìm, có chiều dài 150mm 2.3.4 Chi tiết kẻ vịng dấu chuyên chở: - Vòng dấu chuyên chở phải sơn màu trắng tối màu tối sáng - Đối với tàu vỏ thép, vòng dấu chuyên chở phải làm sẵn thép dẹt hàn cố định vào mạn tàu hàn chấm sau qt sơn thích hợp - Trên tàu hợp kim, đường nằm ngang vòng dấu chuyên chở phải làm dãi hợp kim hàn dán vào mạn tàu, đường lại cho phép kẻ sơn - Trên tàu chất dẻo vòng dấu chuyên chở làm dán vào mạn tàu - Trên tàu gỗ, vòng dấu chuyên chở phải khắc vào ván gỗ, chiều sâu vết khắc không nhỏ 1mm sau sơn theo quy định CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 1 Trình bày khái niệm tàu thuyền? Trình bày mớn nước, thước mớn nước dấu chuyên chở? 10 Bài làm a) Trọng lượng ponton lượng chiếm nước: P = D = γ V Trong đó: - γ trọng lượng riêng nước (γ = 1T/m3) - V thể tích phần thân ponton chìm nước (V = L B T) - Vậy trọng lượng ponton: P = γ 1.V = γ L B T = x 12,5 x x = 100T b) Chiều chìm (mớn nước) ponton sau nhận 25T hàng: - Trọng lượng ponton sau nhận hàng: P1 = 100 + 25 =125T - Từ công thức: P1 = γ 1.V1 = γ L B T1 P1 125 - Suy ra: T1 = γ L.B = 1.12,5.4 = 2,5m c) Mớn nước ponton sau nhận hàng nước mặn: Khi nhận hàng, nước mặn, lượng chiếm nước không đổi, ngược lại thể tích ngâm nước mớn nước giảm trọng lượng riêng nước tăng: P1 = D1 = γ 1.V1 = P1 = γ 2.V2 = const Thay V1 = L B T1; V2 = L B T2 Ta có: γ L B T1 = γ L B T2 Từ ta có chiều chìm ponton nước mặn là: γ1 T2 = γ T1 = 1,025 2,5 = 2,44m 1.1.3 Các trạng thái tàu nước: Tàu vật thể khác, nước tuỳ thuộc vào độ lớn lực (lực đẩy nước) trọng lực mà có trạng thái sau đây: 58 PD Nổi lơ lửng Chìm Các trạng thái tàu nước - Tàu (vật thể) cân mặt nước trọng lượng tàu cân với lực tác dụng lên (P = D) - Tàu lơ lửng trọng lượng tàu cân với lực tác dụng lên (P = D) - Nếu lực lớn trọng lực (D > P): tàu trạng thái đặc biệt - Nếu lực nhỏ trọng lực (D < P): tàu chìm 1.2 Tính ổn định 1.2.1 Định nghĩa: Ổn định tàu khả trở trạng thái cân ban đầu ngoại lực tác động Lực tác động vào tàu lực tĩnh (như nhận thêm lượng hàng, dự trữ) lực động (như tác động sóng, gió giật,.v.v…) Trong thực tế tác động lực lên tàu riêng lẻ hay tổng hợp với có phương Trong lý thuyết, để đơn giản người ta xét riêng lẻ tác động loại lực theo hai dạng tác động làm cho tàu nghiêng ngang nghiêng dọc tương ứng với loại lực có hai dạng ổn định ổn định ngang ổn định dọc Do kích thước theo chiều ngang tàu nhỏ nhiều so với chiều dọc nên ổn định nghiêng ngang thường ảnh hưởng nhiều đến an toàn tàu ổn định dọc Như ta xét phần trọng lực tàu lực định đến ổn định tàu Do ta xét mối quan hệ chúng 1.2.2 Trọng tâm tàu (G): 1.2.2.1 Định nghĩa: Trọng tâm tàu điểm đặt trọng lực tàu Cách xác định trọng tâm: 59 Vị trí G xác định theo định luật vật lý thông dụng sau: tổng moment thành phần trọng lượng vật mặt phẳng mơment tổng thành phần trọng lượng vật mặt phẳng D = D L + DC Z KG D = KGL DL + KGC DC n ∑ KG D i i =1 i G n KG = ∑D i =1 i 1.2.2.2 Chọn hệ toạ độ: y K Để xác định toạ độ trọng tâm tàu, người ta chọn hệ toạ độ có gốc mặt K, trục x giao mặt với mặt phẳng trục dọc tàu, trục y giao mặt phẳng sườn mặt bản, trục z giao mặt phẳng sườn mặt phẳng trục dọc tàu Với cách chọn này, độ cao trọng tâm luôn dương thường ký hiệu KG 1.2.2.3 Chiều cao trọng tâm (KG): Là khoảng cách thẳng đứng từ mặt đến trọng tâm tàu, xác định theo công thức sau: G0 G KG0 D0 + KG1 D1 + KG D2 + KG= D0 + D1 + D2 + G2 G1 Trong đó: - KG: trọng tâm tàu sau xếp hàng - KG0: chiều cao trọng tâm tàu không - D0: trọng lượng tàu không - KG1, KG2: chiều cao trọng tâm khối hàng thứ 1, 2,.v.v… - D1, D2: trọng lượng khối hàng thứ 1, 2, v.v… K Ví dụ 1: tìm độ cao trọng tâm tàu có trọng lượng tàu không D 0=4000T, KG0=25ft Các hầm chứa loại hàng đồng có trọng lượng độ cao trọng tâm sau: - Hầm có W1=3000T KG1=8ft - Hầm có W2=2000T KG2=10ft - Hầm có W3=1000T KG3=30ft - Hàng boong có W4=500T - Nước có W5=500T KG5=15ft - Nhiên liệu có W6=400T KG6=4ft KG4=38ft 60 1.2.2.4 Sự dịch chuyển G: Vị trí G thay đổi ta thêm, bớt hay dịch chuyển thành phần trọng lượng tàu G1 G1 Z Z G G 1 K K * Khoảng dịch chuyển G theo chiều thẳng đứng dịch chuyển thành phần trọng lượng tàu xác định theo công thức sau: GG1 = Z.W D Trong đó: GG1- Khoảng dịch chuyển trọng tâm tàu theo chiều thẳng đứng GG1 mang dấu âm dịch chuyển W từ xuống dưới, mang dấu dương dịch chuyển từ lên Z - Là khoảng cách thẳng đứng trọng tâm khối hàng trước sau dịch chuyển W-khối lượng hàng dịch chuyển D-Lượng chiếm nước tàu (trọng lượng tàu) * Khi thêm, bớt trọng lượng tàu, chiều cao trọng tâm tàu dịch chuyển đoạn: GG1 = Z W D ±W - Z: khoảng cách thẳng đứng trọng tâm tàu trọng tâm khối hàng thêm hay bớt vào - W: trọng lượng nhận thêm hay bớt W mang dấu cộng nhận thêm hàng, mang dấu trừ dỡ bớt hàng - D: trọng lượng tàu trước nhận hàng GG1:có dấu âm khối hàng nhận xuống vị trí mà trọng tâm phía mặt phẳng ngang qua trọng tâm tàu (dưới trọng tâm tàu) GG1 dương trọng tâm W phía mặt phẳng tính từ ky tàu Trường hợp bớt lượng W xét dấu ngược lại Lưu ý: Khi dùng cần cẩu tàu để cẩu hàng mã hàng rời khỏi mặt sàn, điểm đặt trọng tâm chuyển tới điểm treo đỉnh 61 cần cẩu Giá trị Z trường hợp lớn nên có ảnh hưởng nhiều đến thay đổi vị trí G tức ảnh hưởng tới ổn định tàu Đặc biệt tàu có lượng chiếm nước nhỏ khối lượng mã hàng lớn Ví dụ 2: Cũng tàu cho trên, nhận thêm 2000T hàng có độ cao trọng tâm KG7=19ft Tìm độ cao trọng tâm sau nhận hàng Ví dụ 3: Trường hợp tàu ví dụ 2, tìm độ cao trọng tâm tàu sau đưa 500 hàng từ boong xuống hầm với khoảng cách dịch chuyển thẳng đứng Z=12ft Ví dụ 4: Một tàu có lượng chiếm nước 1800 KG=3m, nhận thêm 3400 hàng có KG=2,5m 400 dầu có KG=5m Tìm KG tàu sau xếp thêm hàng nhiên liệu Ví dụ 5: Một tàu có lượng chiếm nước ban đầu 3420 KG=3,75m Trong trình chạy dùng hết 66 dầu KG=0,45m 64 nước KG=2m Tìm KG tàu cuối chuyến Ví dụ 6: Một tàu có lượng chiếm nước 5500 tấn, KG=5m nhận thêm số hàng sau: 1000 KG=6m 700 KG=4m 300 KG=5m Sau bơm xả ngồi 200 nước dằn có KG=0,5m Tìm lượng hàng xếp thêm boong (với KG=10m) để tàu có chiều cao tâm nghiêng 0,3m với KM sau 6,3m 1.2.3 Tâm (C): 1.2.3.1 Định nghĩa: Tâm trọng tâm thể tích phần chìm vỏ tàu Độ cao tâm KC khoảng cách thẳng đứng từ ki tàu đến tâm nổi, tính theo cơng thức sau: KC = ∑ vi xKC i ∑ Vi Vi thành phần thứ i tạo nên phần chìm tàu KCi độ cao trọng tâm thành phần thứ i tương ứng Có thể tính chiều cao tâm theo công thức gần sau: 5d V − ) A KC = ( Trong đó: - D: mớn nước tàu (ft) - V: thể tích phần chìm tàu (ft3) 62 A: diện tích mặt phẳng đường nước ứng với mớn nước d (ft2) - Giá trị KC thường tính sẵn cho tàu mớn nước khác cho hồ sơ ổn định tàu, ta tìm biết mớn nước hay lượng chiếm nước tàu 1.2.3.2 Sự dịch chuyển C: g1 G C' g C Lúc đầu tàu cân bằng, C nằm đường thẳng đứng thuộc mặt phẳng trục dọc tàu, tàu nghiêng, thể tích hình nêm phần chìm tàu dịch chuyển từ mạn cao sang mạn thấp Điều làm cho C dịch chuyển sang vị trí C’ theo chiều dịch chuyển hình nêm có hướng song song với đường nối trọng tâm hai hình nêm có độ lớn bằng: CC’= v.gg1 V Trong đó: 1.3 v: thể tích hình nêm 1.4 gg1: khoảng cách trọng tâm hai hình nêm 1.5 V: thể tích phần chìm tàu 1.2.4 Tâm nghiêng ngang (khuynh tâm) M: M C’ C Là giao điểm đường tác dụng lực C hai góc nghiêng liên tiếp Ở góc nghiêng nhỏ (dưới15 0) tâm nghiêng ngang giao đường tác dụng lực đường thẳng đứng qua trọng tâm G Độ cao tâm nghiêng KM cho sẵn hồ sơ thủy tĩnh tàu 1.2.4.1 Mômen hồi phục: 63 Là thước đo độ ổn định tàu M Khi tàu nghiêng góc nhỏ, với giả thiết ảnh hưởng két chứa chất lỏng chở vơi nhỏ, ta coi trọng tâm tàu không đổi G Tâm C chuyển sang mạn nghiêng lúc lực tác động C G khơng cịn triệt tiêu cân mà tạo thành ngẫu lực Khi M nằm phía G ngẫu lực tạo thành mơmen có xu hướng đưa tàu vị trí cân ban đầu Độ lớn xác định theo công thức: Z C' C Mhp = P GZ Trong đó: GZ khoảng cách từ trọng tâm G đến đường tác dụng lực qua C (cánh tay đòn hồi phục) Trong tam giác vng MGZ ta có: Sinα = GZ / GM Suy ra: GZ = GM Sinα Mhp = P GM Sinα Trong đó: P: trọng lượng tàu α: góc nghiêng tàu GM: bán kính tâm nghiêng ngang (chiều cao tâm nghiêng) GM yếu tố định đến tính ổn định tàu GM lớn tính ổn định cao ngược lại Do đó, để tăng tính ổn định tàu, người ta hạ thấp trọng tâm để tăng chiều cao tâm nghiêng cách xếp hàng nhẹ trên, hàng nặng Giá trị GM tàu thường phải đạt giá trị định theo khuyến cáo quy phạm quốc gia hay quốc tế, tuỳ thuộc vào loại tàu hàng hoá chuyên chở Chẳng hạn, GM tàu chở hàng hạt rời không nhỏ 0,3m (theo quy định công ước quốc tế an toàn sinh mạng biển) 1.2.4.2 Khi tàu có GM lớn: Được gọi tàu lắc cứng Lúc lúc tàu có moment hồi phục lớn nên bị nghiêng trở lại tư cân nhanh, tức chu kỳ lắc ngắn Nếu tàu lắc nhanh ảnh hưởng không tốt đến hoạt động máy móc, thuyền viên dễ gây nên dịch chuyển hàng hoá gia tốc lớn 1.2.4.3 Khi tàu có GM q nhỏ: 64 Thì moment hồi phục nhỏ, tàu dễ bị nghiêng trở tư cân ban đầu chậm Trạng thái gọi lắc mềm Khi tàu lắc mềm, ảnh hưởng tới thuyền viên hành khách hàng hố tàu có biên độ lắc lớn nên dễ bị nguy hiểm gặp thời tiết xấu, nước dễ tràn lên mặt boong làm hư hỏng hàng hố tàu 1.2.4.4 Khi tàu có GM âm: Nó trạng thái ổn định Tuy nhiên, tàu không bị lật trừ giá trị âm lớn 1.2.5 Vị trí tương đối G M: Ta biết vị trí tương đối G M định đến ổn định tàu Ta lần lược xét vị trí tương đối sau: M M Z G C' C C a) G G M C' C' C Trường hợp G nằm M: Khi tàu nghiêng tạo mômen đưa tàu trạng thái cân ban đầu Tàu trạng thái cân ổn định b) Trường hợp G trùng với M: Khi GM = 0, lúc tàu trạng thái cân vị trí đặt, có tác động vào lại chuyển sang cân hậu lực tác động Trường hợp gọi cân phiếm định c) Trường hợp G nằm M: M C G M G C C ' Cân ổn định Bắt đầu nghiêng M G C C' Vị trí cân Tàu trạng thái ổn định ban đầu (vì GM âm) Tuy nhiên, tàu khơng bị lật khì giá trị âm lớn Lúc có lực tác động làm cho tàu nghiêng khỏi vị trí cân ban đầu tạo mơmen đẩy cho nghiêng thêm theo chiều tác động ngoại lực Nguyên nhân ngẫu lực P D lúc chiều 65 với chiều ngoại lực Tàu nghiêng tâm C dịch chuyển đến phía G đường thẳng đứng dừng lại Tại vị trí cân mới, tàu ổn định bị nghiêng thêm phía C dịch chuyển, M dịch chuyển theo giới hạn tới 20 M có xu hướng dịch lên vượt lên phía G, lúc moment hồi phục dương GM bắt đầu dương Nếu vị trí có ngoại lực tác dụng theo phía ngược lại tàu từ từ trở vị trí thẳng đứng nghiêng sang phía ngược lại gốc tương tự *Lưu ý: cần phân biệt trạng thái nghiêng tàu GM âm hay G lệch khỏi mặt phẳng trục dọc tàu Khi ta bố trí thành phần trọng lượng tàu làm cho G lệch khỏi mặt phẳng trục dọc, tàu nghiêng sang bên GM dương Điều khác biệt lúc góc nghiêng tàu ln cố định bên tàu cân ổn định góc nghiêng Dù ngoại lực có tác động theo chiều mơment hồi phục dương có xu hướng đưa tàu cân góc nghiêng Cịn trường hợp GM < góc nghiêng khơng cố định nên mà thay đổi theo hướng tác động ngoại lực, thấy tàu có chu kỳ lắc dài, chậm với biên độ lớn Trạng thái nguy hiểm tàu bị lật gặp thời tiết xấu 66 Bài 2: CÁC ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU THUYỀN 2.1 Tính lắc 2.1.1 Khái niệm: Lắc dao động trên sóng ứng với tần số biên độ định 2.1.2 Phân loại: Có loại sau: - Lắc ngang: dao động thân tàu quanh trục dọc (đường mũi lái) - Lắc dọc: dao động thân tàu quanh trục ngang - Lắc đứng: dao động thân tàu theo phương thẳng đứng làm cho tàu thay đổi mớn nước 2.1.3 Ảnh hưởng lắc: Lắc tượng khơng có lợi, ảnh xấu đến nhiều mặt khác Cụ thể là: - Làm cho thuyền viên hành khách khó chịu - Nếu khơng chằng buộc chắn, tàu lắc hàng hoá di chuyển làm ảnh hưởng tới vỏ tàu, vững làm hư hỏng hàng hoá - Lắc làm ảnh hưởng tới kết cấu tàu máy móc lắp tàu - Ổn định hướng - Làm tăng sức cản giảm tốc độ tàu, tốn nhiên liệu - Nếu tàu lắc ngang nhiều, góc nghiêng lớn có nguy lật tàu - Nếu lắc dọc lớn, chân vịt bị nhấc lên khỏi mặt nước quay không làm tổn hại tới máy trục láp - Trên tàu chiến, bắn khơng xác; tàu chở máy bay, máy bay hạ cánh khó khăn 2.1.4 Biện pháp làm giảm lắc ngang: Nếu xếp hàng nặng trên, hàng nhẹ dưới, trọng tâm G tàu cao, kết tàu lắc từ từ êm dịu hơn, chu kỳ lắc ngang tăng lên Nếu xếp hàng để trọng tâm G tàu thấp, chiều cao khuynh tâm GM tàu lớn, làm giảm chu kỳ lắc ngang, tàu lắc mạnh, khơng có lợi Để làm giảm lắc ngang người ta dùng nhiều cách khác như: - Ki hông (vây cá): Là phận giảm lắc ứng dụng rộng rãi nhất, cách hàn vào phần chìm nước hai bên mạn tàu thép khoảng 30-40% Vây cá chiều dài tàu, đường chạy vây cá phải song song với đường dòng chảy để hạn chế sức cản gia tăng Vây cá làm tăng sức cản nên giảm biên độ lắc khoảng 50% 67 không làm thay đổi chu kỳ lắc tàu Đối với tàu hàng, nên thiết kế chiều dài vừa phải để khỏi nhô lên mặt nước tàu chạy không tải - Hàn vào ki tàu thép gọi ki giả, ki giả có tác dụng giống vây cá - Trên số tàu người ta sử dụng quay ổn định giữ cho tàu thăng Con quay quay với tốc độ nhanh quanh trục a-a’, trục gắn giá cố định Ki giả trục b-b’ Con quay có khả giữ hướng trục a-a’ không thay đổi không gian Nhưng tàu lắc ngang tượng tiến động quay làm cho thân tàu lắc dọc chút quanh trục b-b’ đồng thời gây trở lực cho lắc ngang tàu làm cho tàu có xu ổn định cân ban đầu a' b Vây cá di động - b' a Con quay ổn định Hiện có số tàu sử dụng vây cá di động, hai cánh ngầm đặt hai mạn Hai cánh thu vào, xoè quay quanh trục Khi khơng có gió, mặt nước n lặng thu vây cá di động (2 cánh ngầm) vào thân tàu, có sóng gió x cánh ngầm Nếu cánh ngầm nghiêng góc so với dòng nước chảy qua cánh, sức cản nước làm cho cánh có sức nâng Sức nâng hướng lên xuống xuống phụ thuộc vào góc nghiêng cánh xuống lên Do đó, điều khiển cánh ngầm nghiêng lên nghiêng xuống quanh trục theo chu kỳ chu kỳ lắc ngang tàu cho mô men cánh ngầm gây nên ngược chiều với mô men lắc ngang tàu Hiệu sử dụng vây cá di động cao, giảm biên độc lắc khoảng 90%, có nhược điểm tốc độ tàu giảm hiệu suất giảm 68 2.2 Tính chống chìm 2.2.1 Khái niệm: Tính chống chìm tàu khả tàu mặt nước giữ tính lại bị thủng hay nhiều khoang nước tràn vào Đối với tàu hàng, yêu cầu chống chìm khác nhau, mức độ chống chìm phụ thuộc trước hết vào chức của tàu độ lớn tàu 2.2.2 Hậu ngập khoang: - Tôn vỏ tàu, phần đường nước có tải bị thủng làm cho nước vào tàu ngập khoang, làm cho chiều chìm tăng, xuất nghiêng, chúi tính ổn định thay đổi (thường giảm) - Sự tăng chiều chìm phụ thuộc khối nước tràn vào tàu, đồng thời phụ thuộc vị trí hư hỏng mà xuất chúi mũi hay chúi lái, có vách dọc tàu nghiêng bên mạn Tăng chiều chìm đồng thời với nghiêng, chúi làm giảm chiều cao mạn khô dẫn đến boong kín nước nằm mặt nước làm tàu chìm - Trường hợp tàu chìm khơng tính ổn định, với khối lượng nước vào nhiều chậm kéo dài vài Nhưng ổn định tàu chìm nhanh - Do trương hợp tàu bị thủng, nước tràn vào, nhiệm vụ thuyền viên khơng tàu tính ổn định để tàu chìm chậm, ta có đủ thời gian áp dụng biện pháp để chống thủng 2.2.3 Biện pháp làm tăng tính chống chìm: Để tăng tính chống chìm tàu người ta dùng nhiều biện pháp như: - Làm nhiều vách ngăn kín nước chia thân tàu nhiều ngăn cho ngăn bị thủng, mớn nước tàu tăng lên không vượt đường mớn nước tối đa - Dùng hệ thống bơm nước có cơng suất lớn để bơm nước ngồi - Thiết kế tàu đáy đơi (tàu hai đáy) 2.3 Tính điều khiển Tính điều khiển khả tàu giữ hướng thẳng chuyển sang hướng cần thiết theo ý muốn người điều khiển Điều có nghĩa tàu phải có khả chuyển động theo hướng thẳng, có khả thực loại quay trở cần thiết Vì vậy, tính điều khiển bao gồm: tính quay trở tính định hướng liên hệ mật thiết với Ta thấy tính ổn định hướng tính quay trở hai tính tương phản Một tàu có tính ổn định hướng tốt tính quay trở Ngược lại, tàu có tính 69 quay trở tốt tính định hướng Do đó, thiết kế phải biết dung hồ hai tính chất trên, phải ưu tiên tính cần thiết tàu cần thiết kế 2.4 Tính quay trở: 2.4.1 Khái niệm tính quay trở: Tính quay trở khả chuyển hướng tàu bẻ lái góc làm cho tàu quay trở linh hoạt, nhanh chóng, bán kính quay trở nhỏ Đặc tính cần thiết điều động tàu vào cảng, chạy luồng lạch hẹp, chạy vùng nước nguy hiểm 2.4.2 Khái niệm vòng quay trở: Vòng quay trở tàu quỹ đạo chuyển động trọng tâm tàu vẽ mặt nước trình tàu quay trở tốc độ Vịng quay trở tàu ban đầu có dạng hình xoắn ốc, tàu vào vịng quay ổn định vịng quay trở hình trịn khơng thay đổi Vịng quay trở phụ thuộc vào yếu tố như: tốc độ tàu, góc độ bẻ lái, hình dáng thân tàu, bánh lái, độ nghiêng, chúi, độ sâu điều kiện khí tượng thủy văn: sóng, gió, dịng chảy… 2.5 Tính định hướng: Là khả trì hướng tàu theo hướng định trước Nếu tàu có tính định hướng tốt bị đảo mũi, khả quay trở Ngược lại, tính quay trở tốt đường kính quay trở nhỏ, linh hoạt ổn định hướng Đây đặc tính tất tàu, thiếu tính ổn định hướng, tàu tự lệch hướng, làm tăng sức cản tàu bánh lái phải nghiêng, tốc độ trung bình giảm tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ Trong thực tế, gió cấp 3, phút cần bẻ lái 3-4 lần, lần 2-3 để tàu thẳng đươc coi tàu có tính định hướng tốt 2.6 Tính bền 2.6.1 Khái niệm: Tính bền khả thân tàu chi tiết cấu trúc chịu nội, ngoại lực tác động mà không bị biến dạng phạm vi cho phép Tính bền phụ thuộc vào kết cấu tàu 2.6.2 Các lực tác dụng lên tàu: a) Nội lực: Trọng lượng thân tàu, kết cấu tàu, máy móc, trang thiết bị, hàng hố thành phần khác b) Ngoại lực: Lực tác động sóng, gió, dịng, lực đẩy nước,… 2.6.3 Phân loại sức bền: Sức bền thân tàu chia làm hai loại: 70 a) Sức bền cục bộ: Là sức bền mà có phần kết cấu thân tàu tham gia, liên quan đến việc chất xếp hàng hoá b) Sức bền chung: Là sức bền mà phần lớn phận kết cấu thân tàu tham gia Sức bền toàn chia làm sức bền dọc sức bền ngang Do bề ngang tàu nhỏ nên hầu hết trường hợp sức bền ngang tàu đảm bảo Vấn đề cần quan tâm để đảm bảo an toàn kết cấu tàu sức bền dọc chiều dài tàu lớn nhiều so với chiều ngang dọc thân tàu có nhiều kết cấu khơng liên tục nên ảnh hưởng đáng kể đến sức bền dọc 2.7 Tính chạy nhanh 2.7.1 Khái niệm: Tính chạy nhanh khả chạy nhanh tàu mà không cần tăng thêm công suất máy Tính chạy nhanh phụ thuộc vào lực cản thân tàu 2.7.2 Khái niệm lực cản: Lực cản tàu lực sinh tàu chuyển động mà hợp lực chúng có chiều ngược với chiều chuyển động Khi chuyển động, tàu gặp hai loại sức cản là: nước khơng khí Sức cản nước tạo nên rất lớn, lớn nhiều so với sức cản khơng khí Do vậy, thiết kế tàu thủy phải đặc biệt quan tâm đến vấn đề 2.7.3 Các loại lực cản thân tàu: Để xác định công suất máy phù hợp theo yêu cầu tốc độ tàu, phải biết sức cản tàu chạy Nói chung, sức cản nước thành phần sức cản chủ yếu, sức cản phụ thuộc vào trị số hình dáng tốc độ tàu - Khi tàu chuyển động xuất sóng đằng mũi đằng lái, sóng lớn tốc độ tàu lớn Nguyên nhân chuyển động tàu làm tăng áp lực tác dụng lên nước mũi tàu đồng thời làm giam áp lực nước lái tàu gọi sức cản sóng RS - Thành phần thứ hai lực cản ma sát xuất cọ sát trực tiếp dòng nước bao quanh thân tàu Lực cản ma sát phụ thuộc vào diện tích bề mặt vỏ tàu bao bọc xung quanh thân tàu, phụ thuộc vào đặc tính tuyến hình vỏ tàu (độ trơn thon) tốc độ tàu Ký hiệu Rms - Vậy thành phần lực cản sóng lực cản ma sát lực cản toàn tàu phụ thuộc vào hình dạng tốc độ tàu Lực cản sóng tàu cở lớn chạy chậm chiếm khoảng 20% lực cản tồn bộ, cịn tàu chạy nhanh lực cản sóng chiếm tới 70% lực cản tồn tàu - Dòng nước tách khỏi thân tàu nguyên nhân xuất vùng áp suất thấp phía sau tàu làm xuất sức cản gọi sức cản áp suất Ký hiệu Ras 71 - Ngoài nước, khơng khí cản trở chuyển động tàu gọi sức cản khơng khí (Rkk): sức cản phụ thuộc vào tốc độ tàu, diện tích hình dáng phần đường mớn nước Khi gió thổi, sức cản phụ thuộc vào tốc độ, hướng gió tương đối Thượng tầng có nhiều chức phải thoả mãn, chúng khơng đủ khí trường hợp đó, gió có ích gió xi gần xi (khơng ngược) Ta có sức cản tồn ký hiệu R, xác định sau: R = RS + Rms + Ras + Rkk Trong tính tốn, sức cản sóng sức cản áp suất thường gọi sức cản hình dáng sức cản dư 2.7.4 Biện pháp làm giảm sức cản: 2.7.4.1 Biện pháp giảm sức cản sóng: Có thể làm giảm sức cản sóng biện pháp sau: Chọn chiều dài tốc độ tàu Chọn kích thước hình dáng thân tàu Áp dụng thiết bị đặc biệt giảm chiều cao sóng như: mũi lê mũi Áp dụng loại tàu như: tàu hai thân, ba thân, tàu mũi chìm, tàu cánh ngầm, tàu đêm khơng khí Để có lợi sức cản sóng thiết kế thân tàu thon trước hết phải lưu ý tính ổn định tàu bán kính tâm nghiêng ngang tỉ lệ với bình phương chiều rộng tàu 2.7.4.2 Biện pháp làm giảm sức cản ma sát: Đảm bảo bề mặt vỏ tàu nhẵn, phẳng cách áp dụng cơng nghệ đóng tàu xác, sơn thích hợp bảo vệ lớp sơn Giảm độ gồ ghề bề mặt tàu tức định kỳ làm bảo dưỡng phần nước tàu lên đà lúc tàu khai thác, nằm nước CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG Trình bày đặc tính khai thác tàu thuyền? Trình bày đặc tính hoạt động tàu thuyền? 72