Xác định công thức hồi quy cho các thông số kỹ thuật chính của tàu cung ứng dịch vụ giàn khoan dựa trên dữ liệu đăng ký tàu

Bài viết công bố kết quả phân tích dữ liệu biểu thị mối quan hệ giữa các thông số chính của tàu PSV bằng phương pháp hồi quy, như: Trọng tải, các kích thước và công suất động cơ chính. Các hàm hồi quy thu được, có thể dùng để tham chiếu cho thiết kế hoặc so sánh, đánh giá các tàu PSV.

TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC HỒI QUY CHO CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA TÀU CUNG ỨNG DỊCH VỤ GIÀN KHOAN DỰA TRÊN DỮ LIỆU ĐĂNG KÝ TÀU DETERMINATION OF REGRESSION FORMULAS FOR MAIN SPECIFICATIONS OF PLATFORM SUPPLY VESSELS BASED ON VESSEL REGISTRATION DATA NGUYỄN ANH VIỆT*, BÙI THỊ HẰNG Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: vietna.mtb@vimaru.edu.vn Tóm tắt PSV (Platform Supply Vessel) - tàu cung ứng dịch vụ giàn khoan, loại tàu thuộc nhóm tàu phục vụ /hỗ trợ cơng trình ngồi khơi OSVs (Offshore Service Vessels/ Offshore Support Vessels) PSV tàu thiết kế đặc biệt để phục vụ hậu cần cho giàn khoan khơi cơng trình lắp đặt biển, từ việc xây dựng, lắp đặt hết thời gian hoạt động cơng trình xa bờ Việc thiết kế PSV, vậy, địi hỏi phải có nguồn liệu tham khảo chuyên biệt Trong báo, nhóm tác giả cơng bố kết phân tích liệu biểu thị mối quan hệ thông số tàu PSV phương pháp hồi quy, như: Trọng tải, kích thước cơng suất động Các hàm hồi quy thu được, dùng để tham chiếu cho thiết kế so sánh, đánh giá tàu PSV Từ khóa: Tàu cung ứng dịch vụ giàn khoan, trọng tải, kích thước, cơng suất động Abstract PSV - Platform Supply Vessel, is a ship belonging to the group of OSVs (Offshore Service Vessels/ Offshore Support Vessels) A platform supply vessel is a ship specially designed to supply offshore oil and gas platforms The primary function for most of these vessels is logistic support and transportation of goods, tools, equipment and personnel to and from offshore oil platforms and other offshore structures Therefore, the design of PSV requires a specialized reference data source In the article, the authors publish the results of data analysis showing the relationship between the main parameters of PSV ships by regression method, such as: Tonnage, dimensions and main 22 engine power Regression functions obtained can be used as a reference for the design or comparison and evaluation of PSV ships Keywords: Platform Supply Vessel, tonnage, dimensions, main engine power Đặt vấn đề 1.1.Đặc điểm thiết kế PSV PSV (Platform Supply Vessel) tàu thiết kế đặc biệt để phục vụ hậu cần cho giàn khoan khơi cơng trình lắp đặt biển, từ lúc bắt đầu việc xây dựng, lắp đặt hết thời gian hoạt động cơng trình xa bờ Chức hầu hết PSV hỗ trợ hậu cần vận chuyển hàng hóa, công cụ, thiết bị, nhân đến từ giàn khoan dầu, cơng trình ngồi khơi khác Các PSV lớn hơn, hoạt động vùng nước sâu, xa bờ, trang bị nhiều thiết bị tinh vi bao gồm phương tiện vận hành nước điều khiển từ xa (ROV - Remotely Operated Vehicle/ Remotely Operated underwater Vehicle) có xu hướng chứa số lượng người lớn (có thể đến 100 người) Hầu hết thiết kế PSV tiên tiến, đặc biệt cho vùng nước sâu xa bờ, thường trang bị hệ thống định vị động (Dynamic Positioning system) DP1, DP2 DP3 Hệ thống phân tích sóng, dịng chảy gió với hỗ trợ hệ thống tham chiếu khác (như Laser Canon, DGPS, RADius, Tautwire Hydro Acoustic), điều khiển động lực đẩy tàu, để trì vị trí mong muốn Hệ thống đẩy PSV chủ yếu sử dụng hình thức hai chong chóng (đối xứng hai bên mạn độc lập) Nó loại sau: Hệ thống đẩy khí, hệ thống đẩy diesel - điện hệ thống đẩy hybrid Với hệ thống đẩy khí: Động thơng qua hộp số (để chuyển đổi mô-men) dẫn động trục trung gian, trục chong chóng Hộp số SỐ 68 (11-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY trang bị thêm trích công suất (PTO), với máy phát đồng trục, để cung cấp lượng điện cho tàu Với hệ thống đẩy diesel - điện: Động diesel lai máy phát điện, tạo lượng điện, cung cấp cho chong chóng (dẫn động điện quay 360o) Hệ thống tự động hóa điều khiển cân lượng điện tàu, đồng thời khởi động dừng tổ máy phát điện theo nhu cầu Với hệ thống đẩy hybrid: Đó kết hợp hệ thống đẩy khí hệ thống đẩy diesel - điện Trong hệ thống này, tổ máy phát điện dẫn động động đóng vai trị máy điện, chúng vừa máy phát động điện, tương ứng với trạng thái xuất/ nhập công suất (PTO /PTI) phương pháp bán kinh nghiệm (semiempirical), với nguồn liệu thống kê tàu có sản phẩm thiết kế có chất lượng cao [1] Thiết kế tàu PSV, trường hợp ngoại lệ Tất thiết kế mới, đại đưa vào thiết bị đẩy mạn, nhằm cải thiện khả động tàu Các thiết bị đẩy mạn bao gồm vị trí đẩy phía mũi tàu tàu Nhiều thiết kế có sử dụng đẩy xoay, thu vào phần thân tàu phía mũi Tất thiết lập cho thiết bị đẩy này, phụ thuộc vào trạng thái hoạt động mà tàu thiết kế mức cung cấp chức DP cần thiết cho trạng thái 2.1 Nguồn tham chiếu Nhiều nhà thiết kế nghiên cứu đưa thiết kế thủy động lực học tốt cho phần mũi tàu, nhằm làm cho PSV hoạt động hiệu sóng có chiều cao lên đến 5m Ví dụ VARD ULSTEIN thiết kế PSV với khả xun sóng (lưu ý sóng có chiều cao 5m xảy khoảng 5% thời gian hoạt động) Trên sở liệu thống kê từ quan (tổ chức) phân cấp đăng ký tàu có uy tín, báo này, nhóm tác giả cơng bố kết phân tích liệu biểu thị mối quan hệ thơng số tàu PSV phương pháp hồi quy, như: Trọng tải, kích thước cơng suất động Các cơng thức hồi quy thu được, xem cơng cụ hỗ trợ, dùng để tham chiếu cho thiết kế so sánh, đánh giá tàu PSV Dữ liệu Để đảm bảo tính xác thực liệu, nghiên cứu tập trung vào đối tượng PSV đăng ký thức với quan phân cấp đăng ký tàu có uy tín giới, là: ABS (American Bureau of Shipping), BV (Bureau Veritas), DNV (Det Norske Veritas), CCS (China Classification Society), LRS (Lloyd's Register of Shipping) RINA (Registro Italiano Navale) [3] Trong 891 PSV chọn tham chiếu, số lượng tỷ lệ tàu phân cấp tổ chức là: ABS với 489 tàu (chiếm 54,88%), BV với 33 tàu (chiếm 3,70%), CCS với 21 tàu (chiếm 2,36%), DNV với 279 tàu (chiếm 31,31%), LRS với 54 tàu (chiếm 6,06%) RINA với 15 tàu (chiếm 1,68%) 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2.2 Giới hạn liệu tham chiếu Có thể thấy, phân khúc PSV chuyên biệt cho nhiệm vụ cụ thể riêng nó, thiết kế PSV phải đáp ứng số tiêu chuẩn quy tắc riêng biệt Những thách thức đặc biệt phải đối mặt q trình thiết kế, đóng tàu PSV địi hỏi phải có nguồn liệu tham chiếu, phản hồi hỗ trợ nhanh chóng từ đối tác có lực Các PSV chọn tham chiếu có năm đăng ký từ 1998 đến 2019, 62 tàu đóng giai đoạn 1998-2000 (chiếm 6,96%), 354 tàu đóng giai đoạn 2000-2009 (chiếm 39,73%), 475 tàu đóng giai đoạn 2010-2019 (chiếm 53,31%) Trước đây, cơng việc thiết kế tàu mang tính kinh nghiệm nhiều khoa học Công việc phụ thuộc nhiều vào người thiết kế giàu kinh nghiệm, có kiến thức tốt nhiều lĩnh vực khoa học, kỹ thuật có tính chun nghiệp cao, bên cạnh kinh nghiệm thực tế Trường thiết kế (hay cịn gọi khơng gian thiết kế, mà có nhiều giải pháp cho vấn đề thiết kế) thực tế nghiên cứu cách sử dụng phương pháp hướng dẫn tìm kiếm (heuristic) Đó phương pháp mang tính kinh nghiệm, bắt nguồn từ trình “thử sai” Sau này, phương pháp “thử sai” thay SỐ 68 (11-2021) Các giới hạn lớn nhỏ tham số chính, bao gồm: Trọng tải tàu DWT, chiều dài toàn LOA, chiều dài hai đường vng góc LPP, chiều rộng tàu B, chiều cao mạn tàu D, chiều chìm thiết kế d, dung tích tồn GT, dung tích tính NT, tốc độ thiết kế v tổng cơng suất động P, cho Bảng 2.3 Phương pháp phân tích liệu Dữ liệu 891 PSV xử lý theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm Công thức biểu thị mối quan hệ thơng số PSV thu phân tích hồi quy tuyến tính 23 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Bảng Các giới hạn liệu tham chiếu tàu PSV Giới DWT LOA LPP B D d hạn [tons] [m] [m] [m] [m] [m] NT v P [knots] [kW] 949 53,8 48,6 12,0 4,3 3,4 484 258 10 1470 max 6608 107,6 100,5 22,3 10,0 8,2 8417 2600 18,5 16000 Kết nghiên cứu LPP: Chiều dài hai đường vng góc tàu, (m); 3.1 Quan hệ chiều dài tàu với trọng tải tàu Dữ liệu thống kê chiều dài toàn tàu LOA, quan hệ với trọng tải tàu DWT, mơ tả Hình 120 DWT: Trọng tải tàu, (tons) Công thức (2) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,872, đạt mức độ tin cậy tốt 3.2 Quan hệ chiều rộng tàu với trọng tải tàu 100 LOA [m] GT Dữ liệu thống kê chiều rộng tàu B, quan hệ với trọng tải tàu DWT, mơ tả Hình 80 60 40 25 20 2000 4000 6000 8000 DWT [tons] B [m] 20 15 10 Hình Quan hệ LOA - DWT Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: LOA = 0, 007  DWT + 49,5 (1) 0 2000 DWT: Trọng tải tàu, (tons) 8000 Hình Quan hệ B - DWT Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: B = 0, 001 DWT + 12,5 (3) Trong đó: 120 B: Chiều rộng tàu, (m); 100 DWT: Trọng tải tàu, (tons) 80 Công thức (3) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,796, đạt mức độ tin cậy tốt 60 40 3.3 Quan hệ chiều cao mạn tàu với trọng tải tàu 20 0 2000 4000 6000 8000 DWT [tons] Hình Quan hệ LPP - DWT Dữ liệu thống kê chiều dài hai đường vng góc tàu LPP, quan hệ với trọng tải tàu DWT, mô tả Hình Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: LPP = 0, 007  DWT + 44, (2) Trong đó: 24 Dữ liệu thống kê chiều cao mạn tàu D, quan hệ với trọng tải tàu DWT, mô tả Hình 15 10 D [m] LPP [m] Cơng thức (1) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,872, đạt mức độ tin cậy tốt 6000 DWT [tons] Trong đó: LOA: Chiều dài tồn tàu, (m); 4000 0 2000 4000 6000 DWT [tons] 8000 Hình Quan hệ D - DWT SỐ 68 (11-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: D = 0,7  DWT 10−3 + 4,5 (4) Trong đó: Trong đó: d: Chiều chìm tàu, (m); LBD: Mơ-đun khối, (m3) DWT: Trọng tải tàu, (tons) Trong phân tích, chiều dài tàu L mô-đun khối lấy theo giá trị chiều dài hai đường vng góc LPP Công thức (4) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,668, đạt yêu cầu để tham chiếu Công thức (6) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,728, đạt yêu cầu để tham chiếu D: Chiều cao mạn tàu, (m); 3.4 Quan hệ chiều chìm tàu với trọng tải tàu mô-đun khối d [m] Dữ liệu thống kê chiều chìm tàu d, quan hệ với trọng tải tàu DWT, mơ tả Hình 10 Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: d = 0,55  DWT 10−3 + 3,8 (5) 0 5000 10000 Trong đó: LBD d: Chiều chìm tàu, (m); 20000 25000 [m3] Hình Quan hệ d - LBD DWT: Trọng tải tàu, (tons) Công thức (5) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,637, đạt yêu cầu để tham chiếu 10 3.5 Quan hệ tổng cơng suất động với trọng tải tàu mô-đun khối Dữ liệu thống kê tổng công suất động P, quan hệ với trọng tải tàu DWT, mơ tả Hình 20000 15000 P [kW] d [m] 15000 0 2000 4000 6000 8000 DWT [tons] Hình Quan hệ d - DWT Mặc dù PSV có chức chuyên chở, nhiên biết, thiết kế đặc biệt để phục vụ hậu cần cho giàn khoan ngồi khơi cơng trình lắp đặt biển Bởi chiều chìm tàu, ngồi mối liên quan đến trọng tải tàu, cịn có quan hệ với yếu tố kích thước tàu, mơ-đun khối LBD [1] Mơ-đun khối LBD (m3), tích số kích thước, bao gồm: chiều dài tàu L (m), chiều rộng tàu B [m] chiều cao mạn tàu D (m) Dữ liệu thống kê chiều chìm tàu d, quan hệ với mô-đun khối LBD, mơ tả Hình Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: d = 0, 24  LBD 10−3 + 3,7 (6) SỐ 68 (11-2021) 10000 5000 0 2000 4000 6000 8000 DWT [tons] Hình Quan hệ P - DWT Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: P = 1,19  DWT + 794,9 (7) Trong đó: P: Tổng cơng suất động chính, (kW); DWT: Trọng tải tàu, (tons) Công thức (7) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,617, đạt yêu cầu để tham chiếu Dữ liệu thống kê tổng cơng suất động P, quan hệ với mơ-đun khối LBD, mơ tả Hình 25 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 20000 P [kW] 15000 10000 B= Fdes  DWT LPP  d (11) d= Fdes  DWT LPP  B (12) 5000 DWT = 0 5000 10000 15000 20000 25000 LBD [m3] Fdes [m3/ton] Trong đó: P: Tổng cơng suất động chính, (kW); LBD: Mơ-đun khối, (m3) + Hệ số thiết kế thân tàu trung bình [2] Hệ số thiết kế thân tàu trung bình có mối quan hệ với yếu tố kích thước tàu theo cơng thức sau: 6000 8000 Hình Quan hệ Fdes - DWT Hệ số bão hòa lượng tính theo trọng tải tàu xác định công thức sau: IP = (9) P DWT (14) Trong đó: IP: Hệ số bão hịa lượng, [kW/ton]; Trong đó: DWT: trọng tải tàu, [tons]; Fdes: Hệ số thiết kế thân tàu trung bình, (m3/ton); B: Chiều rộng tàu, (m); d: Chiều chìm tàu, (m); IP [kW/ton] LPP: Chiều dài hai đường vuông góc tàu, (m); DWT: Trọng tải tàu, (tons) Hình liệu biểu thị mối quan hệ xu hướng hệ số thiết kế thân tàu trung bình Fdes với trọng tải tàu DWT Dữ liệu thống kê 891 PSV, cho kết hệ số thiết kế thân tàu trung bình Fdes với giá trị: nhỏ (min) đạt 1,40; lớn (max) đạt 3,09 trung bình đạt 2,07 Hệ số thiết kế thân tàu trung bình tham chiếu xác định kích thước tàu (tham khảo) mối quan hệ gián công thức sau: LPP = 26 4000 + Hệ số bão hòa lượng 3.6 Các hệ số tham khảo Fdes 2000 DWT [tons] Công thức (8) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,733, đạt yêu cầu để tham chiếu L  Bd = PP DWT (13) 3.5 2.5 1.5 0.5 Hình Quan hệ P - LBD Kết phân tích hồi quy tuyến tính, thu cơng thức sau: P = 0,52  LBD + 432,1 (8) LPP  B  d Fdes Fdes  DWT Bd 2000 4000 DWT [tons] 6000 8000 Hình 10 Quan hệ IP - DWT Hình 10 liệu biểu thị mối quan hệ xu hướng hệ số bão hòa lượng IP với trọng tải tàu DWT Dữ liệu thống kê 891 PSV, cho kết hệ số bão hòa lượng IP với giá trị: Nhỏ (min) đạt 0,68; lớn (max) đạt 3,51 trung bình đạt 1,46 + Hệ số lượng hiệu (10) Hệ số lượng hiệu tính theo trọng tải SỐ 68 (11-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY tàu xác định công thức sau: I Pe = phân tích riêng, sở phân loại PSV chia nhỏ vùng liệu P DWT  v (15) Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đề tài mã số: DT20-21.13 Trong đó: IPe: Hệ số (kW/ton.knot); lượng hiệu quả, TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] DWT: trọng tải tàu, (tons); v: vận tốc tàu, (knots) IPe [kW/ton.knot] Lời cảm ơn Apostolos Papanikolaou, Ship Design (Methodologies of Preliminary Design), Springer Science+Business Media Dordrecht, 2014 [2] MAN Diesel & Turbo, Propulsion Trends in Bulk Carriers, 5510-0007-04ppr, Printed in Denmark, Mar 2014 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 [3] Websites: ww2.eagle.org/en.html www.bureauveritas.com/ www.dnvgl.com/ 2000 4000 6000 8000 DWT [tons] Hình 11 Quan hệ IPe - DWT Hình 11 liệu biểu thị mối quan hệ xu hướng hệ số lượng hiệu IPe với trọng tải tàu DWT Dữ liệu thống kê 891 PSV, cho kết hệ số bão hòa lượng IPe với giá trị: Nhỏ (min) đạt 0,06; lớn (max) đạt 0,29 trung bình đạt 0,11 www.ccs.org.cn/ccswzen/ https://www.lr.org/en/lrofships/ Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 18/6/2021 24/6/2021 27/6/2021 Kết luận Do PSV tàu thiết kế đặc biệt để phục vụ hậu cần cho giàn khoan ngồi khơi, nên khơng thể áp dụng số quy luật quy tắc cho tàu thơng dụng Đó lý giải thích phải xây dựng quy luật riêng cho PSV Ý nghĩa nghiên cứu đưa báo chỗ, đưa kết mối quan hệ thơng số kỹ thuật tàu PSV, dựa liệu đăng ký tàu Đó xem cơng cụ riêng để tham chiếu thiết kế sơ đánh giá PSV Hệ số xác định hồi quy có giá trị lớn hơn, sử dụng phân tích hồi quy cấp số nhân, hồi quy hàm mũ hồi quy đa thức Tuy nhiên nghiên cứu này, nhóm tác giả đưa kết phân tích hồi quy tuyến tính, đáp ứng mức độ tham chiếu cần thiết tương ứng với ngưỡng ước tính cho tốn thiết kế Để tiếp cận với mức độ xác cao thiết kế vòng lặp sau thiết kế sơ bộ, cần phải có SỐ 68 (11-2021) 27 ... LPP Cơng thức (4) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,668, đạt yêu cầu để tham chiếu Công thức (6) thu với hệ số xác định hồi quy R2 = 0,728, đạt yêu cầu để tham chiếu D: Chiều cao mạn tàu, (m);... dựng quy luật riêng cho PSV Ý nghĩa nghiên cứu đưa báo chỗ, đưa kết mối quan hệ thơng số kỹ thuật tàu PSV, dựa liệu đăng ký tàu Đó xem công cụ riêng để tham chiếu thiết kế sơ đánh giá PSV Hệ số xác. .. xác định hồi quy có giá trị lớn hơn, sử dụng phân tích hồi quy cấp số nhân, hồi quy hàm mũ hồi quy đa thức Tuy nhiên nghiên cứu này, nhóm tác giả đưa kết phân tích hồi quy tuyến tính, đáp ứng