Thùng chống cuộn, hay thường gọi là chống lắc được sử dụng rộng rãi nhất là thùng có hình ống chử U, đã được phát triển đầu tiên bởi Frahm vào năm 1911. Kiểu thùng này tạo thành hai bể chứa được đặt một ở mạn trái và một ở mạn phải của tàu và các đáy nối với nhau bằng một ống dẫn như đã chỉ ra trong các Hình 2.8 và 2.9. Nguyên lý hoạt động của thùng chống cuộn này là khi tàu lắc, chất lỏng bên trong thùng (thường là nước) chuyển động cùng chu kỳ chuyển động của tàu, nhưng chậm một phần tư chu kỳ so với độ lắc của tàu. Theo cách này, trọng lượng chất lỏng sẽ tạo ra mô men chống lại chuyển động lắc lư. Mô men này đạt được giá trị cực đại khi tàu đi ngang qua vị trí thẳng đứng của nó.
Hình 2.9 Chi tiết về mặt cắt của thùng điển hình và vị trí ngang trên thân tàu
Những thùng chống lắc có thể là chủ động hoặc bị động. Trong những thùng bị động, chất lỏng chảy tự do từ phía này sang phía kia. Theo tỷ trọng và độ nhớt của chất lỏng đã sử dụng, kích thước thùng đã cho, thời gian yêu cầu đối với hầu hết chất lỏng chảy từ phía này sang phía kia bằng chu kỳ lắc lư tự nhiên của tàu. Sự điều chỉnh chính xác có thể đạt được bằng việc điều chỉnh áp suất không khí để cho chất lỏng chảy từ phía này đến phía còn lại qua chiếc van đã chỉ ra trong Hình 2.7. Những thùng thụ động được điều chỉnh sao cho phù hợp giữa tần số tự nhiên của thùng với tần số tự nhiên lắc lư của tàu. Sự suy biến diễn ra từ từ nếu tần số của chuyển động lắc lệch so với tần số tự nhiên của thùng. Điều này xảy ra do những sự biến đổi của tần số kích thích của sóng trong những trạng thái biển khác nhau. Những thùng chủ động hoạt động theo cách tương tự với bộ phận thụ động tương ứng của chúng, nhưng chúng được kết hợp chặt chẽ với hệ thống điều khiển điều chỉnh chu kỳ tự nhiên của thùng để làm phù hợp với chu kỳ lắc lư của tàu.
Như đã biết, tần số của chuyển động lắc lư được xác định bởi sự kết hợp của tần số kích thích của sóng và đáp ứng của tàu theo các điều kiện khi ra khơi. Để thực hiện phương pháp này có hiệu quả tại những tần số thấp, hệ thống điều khiển phải liên tục cập nhật chu kỳ lắc lư, và nếu cần thiết mở rộng chu kỳ của thùng chứa. Điều này có thể thực hiện được, ví dụ như bằng việc điều chỉnh áp suất không khí để điều chỉnh tốc độ dịch chuyển chất lỏng giữa các thùng hoặc bằng việc buộc hoạt động của bơm phù hợp với chuyển động của sóng. Các hệ điều khiển hiện đại hơn khi có sự kết của hệ thống ống bơm, van, khí nén, điều khiển bằng máy tính v.v... sẽ là những lựa chọn khi cần có những yêu cầu cao về chất lượng điều chỉnh. Những ưu điểm chính của thùng chống lắc là :
- Hiệu quả trung bình từ thấp đến cao. Hiệu quả việc giảm lắc lư có thể ước lượng được trong miền 20 – 70% (RMS).
- Hoạt động độc lập với tốc độ của tàu. Điều này tạo cho chúng được ưa thích lựa chọn đối với những tàu thường xuyên hoạt động tại tần số thấp và yêu cầu những thân tàu sạch sẽ đối với các quá trình hoạt động (ví dụ những tàu đánh cá).
- Mức độ yêu cầu bảo trì thấp.
- Chi phí tương đối thấp cho những bộ cân bằng này ở trong dải trung bình. - Bằng việc thêm vào những đặc điểm thích hợp, hệ thống thùng chứa cũng có thể xử lý chống nghiêng để bù cho sự phân bố không đều của tải trọng.
Một vài nhược điểm của thùng chống lắc lư được chỉ ra như sau:
- Sự suy giảm trọng lượng chết được ước lượng trong phạm vi 1– 4% trọng lượng rẽ nước. Điều này có thể được khắc phục bởi việc sử dụng hệ thống xả nước hoặc quá trình tiêu hao nhiên liệu mang theo trên boong tàu.
- Chiếm những không gian lớn.
- Làm ảnh hưởng đến tính ổn định của tàu do những tác động của bề mặt tự do (mặt thoáng). Khi thùng không hoàn toàn đầy sẽ có không gian cho nước chuyển động (bề mặt tự do), có sự mất đi chiều cao khuynh tâm ngang do chuyển động của trọng tâm. Điều này cần phải được chú ý để tránh làm giảm tính ổn định của tàu. Một số hệ thống cân bằng kiểu thùng chứa hay kiểu két dằn (ballast tank).
* Âu nổi 60000 m.t. của Kongsberg Maritime
Hình 2.10: Âu nổi của Kongsberg Maritime
Âu nổi của Kongsberg Maritime Hình 2.10 có chiều dài cả nền: 311,28 m, chiều rộng bên ngoài 63,30 m, bên trong 53,30 m. Tổng số có 34 két dằn, khoảng cách giữa các poontoon (phao) là 1.24m, chiều dài giữa các phao 183,52m, độ sâu của phao ở giữa đường tâm 6,10m, chiều sâu của mức nước khi đánh chìm (đầy tải) là 12m. Tổng khối lượng nước ballast có thể bổ sung để làm chìm (hoặc cân bằng ) là 12.000 tm, sức nâng của phương tiện ở mớn nước 5,6m là 60,000tm với thời gian
làm nổi là 2,5giờ. Hệ thống bơm dằn được trang bị gồm 12 bơm ly tâm có lưu lượng 4000m3 /h ở áp suất 0,9bar và được lắp đặt ở buồng bơm hút khô. Hệ thống ống và van được trang bị để thực hiện thao tác mức nước dằn trong từng két. Các van cánh bướm được kích hoạt để truyền động đóng mở cửa van (thêm hoặc hút nước ra khỏi két) bằng động cơ thủy lực bố trí ở buồng bơm.
* Âu nổi SWM "Pride of San Diego" - 22,000 tấn
Hình 2.11 Âu nổi SWM Pride of San Diego và màn hình hiển thị trạng thái.
Âu nổi SWM 22,000-tấn (Xem hình 2.11) được biết đến như là niềm tự hào của thành phố San Diego (Mỹ) "Pride of San Diego" được trang bị hệ điều khiển tự động mang tên "ADOCS 2." . Các phần tử vật lý của hệ thống "ADOCS 2." bao gồm các đầu đo, các bơm, hệ thống van, bộ điều khiển logic công nghiệp (ILC) và hệ thống máy tính. Có hai máy tính được bố trí bên trong trung tâm điều khiển, được nối mạng với nhau và sẳn sàng thay thế cho nhau nếu máy kia hỏng. Máy tính được nối với hệ thống phần cứng theo phương thức truyền quang gồm 22 bộ điều khiển xử lý thời gian thực liên quan đến hệ thống các đầu đo, bơm, van. Các bộ điều khiển này được lựa chọn bởi tính thuận lợi đối với phần cứng lẫn phần mềm, xử lý nhanh và linh hoạt các số liệu toán phức tạp, bởi độ tin cậy của thiết bị. Thuật toán của các bộ ILC chủ yếu tập trung xung quanh các thông tin thu nhận từ các đầu đo mớn nước, 4 chiếc ở bốn góc, hai chiếc ở giữa nhằm xử lý độ căng và độ chùng (hog & sag : Deflection), hiệu chỉnh độ nghiêng và độ lệch dọc (hell and trim). Với những tính toán này, hệ điều khiển sẽ đưa ra quyết định xem bơm (và/hoặc) van nào được kích hoạt hoặc tắt để bơm nước vào hoặc hút (xả ra) từ 18 két dằn (ballast tank). Các tín hiệu hiệu đầu đo ở mỗi két là những tín hiệu phản hồi cho phép quyết định một cách thông minh việc phân bố nước dằn khi chất tải và giảm tải để làm giảm ứng suất ảnh hưởng lên kết cấu của âu nổi.
Hình 2.12 Hệ thống bơm xả trên xà lan dằn (Barge Ballasting) của hãng JGP
Hình 2.13 Màn hình hiển thị các trạng thái và bàn điều khiển cân bằng trên xà lan
Xà lan dằn chở tải trọng lớn, điều khiển bằng PLC, được cấu thành từ 24 tổ bơm x 1000 mét khối/giờ, thực hiện việc bơm nước dằn vào các két (ballast) và 10 tổ bơm để bơm nước ra khỏi két (de-ballast). Hệ thống này được giới thiệu là có thể áp dụng trên các phương tiện nổi cỡ lớn và các phương tiện nổi xa bờ, Xem hình 2.12 và hình 2.13.
* Phương tiện nổi chở kết cấu siêu trường siêu trọng của hãng JGP
Phương tiện này dùng để chở kết cấu siêu trường, siêu trọng. Chủ phương tiện là công ty PT Mc Dermott Indonesia, khai thác tại Batam, Indonesia, bắt đầu từ 21 tháng 11 năm 2003 với tổng trọng lượng 11,729 tấn, gồm 4 modul (mỗi modul có thể nâng 513 tấn), có tổng cộng 32 két dằn với 32 cảm biến kiểu áp suất, 16 bơm ballast, hệ điều khiển cân bằng sức nổi thực hiện bằng máy tính Hình 2.14.
Độ phẳng ngang giữa mặt phẳng bến cảng và mặt phẳng của phương tiện nổi được điều chỉnh thông qua lượng nước trong các két dằn.