Trong phần này, chúng tơi sẽ sử dụng chương trình đã viết để tính tốn ổn định của các tàu khảo sát, cơ sở để đánh giá ổn định tàu trong điều kiện khai thác thực tế. Trong giới hạn đề tài, chúng tơi tiến hành tính ổn định tàu theo các trường hợp tải trọng điển hình được Qui phạm qui định bao gồm:
Tàu ra ngư trường với 100% dự trữ và 100% nhiên liệu.
Tàu từ ngư trường về cảng với 100% cá, 10% dự trữ và nhiên liệu. Tàu từ ngư trường về cảng với 20% cá ,70% dự trữ và 10% nhiên liệu.
Tàu ở ngư trường với một mẻ cá và lưới ướt trên boong, 25% dự trữ nhiên liệu, 100% dự trữ.
Áp suất giĩ được chương trình nội suy theo cao độ tâm hứng giĩ tính tốn từ quan hệ giá trị tương ứng theo bảng cho trong TCVN 7111:2002 “Qui phạm phân cấp và đĩng tàu cá biển cỡ nhỏ“ và theo đĩ làm căn cứ phân cấp vùng hoạt động cho tàu, xác định được cấp giĩ mà tàu cĩ khả năng chịu đựng nếu ở trạng thái tải trọng đĩ tàu hồn tồn thỏa mãn các điều kiện về ổn định được xác lập theo tiêu chuẩn thống kê. Trong tất cả các trường hợp kể trên khi xác định mơmen lật nhỏ nhất đều cĩ xét đến ảnh hưởng của gĩc vào nước f.
Kết quả tính ổn định và đồ thị ổn định tương ứng ở những trường hợp tải trọng qui định cần kiểm tra cho từng tàu khảo sát được trình bày chi tiết trong phụ lục 2. 3.5. TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH THỰC TẾ CỦA CÁC TÀU KHẢO SÁT
Đểđánh giá độ ổn định thực tế của các mẫu tàu đánh cá lưới vây khảo sát, trước tiên cần phân tích và lựa chọn được trạng thái tải trọng nguy hiểm nhất trong quá trình khai thác và dựa trên cơ sở đĩ để xác định độ suy giảm ổn định của tàu.
3.5.1. Đặc điểm về trang bị khai thác tàu nghề cá lưới vây
Ở qui mơ khai thác xa bờ, hầu như tồn bộ tàu cá lưới vây Ninh Thuận trang bị các thiết bị khai thác cơ bản là giống nhau về số lượng, kết cấu cũng như cơng dụng. Hình 3.21 là sơ đồ bố trí các trang thiết bị khai thác cho tàu lưới vây điển hình.
6 5 4 3 2 1
Hình 3.21. Sơ đồ bố trí trang bị khai thác của tàu lưới vây
Trang thiết bị khai thác lắp trên tàu thường gồm các thiết bị, máy mĩc chính với các đặc điểm và cơng dụng như sau:
- Máy tời khai thác (1) đa phần đều là thiết bị tự chế (thường cải tiến từ cầu ơtơ), được dẫn động nhờ vào nguồn năng lượng trích ra từ động cơ chính trên tàu. Thơng qua tổ hợp gồm cơ cấu trích lực, chuyển đổi phương truyền lực và bộ giảm tốc nên số vịng quay đầu ra của động cơ chính được giảm xuống phù hợp với số vịng quay làm việc của trục tải máy khai thác (khoảng 60 vịng/phút). Cơ cấu cấp hành của máy khai
thác là hai tang ma sát lắp ở hai đầu trục tải máy tời. Trục tải cĩ phương vuơng gĩc với mặt cắt dọc giữa tàu. Cơng dụng chính của máy tời là thực hiện quá trình cuộn rút dây cáp chính để thu gom và tải toàn bộ vịng khuyên và chì lên tàu cũng như thực hiện cơng năng dẫn động các cần cẩu thực hiện việc thu cá lên tàu.
- Máy thu lưới (2) kiểu thủy lực hoạt động theo nguyên lý ma sát, được dẫn động từ tổ hợp động cơ Diesel-bơm thủy lực. Cơ cấu chấp hành cĩ thể xoay quanh trục thẳng đứng với gĩc xoay 360o . Máy thu lưới cĩ chức năng thu và xếp đặt lưới lên tàu.
- Ngồi ra cịn cĩ thiết bị phụ trợ khác như các con lăn dẫn hướng 3, 4, 5 dùng dẫn hướng dây cáp rút chính và cần cẩu (6) phục vụ thao tác thu vợt cá lên tàu.
Về ngư cụ khai thác, qua khảo sát thực tế cho thấy kết cấu vàng lưới bao gồm 2 phần cơ bản là phần lưới và các phụ kiện kèm theo.
1. Phần lưới : cĩ cấu tạo bao gồm 03 phần chính
- Cánh lưới cĩ tác dụng vây lùa đàn cá vào bên trong phần thân và tùng lưới. Chiều dài phần cánh lưới chiếm khoảng 1/2 chiều dài tồn bộ vàng lưới.
- Thân lưới là phần lưới tiếp theo cánh lưới, làm nhiệm vụ tiếp tục lùa đàn cá vào tùng lưới. Chiều dài phần thân lưới chiếm 2/5 chiều dài tồn bộ vàng lưới.
- Tùng lưới là vị trí thu giữ cá, chiều dài tùng lưới chiếm khoảng 1/10 chiều dài tồn bộ vàng lưới.
2. Các phụ kiện của lưới vây
- Dây cáp rút chính cĩ nhiệm vụ chính là cuộn rút để thu gom các đoạn giềng chì về một điểm nhằm khép kín phần đáy lưới khơng cho cá thốt xuống dưới đáy. Tải tác động lên dây cáp rút chính trong quá trình làm việc rất lớn do lực cản của lưới nên trong thiết kế lưới vây thường rất quan tâm đến việc tính độ bền dây cáp rút chính.
- Khĩa xoay cĩ tác dụng tháo xoắn cho dây rút chính trong quá trình cuộn rút. Hình 3.22 minh họa đặc điểm kết cấu của một vàng lưới vây điển hình đang được sử dụng tại Ninh Thuận hiện nay.
Hình 3.22. Kết cấu lưới vây
1. Phao đầu tùng 2. Giềng rút biên đầu tùng 3.Phao 4.Giềng phao 5.Giềng rút biên đầu cánh 6.Dây đầu cánh 7.Dây cáp rút chính 8.Dây tam giác biên đầu cánh 9.Vịng khuyên biên đầu cánh 10.Giềng chì 11.Chì 12.Khĩa xoay 13.Vịng khuyên chính 14.Dây tam giác biên đầu tùng
15.Vịng khuyên biên đầu tùng
Hầu hết các tàu nghề lưới vây của tỉnh Ninh Thuận thuộc hình thức vây một tàu, trong đĩ chu trình thu lưới vây bao gồm các giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1 : Thả lưới
Giai đoạn 1 tính bắt đầu sau khi khép kín vịng vây, kết thúc giai đoạn thả lưới. Sau đĩ tiến hành quá trình cuộn rút dây cáp rút chính để thu gom giềng chì đưa lên tàu. Từ khi máy tời bắt đầu làm việc cho đến thời điểm trước khi vịng khuyên và giềng chì được gom về một điểm thì gần như tàu chỉ bị trơi dọc dần vào tâm của vịng lưới vây. Quá trình này thường dẫn tới hiện tượng một phần lưới sẽ bị vướng vào chân vịt tàu. Để khắc phục hiện tượng này thực tế thường dùng một tàu phụ, cịn gọi là tàu chong (vì làm nhiệm vụ chong đèn, kiêm hậu cần) để lai dắt tàu chính theo hướng ngược lại. Khi vịng khuyên chính và chì được gom về một điểm và di chuyển đến sát mạn tàu thì
quá trình cuộn dây rút tạm dừng. Cơng đoạn tiếp theo là tiến hành đưa tồn bộ vịng khuyên và chì lên tàu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giai đoạn 2: Thu lưới và cá.
Song song quá trình cuộn rút dây cáp chính, phần lưới cũng dịch chuyển dần về phía mạn đặt máy thu lưới và lưới được thu lần lượt từ phần cánh cho đến thân lưới. Khi chỉ cịn phần tùng lưới chứa cá nằm dưới nước thì tiến hành thu cá nằm bên trong. Sau khi thu xong cá thì tiếp tục tiến hành thu xếp phần tùng lưới cịn lại tiếp theo. Đến đây xem như kết thúc một chu kỳ đánh bắt. Hình 3.23 minh họa thao tác thu lưới của tàu lưới vây.
Hình 3.23. Hình vẽ minh họa thao tác thu lưới của tàu lưới vây
3.5.2. Lựa chọn trạng thái nguy hiểm trong quá trình khai thác của tàu lưới vây
Kết quả khảo sát thực tế những thao tác chính trong qui trình đánh bắt của tàu đánh cá lưới vây như đã trình bày ở trên cho phép rút ra những nhận xét sau:
Khi cuộn rút dây cáp chính, tàu chỉ bị nghiêng dọc (chúi mũi) và cĩ xu hướng trơi dọc vào tâm vịng vây của lưới nên ổn định tàu ít bị ảnh hưởng.
Quá trình sử dụng máy tời để nhấc toàn bộ những vịng khuyên và chì lên tàu thường cĩ trọng lượng khoảng từ (1,2 2,5) tấn là phức tạp và nặng nề nhất. Khi đĩ, tàu bị chìm thêm một lượng do trọng lượng của vịng khuyên và chì đồng thời bị trơi ngang về lưới, dưới tác dụng lực cản lưới và cá dưới nước.
Khi thu lưới, tàu cĩ xu hướng trơi ngang về lưới dưới tác động của cá và lưới cịn dưới nước và bị nhận chìm một lượng do trọng lượng bĩ lưới trên khơng. Tuy nhiên cĩ thể thấy tải trọng ngoài bấy giờ cĩ giá trị nhỏ hơn nhiều so với trường hợp khi tiến hành thu vịng khuyên và chì lên tàu.
Quá trình thu cá được xem như quá trình đưa một trọng lượng lên trên tàu, trong đĩ theo số liệu khảo sát thì trọng lượng mỗi vợt là từ (500 750) kg. Trường hợp này tàu gần như khơng bị trơi ngang mà chỉ bị nghiêng ngang do tác dụng của mơmen gây nghiêng bởi trọng vật gây ra.
Kết quả phân tích thành phần tải trọng phụ tác động lên tàu ở từng giai đoạn của quá trình thu lưới vây cĩ thể nhận thấy trong giai đoạn thu các vịng khuyên và chì, tàu sẽ chịu tác động bởi các ngoại lực là lớn nhất, đồng thời lúc này phần thân tàu lại bị trơi ngang nên khả năng gây thêm ảnh hưởng xấu đến tính ổn định của tàu là rất lớn. Dễ dàng nhận thấy là trong trường hợp này, tải trọng ngồi tăng dần và đạt đến giá trị lớn nhất khi toàn bộ các vịng khuyên và chì chạm vào mép mạn chắn sĩng của tàu. Đây cĩ thể xem như là tình huống nguy hiểm nhất về ổn định cần phải được xem xét. Nhận xét này hồn tồn phù hợp với nhận định của các thuyền trưởng qua thực tế khai thác.
3.5.3. Mơ hình tính ảnh hưởng của quá trình thu lưới đến ổn định của tàu lưới vây
Để tính giá trị mơmen phụ gây nghiêng tàu trong quá trình thu lưới vây trong tình huống nguy hiểm như đã nêu trong phần trên, chúng tơi đã tiến hành khảo sát thực tế và phân tích quá trình đánh bắt trên các tàu lưới vây Ninh Thuận hiện nay. Kết quả phân tích cho thấy cĩ thể vận dụng được mơ hình tính [6] để tính tốn ngoại lực tác động lên tàu trong tình huống đang xét như trình bày trên hình 3.24 dưới đây:
Giả sử như vị trí của điểm đặt lực tại mạn tàu khi thu lưới cĩ tọa độ là A(yA, zA). Khi đĩ, tải trọng phụ P do trọng lượng của các vịng khuyên và chì gây ra khi thu lưới đặt tại điểm A sẽ hợp với phương pháp tuyến của mặt đường nước tàu một gĩc . Theo nguyên lý cộng tác dụng cĩ thể phân lực P thành 2 thành phần vuơng gĩc với nhau là P và 1 P2 như trên hình vẽ 3.24.
Dưới tác dụng của lực P1, tàu xem như bị chìm thêm một đoạn là T, nghĩa là xuất hiện lượng chiếm nước bổ sung V (ký hiệu bằng miền gạch chéo trên hình vẽ). Khi đĩ, xuất hiện thêm lực đẩy phụ Fđặt tại trọng tâm của phần thể tích bổ sung V cĩ cùng độ lớn với P1và cĩ phương chiều song song nhưng ngược chiều với lực P nên 1 sẽ hình thành cặp ngẫu lực gây nghiêng tàu M1:
với l1 là khoảng cách tính từ điểm A đến trọng tâm của thể tích bổ sung đang xét. z o y z z l l z 2 1 A C P P P R G E' F N B D E K C G E'' C 1 2 0 0 y A yA
Hình 3.24 . Mơ hình tải trọng tác động lên tàu khi thu lưới vây
Dưới tác dụng của lực P2, con tàu cĩ khuynh hướng di chuyển đến gần lưới và quá trình tàu trơi như thế sẽ làm xuất hiện thành phần lực cản thủy động của vỏ tàu R cĩ cùng độ lớn với lực P2và cĩ phương song song nhưng ngược chiều với lực P . 2 Phương của đường tác dụng của lực thủy động R sẽ đi qua tâm thủy động G của tàu Cặp ngẫu lực (P , R ) sẽ gây ra mơmen nghiêng phụ M2 2:
M2 = P2l2 (3.2)
với l2 là khoảng cách giữa hai thành phần lực nêu trên. Khi đĩ, tổng mơmen gây nghiêng tàu 1
ng
M trong trường hợp này sẽ là:
Mlng= M1 + M2 = Pl1cos + Pl2sin (3.3) Như vậy, để tính được 1
ng
M cần phải tính được giá trị của các cánh tay địn l1, l2. Từ mối quan hệ hình học trên hình vẽ 3.24, xác định được:
l1 = AB = AK + KB = (yA – yc)cos + (zA - zc)sin (3.4) l2 = E’E’’ = EE’ - EE’’ = (zA - zG)cos - yAsin (3.5)
Thay các biểu thức (3.5), (3.4) vào (3.3) nhận được kết quả:
Mlng= Pl1cos + Pl2sin = P[(yA – yc)cos + (zA – zc)sin]cos +
+ P[(zA - zG)cos - yAsin]sin (3.6) Cũng theo [6] với mỗi giá trị xác định của ngoại lực P và tọa độ điểm đặt lực đã cho trước, giá trị mơmen Mlngchỉ phụ thuộc vào gĩc nghiêng . Như vậy trong phạm vi biến đổi của gĩc từ 0 /2 chắc chắn sẽ tồn tại một giá trị gĩc o tại đĩ, mơmen gây nghiêng tàu l
ng
M sẽ đạt giá trị cực đại 1 ng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M = l
ng
M max, trong đĩ o phải là nghiệm của phương trình ( l ng M )’ = 0. Từ đĩ ta cĩ: ( l ng M )’ = - Pl1sino + Pl2coso = 0 Suy ra tgo = l2/l1 (3.7)
Thay các biểu thức (3.5) và (3.4) vào biểu thức (3.7) ta được:
tgo = sin ) z z ( cos ) y y ( sin y cos ) z z ( c A c A A G A (3.8)
Khi đĩ, giá trị mơmen nghiêng lớn nhất xác định theo cơng thức:
l
ng
M max = Pl1coso + Pl2sino (3.9) Bình phương hai vế của biểu thức (3.9) và chú ý biểu thức (3.7) ta được:
( l
ng
M max)2 = P2(l1coso + l2sino)2
= P2(l cos12 o + 2l1l2cososino + l sin22 2o)
= P2(l cos12 o + l1l2cososino + l1l2cososino + l sin22 2o) = P2[(l +12 l )cos22 2o + (l +12 l )sin22 2o] = P2(l +12 l ) 22 Hay: l ng M max = P 2 2 2 1 l l (3.10)
Thay các biểu thức (3.5), (3.4) vào (3.10) ta được: l ng M max = P 2 A G A 2 c A c
A y )cos (z z )sin (z z )cos y sin y
(
Khi thu lưới, thơng thường tàu nghiêng với những gĩc nghiêng khá nhỏ nên cĩ thể xem như cos 1, sin 1, yc 0 nên khi đĩ ta được:
l
ng
M max = P (yA)2 (zA zG)2 (3.11) Mặt khác, ta lại cĩ :
P = P12 P22
trong đĩ: P1 -trọng lượng của vịng khuyên và chì (tấn).
P2 -lực cản thủy động của nước, xác định theo cơng thức: P2 = Cx
2 Vt2
S
n
trong đĩ: Cx - hệ số cản thủy động, cĩ giá trị Cx = (0,5 1,0). Chọn Cx = 0,5. - khối lượng riêng của nước biển, tấn/m3
Vt - vận tốc trơi của tàu (m/s).
Sn - hình chiếu diện tích phần ngâm nước lên mặt cắt dọc giữa tàu, m2 Từ đĩ suy ra cơng thức tính giá trị mơmen gây nghiêng lớn nhất xuất hiện trong quá trình thu lưới vây: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
l ng M max = 2 n 2 t x 2 1 2 S V C P . (yA)2 (zA zG)2 (3.12) Dưới tác dụng của mơmen gây nghiêng xác định từ cơng thức (3.12) nêu trên, tàu sẽ bị nghiêng ngang một gĩcΔθ xác định theo cơng thức:
Δθ = o l ngmax 1 ng M M = l ngmax o o M Dh /57 3'(rad) (3.13)
với M1ngo là mơmen nghiêng ngang 1o.
3.5.4. Kết quả tính tốn ổn định thực tế của các tàu khảo sát
Căn cứ vào các kết quả nhận được từ việc tính ảnh hưởng của mơmen thu lưới,
cĩ thể nhận thấy trong cùng một điều kiện khai thác cụ thể (cùng cấp sĩng, cấp giĩ) biên độ lắc ngang của tàu lưới vây trong trường hợp thu lưới tăng thêm một gĩc , xác định theo cơng thức (3.13).
Nhận định ban đầu về sự gia tăng của biên độ chịng chành của tàu lưới vây, cùng với sự thay đổi của trọng tâm tàu do phân bố lại tải trọng trong quá trình thu lưới cho thấy cĩ thể giá trị của mơmen lật nhỏ nhất Mgh trong trường hợp này sẽ thay đổi, theo đĩ hệ số an toàn K cũng thay đổi theo, do gĩc nghiêng động d thay đổi. Do đĩ, yêu cầu về ổn định của tàu trong tình huống này địi hỏi cần phải xem xét bổ sung những điều kiện phụ (thu lưới) khi tiến hành kiểm tra ổn định của tàu ở các chế độ tải trọng điển hình theo như qui định của Qui phạm tàu cá Việt Nam hiện nay. Cĩ như vậy
mới định lượng được khả năng dự trữ ổn định của tàu trong điều kiện khai thác. Thực