11 BIỆN PHÁP GIẢM CHẤN ĐỘNG VÀ TIÊU CHUẨN TRÁNH RUNG
11.3 CÁC BIỆN PHÁP NGĂN NGỪA VÀ HẠN CHẾ RUNG TÀU
Xuất phát của các biện pháp chống rung là tìm cách hạn chế các tham số tham gia quá trình rung gồm biên độ, vận tốc, gia tốc. Cả ba đại lượng này đều là hàm của tần số rung, thay đổi độ lớn theo dạng cosine. Từ chương đầu của tài liệu này, tại cơng thức (1.89), chúng ta đã làm quen biểu thức xác
định biên độ rung hệ thống một bậc tự do. Mơ hình tính của chúng ta tiến hành theo cách thơng dụng, tìm cách chuyển kết cấu thực tế thân tàu về dầm hoặc hệ dầm tương đương, hệ tấm tương đương. Dao
động của hệ tương đương vừa lập dưới dạng kết cấu liên tục, gần với dao động hệ một bậc tự do. Cách xử lý theo hướng này cĩ thể tìm thấy trong các sách và tài liệu [5][15][17][19][20][22][24][25].
) sin( 4 1 1 2 2 2 2 2 2 1 ω ϕ ω ω ζ ω ω − + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − × = t K F x n n (1.129)
trong đĩ tần số riêng và hệ số cản tính theo:
n n M C M K ω ζ ω 2 ; = =
Trong cơng thức này M – khối lượng, K – độ cứng, C – lực cản của hệ thống. Tần số lực kích
động ký hiệu ω cịn tần số dao động riêng sẽ là ωn.
Từ cơng thức, từ các khuyến cáo, khoảng năm trăm khuyến cáo nêu trong báo cáo [15][19], tại các hội nghị chuyên mơn của các tổ chức quốc tế, liên quan đề tài này, cĩ thể đề ra các nguyên tắc chung làm giảm rung tàu:
1) Tìm cách giảm biên độ lực F gây rung. Với hệ thống lực gây rung từ phía chân vịt tàu chúng ta cĩ thể thay đổi các đặc tính thủy lực của chân vịt nhằm giảm biên độ lực gây rung. Một trong các biện pháp được sử dụng là tăng khe hở giữa đầu cánh với vỏ tàu nhằm giảm độ khơng điều hịa dịng chảy trong vùng, thay đổi trường tốc độ quanh chân vịt. Khe hở tối thiểu được trình bày rõ trong các qui
định của Đăng kiểm Việt nam hoặc đăng kiểm quốc tế. Trong nhiều trường hợp cần thiết thay đổi thiết kế chân vịt nhằm làm giảm lực kích động.
Hình 5.30 Khoảng cách cần thiết từ cánh đến thân tàu trên các tàu thực tế
Khe hở cần thiết đo từđầu cánh chân vịt đến vịm lái trên các tàu đang hoạt động an tồn giới thiệu tiếp như tài liệu tham khảo.
Hình 5.31 Khe hởđầu cánh chân vịt trên tàu đang hoạt động
Nhưđã đề cập, nguồn lực cưỡng bức của chấn động tàu mà chúng ta biết chủ yếu từ phía máy chính, máy phụ và hệ thống thiết bịđẩy tàu. Với những tàu dùng chân vịt làm thiết bịđẩy, chân vịt dễ là nguồn tạo lực gây rung thân tàu như phân tích trên. Lực kích động này cĩ thể phát sinh trong
điều kiện các cánh chân vịt khơng cân bằng hoặc chúng phải làm việc trong trường thủy lực khơng
điều hịa. Trong những điều kiện ấy cần thiết kiểm tra độđồng đều, độ cân bằng thiết bịđẩy và cĩ biện pháp cải thiện dịng chảy qua chân vịt. Dịng chất lỏng sau tàu, qua chân vịt cĩ thể thay đổi nhờ cải thiện khe hởđầu cánh chân vịt với vỏ như đang nêu kết hợp thay đổi kết cấu vịm đuơi nhằm “nắn dịng chảy”. Những phương án cải tạo vịm đuơi, thêm kết cấu nắn dịng những nhà đĩng tàu đã thực hiện thành cơng trước những năm tám mươi trình bày tại các tài liệu [12][15][17][20][22].
Phương án đưa chân vịt cánh cong (highly skewed propeller) vào tàu được nhiều nhà nghiên cứu
ủng hộ. Với chân vịt kiểu này cường độ rung giảm đáng kể.
2) Tăng độ cứng K. Trong nhiều trường hợp tăng độ cứng K thân tàu sẽ gĩp phần làm nhỏ quan hệ
F/K tại tử số cơng thức (1.89) đang đề cập. Thực tế cho thấy K cĩ thể tăng nếu kéo theo thay đổi tần số riêng kết cấu ωn, và trong trường hợp này nguy hại do thay đổi ωn đến hiệu quả tránh chấn động cĩ thể lớn hơn nếu so với điều lợi do tăng K. Điều dễ hình dung, nếu ωn thay đổi theo hướng đến gần ω hơn, khả năng xẩy ra cộng hưởng sẽ lớn hơn. Vì lẽ đĩ, biện pháp tăng cứng kết cấu luơn được cân nhắc, tính tốn trước khi thực hiện.
Những khuyến cáo tăng độ cứng cục bộ cần được quan tâm khi xử lý rung tàu. Trong trường hợp rung cục bộ chiếm ưu thế tại kết cấu vịm đuơi tàu nên nghĩ đến biện pháp thay đổi kết cấu cục bộ. Tăng độ cứng cục bộ cĩ tính tốn cĩ thể thay đổi tính chất rung của vùng quan tâm.
Với thượng tầng cĩ thể giảm cường độ rung nhờ nhiều biện pháp, trong sốđĩ cĩ hai cách làm
đã được chứng minh là hiệu quả. Cách làm thứ nhất là lắp đặt thêm cơ cấu giảm chấn, dạng giảm chấn
động lực học. Thượng tầng được xét như kết cấu nối với thân tàu thơng qua các lị xo cĩ độ cứng xác
định. Cách khác là thay đổi độ cứng bản thân thượng tầng, bằng cách đĩ thay đổi quan hệ F/K đang nêu.
3) Tránh làm việc trong phạm vi tần số cộng hưởng của dao động thân tàu, cĩ nghĩa tránh tình trạng ω gần quá với ωn. Theo hướng này cần chọn máy chính, hộp số thỏa đáng để tần số quay máy chính, tần số quay chân vịt khơng gần tần số dao động riêng của tàu ở các mode đầu, trong đĩ cần quan tâm đầy đủđến mode thứ nhất. Chọn lựa số cánh chân vịt phù hợp với chếđộ làm việc của chân vịt và máy chính gĩp phần thay đổi tần số quay của hệ thống.
4) Tăng hệ số cản ζ trong điều kiện cĩ thể. Thơng thường với kết cấu tàu thực tế, hệ số cản rất nhỏ, ζ << 1. Tuy nhiên chúng ta cịn nhớ, trường hợp gần với tần số cộng hưởng, biên độ dao động tính tốn lại phụ thuộc vào độ lớn hệ số cản, hay cụ thể hơn biên độ X :
X = (F/K)/(2ζωn)
phụ thuộc vào độ lớn ζ. Tuy nhiên trong thực tế, với thân tàu đã được chế tạo người ta khơng cịn mấy cơ may để thay đổi hệ số cản.
5) Áp dụng những kết cấu hợp lý, cĩ tác dụng giảm rung cục bộ tàu. Vật liệu sử dụng trong kết cấu bệ máy nên chọn theo xu hướng vật liệu giảm chấn. Trong những trường hợp cĩ thể, trên một số tàu cụ thể cĩ thể áp dụng các cơ cấu giảm chấn cho bệ máy tàu nhằm hạn chế rung. Thiết kế hệ thống giảm chấn cho máy tàu tuân thủđúng hướng dẫn ghi tại chương 1 và chương 2 tài liệu này. Những tài liệu phục vụ chuyên đề này bạn đọc tìm hiểu thêm trong hướng dẫn chuyên ngành, tài liệu [20][24][16] [17][19] và các hướng dẫn của BV, DNV, ISO 6954 ghi tại tài liệu tham khảo.