Đề tài nghiên cứu khoa học Nghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạn

Nội dung text: Đề tài nghiên cứu khoa học Nghiên cứu tính ổn định của tàu khi mắc cạn

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐÓNG TÀU THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA TÀU KHI MẮC CẠN Chủ nhiệm đề tài: ĐỒNG ĐỨC TUẤN Hải Phòng, tháng 5 năm 2016
2. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 3 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 3 3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4 4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu 4 5. Kết quả đạt được của đề tài 4 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẮC CẠN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH CHO TÀU GẶP MẮC CẠN 6 1.1. Tổng quan về các nguyên nhân gây mắc cạn [3][4] 6 1.2. Cơ sở lý thuyết của bài toán ổn định cho tàu gặp mắc cạn [1] 7 CHƯƠNG 2 : ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KHI TÀU BỊ MẮC CẠN 12 2.1. Các thông số cơ bản của tàu 12 2.2. Tính toán phản lực khi tàu bị mắc cạn 14 CHƯƠNG 3 CÁC BIỆN PHÁP CẦN THỰC HIỆN KHI TÀU GẶP MẮC CẠN 16 3.1. Các giải pháp sau khi bị cạn [3] 16 3.2. Tính toán lượng nước vào tàu và lưu lượng cần thiết [3] 18 3.3. Tính lượng nước vào tàu 19 3.4. Tính lực tác dụng của tàu lên nền đất và xác định lực kéo để thoát cạn [3] 19 3.5. Phương pháp cố định khi tàu mắc cạn [3] 21 3.6. Tìm phương án thoát cạn [3] 22 3.7. Sau khi thoát cạn [3] 24 KẾT LUẬN 26 Trang 1
3. 1. Kết luận 26 2. Hướng phát triển của đề tài 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Trang 2
4. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Ổn định là một trong những tính năng quan trọng, đóng vai trò đảm bảo an toàn trong suốt quá trình khai thác của con tàu. Tính ổn định được định nghĩa là: “Khả năng trở lại vị trí cân bằng ban đầu của tàu thủy khi ngoại lực gây nghiêng ngừng tác dụng”. Ngoại lực gây nghiêng ở đây bao gồm nhiều yếu tố như sóng, gió, dòng chảy, hiện tượng đâm va, quá trình bốc xếp hàng hóa Tất cả các yếu tố gây nghiêng trên đều ảnh hưởng tới tính ổn định của tàu và gây nguy hiểm cho tàu. Trong đề tài nghiên cứu khoa học này, yếu tố ngoại lực được nghiên cứu tới đó là do hiện tượng tàu bị mắc cạn. Đây là trường hợp tai nạn để lại hậu quả và thiệt hại nghiêm trọng trong quá trình khai thác tàu. Các tính năng của tàu trong đó có tính ổn định đã được nghiên cứu rất kĩ lưỡng trong các môn học lý thuyết tàu. Đối với trường hợp tàu thủy gặp đâm va hoặc mắc cạn thì tính ổn định và tư thế của tàu sẽ bị thay đổi, tính an toàn của tàu bị đe dọa. Yêu cầu tính toán ổn định cho tàu khi gặp mắc cạn là hết sức cần thiết, không chỉ dừng ở việc tính toán, phương pháp cứu hộ cho tàu cũng phải được đưa ra để giúp cho tàu thoát khỏi tình trạng nguy hiểm. Để có một tài liệu nghiên cứu tổng quan về mặt lý thuyết, có áp dụng ví dụ tính toán và đưa ra phương án cứu hộ tàu khi mắc cạn là một việc hết sức cần thiết. Chính vì vậy, đề tài sẽ đánh giá tính ổn định khi tàu bị mắc cạn và đưa ra những chỉ dẫn để người điều khiển tàu có thể áp dụng và xử lý một cách thích hợp. 2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Bài toán ổn định khi tàu mắc cạn đã được nghiên cứu trong nhiều đề tài trong và ngoài nước. Các giáo trình và tài liệu tham khảo cũng đã chỉ ra hướng giải quyết cho bài toán này. Kết quả của những công trình nghiên cứu này đã được ứng dụng vào quá trình thực tiễn khai thác tàu thủy. Trang 3
5. 3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục tiêu: Đề tài sẽ trình bày những lý thuyết quan trọng liên quan tới bài toán ổn định của tàu thủy trong trường hợp gặp mắc cạn. Sau đó đề tài sẽ áp dụng những cơ sở lý thuyết đã đưa ra để áp dụng tính toán cho một trường hợp tai nạn cụ thể. Đề tài cũng đưa ra những chỉ dẫn cần thiết cho việc cứu hộ tàu khi tàu thủy gặp tai nạn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là những tàu chở hàng gặp trường hợp mắc cạn giả định. 4. Phương pháp nghiên cứu, kết cấu của công trình nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sử dụng phương pháp lý thuyết để nghiên cứu, có sự hỗ trợ của module AUTOHYDRO để tính toán. Kết cấu của công trình nghiên cứu: Đề tài gồm 3 chương chính Chương 1. Tổng quan về các nguyên nhân gây mắc cạn, cơ sở lý thuyết của bài toán ổn định cho tàu gặp mắc cạn Chương 2. Áp dụng tính toán khi tàu bị mắc cạn Chương 3. Các biện pháp cần thực hiện khi tàu gặp mắc cạn 5. Kết quả đạt được của đề tài Dự kiến kết quả nghiên cứu Đề tài đưa ra cơ sở lý thuyết, ví dụ áp dụng và đưa ra biện pháp cứu hộ khi tàu gặp đâm va hoặc mắc cạn. Đối tượng phục vụ và nơi ứng dụng của đề tài Trang 4
6. Các kĩ sư thiết kế tàu, các sĩ quan vận hành, khai thác tàu và các sinh viên thuộc chuyên ngành thiết kế tàu và công trình ngoài khơi. Trang 5
7. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY MẮC CẠN, CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH CHO TÀU GẶP MẮC CẠN 1.1. Tổng quan về các nguyên nhân gây mắc cạn [3][4] Trong quá trình khai thác tàu thủy, có nhiều nguyên nhân dẫn tới hiện tượng mắc cạn đối với con tàu. Các nguyên nhân này chủ yếu là do yếu tố con người, tức là việc khai thác con tàu chưa hợp lý gây nên, những nguyên nhân đó là: Chưa tìm hiểu điều kiện của vùng hoạt động của tàu, đường đi của con tàu được vạch ra thiếu sự xem xét, tìm hiểu kĩ lưỡng. Không tìm hiểu rõ ràng các ấn phẩm hàng hải và không tu chỉnh hải đồ, không tìm hiểu những sự thay đổi của tuyến đường hành hải. Chưa chuyên nghiệp trong việc tác nghiệp hải đồ, chưa xác định vị trí khác thác một cách cẩn thận, chủ quan định vị vị trí theo kinh nghiệm, thói quen dẫn tới sự sai sót trong quá trình hành hải. Có sự sai sót khi quan sát và đo đạc dẫn tới nhầm lẫn nhiều đối tượng như hải đăng, phao báo hiệu hay mỏm núi, các vật trôi nổi Điều khiển tàu một cách bất cẩn, quá tin tưởng vào các vật báo hiệu dẫn tới sai sót không đáng có. Chưa tuân thủ nghiêm ngặt các thao tác, chuyển ca một cách qua loa đại khái, chưa kiểm tra vị trí cụ thể cho tàu, chưa xác định rõ hiện trạng lúc tiếp nhận ca trực của mình. Chưa tìm hiểu kỹ khi tàu di chuyển qua các vùng mới lạ, sự xuất hiện của nhiều dòng chảy mới, chưa sử dụng các phương pháp, giải pháp án toàn khi di chuyển gần các khu vực này Chưa tìm hiểu rõ ràng các sai số của các trang thiết bị trên tàu như máy đo sâu, các loại la bàn, Trang 6
8. Quá dựa dẫm vào các trang thiết bị báo hiệu như rada khi qua vùng có tầm nhìn hạn chế, có nhiều sương mù, chuyển hướng chuyển động và thực hiện tránh va không đảm bảo an toàn. Có sự sai sót, nhầm lẫn trong việc xác định tốc độ của dòng chảy, hướng của dòng chảy cũng như thủy triều. Neo tàu tại khu vực không hợp lý, diện tích khu vực quay trở tàu quá nhỏ. Luồng quá hẹp so với kích thước của tàu, ảnh hưởng tới quá trình quay trợ của con tàu. Chưa kiểm tra liên tục trong quá trình tàu neo đậu, để tàu bò neo, không xử lý kịp thời và chính xác. Người điều khiển tàu chưa hiểu rõ tính ăn lái của tàu khi điều động, chưa nắm rõ tính chất của gió và dòng chảy tại khu vực dẫn tới việc mất chủ động trong quá trình điều động con tàu. Người chỉ đạo ra mệnh lệnh điều khiển tàu sai, không kịp phát hiện để sửa chữa. Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khác dẫn tới sự sai sót làm tàu mắc cạn. 1.2. Cơ sở lý thuyết của bài toán ổn định cho tàu gặp mắc cạn [1] Hiện tượng tàu thủy bị mắc cạn trong quá trình khai thác là một trong những hiện tượng tai nạn phổ biến nhất, mắc cạn chiếm tới 30% tổng số các vụ tai nạn của tàu. Khi mắc cạn, tư thế của tàu bị ảnh hưởng nghiêm trọng và đe dọa tới tính an toàn của con tàu. Sự thay đổi tư thế do mắc cạn có thể do đâm vào đá ngầm, bị đắm cháy, tuy nhiên ta chỉ xét tới việc tàu thủy bị mắc cạn trên nền đất. Khi gặp trường hợp này, ta cần có phương án dằn để cứu hộ tàu một cách cần thiết và thỏa đáng. Khi tàu thủy bị mắc cạn cần phải xét đến hiện tượng lên xuống của thủy triều, ảnh hưởng rất lớn đến tàu, hiện tượng này làm thay đổi chiều chìm và tư thế tàu, có thể làm lật tàu hoặc gãy thân tàu. Nhằm hạn chế tác hại do hiện tượng này gây nên, người lái tàu cần xem xét tới các tính toán để đưa tàu ra khỏi vùng Trang 7
9. nguy hiểm này, xác định rõ khối lượng cần chuyển ra khỏi tàu để tàu có thể nổi lên. Ngoài ra lượng nước tràn vào khoang tàu ở giai đoạn cuối cùng khi tàu bị thủng cũng cần phải xác định. Ta xét trường hợp đầu tiên đó là tàu không bị thủng khoang để xem xét tư thế của tàu. Ở trường hợp này, có thể coi đáy tàu tiếp xúc với đáy với một diện tích tương đối nhỏ, phản lực của đáy với nền đất coi như được tập trung tại điểm M. Để tìm được giá trị của phản lực đáy nền R ta cần phải biết được lượng nước thải ra tàu, lực này tỷ lệ với sự thay đổi chiều chìm trung bình của tàu khi nằm trên nền đất. Theo định luật Archimedes R  AW .δ, d (1) Trong đó: AW – diện tích đường nước ở chiều chìm mới của tàu(dd δ 2). Tọa độ của điểm tiếp xúc với đáy nền – điểm M, có thể tìm được từ công thức tâm nghiêng ổn định: Vị trí điểm tiếp xúc nền đất M tìm được từ tư thế của tàu và tâm nghiêng ổn định như sau: xMM GML R;  yMM ( R )( GM δ GM ) R ; (2) z 0, M  Trong đó: M và M sự thay đổi góc chúi và góc nghiêng của tàu ở tư thế mắc cạn. Trang 8
10. z z M WL  M WLM WLM WLM WLM WL WL A RM RM WL F d FM CP d M CPM d d d d AM d y M O M y O x M M y Hình 1. Tư thế của tàu khi bị mắc cạn Phản lực do nền đất tác dụng lên đáy tàu R cân bằng với trọng lượng mà hàng hóa cần phải dỡ ra khỏi tàu. Ta coi trọng lượng này đặt tại điểm M. Do vậy xuất hiện sự giảm chiều cao tâm nghiêng ban đầu, lượng giảm được tính theo công thức sau: δGM R R d δ d 2 GM . Để giảm được độ lớn của phản lực này, ta có thể lợi dụng thủy triều lên hoặc di chuyển hàng hóa trong quá trình bốc hàng trên tàu. Sự dịch chuyển hàng cần thực hiện về hướng ngược với vị trí mà điểm M xuất hiện. Khi đó sẽ giảm được độ chúi do tàu mắc cạn gây nên. Ta sẽ xét sự thay đổi chiều chìm khi tàu bị mắc cạn và tìm giá trị phản lực ở đáy khi ta dỡ khối hàng tạ điểm có hoành độ xCG . Trường hợp này thì phương trình mô men đối với điểm M có tính đến góc chúi nhỏ sẽ như sau: 2 m x x GML  A X x δ, (3) CGMWM m CF S dẫn đến 2 δ, m x x GML A X x (4) S CGMWM m CF Trang 9
11. Trong đó: S – Sự thay đổi góc chúi khi dỡ khối hàng m; XCF – là hoành độ trọng tâm diện tích đường nước tác dụng khi tàu nằm trên cạn. Số hạng thứ hai ở vế phải của phương trình trên tính đến sự quay của tàu không qua điểm có hoành độ XCF mà quay quanh điểm có hoành độ xM. Sự thay đổi của phản lực đế kê đáy tàu khi mắc cạn δR sau khi dỡ hàng được xác định có tính đến sự thải ra thể tích nước phụ δδ AWM x XCF  S là:  AWMM XCF x x CG x δR gm  δ v gm 1 2 . (5) g m GML  AWM XCF x Các công thức có thể sử dụng như là khi dỡ khối hàng (khi đó m 0 ), cũng như khi dịch chuyển hàng, bởi vì sự dịch chuyển tương đương với việc dỡ hàng ở vị trí đầu tiên của nó đặt ở mút. Công thức (2.65) cho phép đánh giá khả năng tàu tự nổi lên khỏi bị cạn, khi đó cần thiết để RR δ 0. Hiện tượng đổ có thể xuất hiện trong tình trạng mắc cạn. Do hiện tượng tổn thất ổn định, hông tàu bị tác động mạnh có thể làm gãy tàu. Nếu mực nước biển thay đổi đến giá trị dM (khi thủy triều lên δdM 0, còn khi thủy triều xuống δ0dM ), thì chiều chìm của tàu trong vùng chứa điểm M cũng thay đổi đến giá trị này. Ngoài ra tư thế tàu cũng bị thay đổi. Phản lực R cũng giảm, lực này tỷ lệ với lượng nước thải ra khỏi tàu, được tính bằng tích số giữa diện tích đường ước với biến lượng thay đổi chiều chìm ở vùng chứa trọng tâm diện tích đường nước mà ta đang xét. δRMWMMM  A δ d XCF x δ . (6) Trong đó: Trang 10
12. M – biến lượng góc chúi của tàu khi mực nước dâng lên, được xác định như sau: δMWMM A .δ d XCF x g m GM L . (7) Hệ số ổn định ngang bị thay đổi khi mực nước bị thay đổi, được xác định theo công thức sau: δk δ RMMM d x  . (8) Khi xuất hiện lỗ thủng, phản lực của nền đất tăng lên và giá trị tăng này bằng với trọng lượng của lượng nước tràn vào khoang. Lượng nước tràn vào được xác định ở các phần lý thuyết trong các bài toán Tính chống chìm của tàu. Trang 11
13. CHƯƠNG 2: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KHI TÀU BỊ MẮC CẠN 2.1. Các thông số cơ bản của tàu Floating Status Draft FP 3.000 m Heel zero GM(Solid) 6.484 m Draft MS 3.000 m Equil No F/S Corr. 0.000 m Draft AP 3.000 m Wind Off GM(Fluid) 6.484 m Trim zero Wave No KMt 6.484 m LCG 1.173a m VCG 0.000 m TPcm 7.63 Displacement 1,858.04 MT WaterSpgr 1.025 Loading Summary Item Weight LCG TCG VCG (MT) (m) (m) (m) Light Ship 1,858.04 1.173a 0.000 0.000 Displacement 1,858.04 1.173a 0.000 0.000 Fixed Weight Status Item Weight LCG TCG VCG (MT) (m) (m) (m) LIGHT SHIP 1,858.04 1.173a 0.000 0.000 Total Weight: 1,858.04 1.173a 0.000 0.000 Displacer Status Item Status Spgr Displ LCB TCB VCB Eff (MT) (m) (m) (m) /Perm HULL Intact 1.025 1,858.04 1.173a 0.000 1.646 1.000 SubTotals: 1,858.04 1.173a 0.000 1.646 Hull Form Coefficients (with appendages) Baseline Draft: 3.000 Trim: zero Heel: zero Draft Volume Coefficients WS Area m m3 Cp Cb Cms Cwp Cvp Cws m2 3.000 1,812.71 0.562 0.550 0.978 0.678 0.811 2.633 1,002.54 3.100 1,887.62 0.566 0.554 0.978 0.685 0.809 2.628 1,021.38 3.200 1,963.37 0.570 0.558 0.978 0.693 0.806 2.625 1,040.17 3.300 2,039.96 0.575 0.562 0.979 0.700 0.803 2.622 1,059.36 3.400 2,117.39 0.579 0.567 0.979 0.708 0.800 2.622 1,079.13 3.500 2,195.69 0.583 0.571 0.980 0.716 0.797 2.622 1,098.82 3.600 2,274.90 0.587 0.575 0.980 0.724 0.794 2.621 1,118.31 3.700 2,355.00 0.591 0.579 0.980 0.732 0.791 2.621 1,137.55 3.800 2,435.95 0.595 0.583 0.981 0.739 0.789 2.621 1,157.21 3.900 2,517.70 0.599 0.587 0.981 0.747 0.786 2.624 1,177.44 4.000 2,600.36 0.603 0.591 0.981 0.756 0.783 2.625 1,197.35 4.100 2,683.95 0.607 0.596 0.982 0.764 0.780 2.626 1,216.99 4.200 2,768.43 0.611 0.600 0.982 0.771 0.777 2.628 1,236.79 4.300 2,853.68 0.615 0.604 0.982 0.780 0.774 2.631 1,256.88 4.400 2,939.81 0.619 0.608 0.983 0.787 0.772 2.633 1,277.11 4.500 3,026.79 0.623 0.612 0.983 0.795 0.770 2.636 1,297.06 4.600 3,114.58 0.627 0.616 0.983 0.802 0.768 2.638 1,316.74 4.700 3,203.16 0.630 0.620 0.983 0.809 0.766 2.640 1,336.27 4.800 3,292.50 0.634 0.624 0.984 0.816 0.765 2.641 1,355.54 Trang 12
14. 4.900 3,382.57 0.638 0.628 0.984 0.823 0.763 2.643 1,374.68 5.000 3,473.36 0.642 0.632 0.984 0.829 0.762 2.644 1,393.64 NOTE: Coefficients are based on L: 80.000 m B: 13.740 m Curves of Form (w ith appendages) Coefficient 0.0 0.5 1.0 5.0 Prismatic(Cp) d r Block(Cb) a Midship(Cms) f Water Plane(Cwp) t m Vol. m^3 4.5 WS Area m^2 Vert. Pri smatic (Cvp) Wet Surface (Cws) 4.0 3.5 3.0 Midship(Cms) x 0.1 9.5 10.0 10.5 Vol. m^3 x 1000 2.0 3.0 WS Area m^2 x 100 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 Wet Surface (Cws) x 0.1 26.0 27.0 Hull Data (with appendages) Baseline Draft: 3.000 Trim: zero Heel: zero DIMENSIONS Length Overall: 86.849 m LBP: 80.000 m Beam: 14.000 m BWL: 13.636 m Volume: 1812.713 m3 Displacement: 1858.041 MT COEFFICIENTS Prismatic: 0.562 Block: 0.550 Midship: 0.979 Waterplane: 0.683 RATIOS Length/Beam: 6.203 Displacement/length: 101.136 Beam/Depth: 4.637 MT/ cm Immersion: 7.634 AREAS Waterplane: 744.792 m2 Wetted Surface: 1002.002 m2 Under Water Lateral Plane: 220.102 m2 Above Water Lateral Plane: 476.667 m2 CENTROIDS (Meters) Buoyancy: LCB = 1.173 aft TCB =0.000 stbd VCB = 1.646 Flotation: LCF = 1.342 aft Under Water LP: 0.629 aft of Origin, 1.460 below waterline. Above Water LP: 0.743 aft of Origin, 3.673 above waterline. Note: Coefficients calculated based on length of 80.000 m Hull Data (with appendages) Trang 13
15. Baseline Draft: 4.000 Trim: zero Heel: zero DIMENSIONS Length Overall: 86.849 m LBP: 80.000 m Beam: 14.000 m BWL: 13.674 m Volume: 2600.362 m3 Displacement: 2665.385 MT COEFFICIENTS Prismatic: 0.603 Block: 0.591 Midship: 0.981 Waterplane: 0.759 RATIOS Length/Beam: 6.203 Displacement/length: 145.081 Beam/Depth: 3.483 MT/ cm Immersion: 8.512 AREAS Waterplane: 830.464 m2 Wetted Surface: 1196.321 m2 Under Water Lateral Plane: 298.299 m2 Above Water Lateral Plane: 398.470 m2 CENTROIDS (Meters) Buoyancy: LCB = 1.366 aft TCB =0.000 stbd VCB = 2.211 Flotation: LCF = 2.322 aft Under Water LP: 0.645 aft of Origin, 1.946 below waterline. Above Water LP: 0.753 aft of Origin, 3.294 above waterline. Note: Coefficients calculated based on length of 80.000 m Hull Data (with appendages) Baseline Draft: 5.000 Trim: zero Heel: zero DIMENSIONS Length Overall: 86.849 m LBP: 80.000 m Beam: 14.000 m BWL: 13.706 m Volume: 3473.360 m3 Displacement: 3560.214 MT COEFFICIENTS Prismatic: 0.642 Block: 0.631 Midship: 0.983 Waterplane: 0.831 RATIOS Length/Beam: 6.203 Displacement/length: 193.787 Beam/Depth: 2.789 MT/ cm Immersion: 9.340 AREAS Waterplane: 911.247 m2 Wetted Surface: 1395.104 m2 Under Water Lateral Plane: 379.848 m2 Above Water Lateral Plane: 316.921 m2 CENTROIDS (Meters) Buoyancy: LCB = 1.728 aft TCB =0.000 stbd VCB = 2.789 Flotation: LCF = 3.106 aft Under Water LP: 0.629 aft of Origin, 2.418 below waterline. Above Water LP: 0.800 aft of Origin, 3.010 above waterline. Note: Coefficients calculated based on length of 80.000 m 2.2. Tính toán phản lực khi tàu bị mắc cạn Giả sử khi tàu bị mắc cạn, ta đo được chiều chìm mũi, chiều chìm lái của tàu là: Trang 14
16. Chiều chìm mũi: Tf = 1.1 m Chiều chìm lái: Ta = 4.0 m Khi đó phản lực của nền đất cũng như vị trí của nó được xác định theo tư thế của tàu. Các giá trị cần tìm như sau: Fixed Weight Status Item Weight LCG TCG VCG (MT) (m) (m) (m) LIGHT SHIP 1,858.04 1.173a 0.000 0.000 GROUNDING FORCE -227.06 31.492f 0.000 0.000 Total Weight: 1,630.98 5.720a 0.000 0.000 Độ lớn lực tác dụng: R = 227.06 kN Hoành độ điểm tác dụng: LCG (M) = 31.492 Cao độ điểm tác dụng: TCG (M) = 0 (do phản lực xuất hiện ở đáy tàu) Tung độ điểm tác dụng: TCG (M) = 0 (Không xét tới góc nghiêng của tàu) Trang 15
17. CHƯƠNG 3 CÁC BIỆN PHÁP CẦN THỰC HIỆN KHI TÀU GẶP MẮC CẠN 3.1. Các giải pháp sau khi bị cạn [3] Ngay sau khi tàu bị mắc cạn, người khai thác tàu cần xác định vị trí của tàu hiện tại cũng như thời gian gặp nạn. Tìm hiểu kĩ lưỡng thủy triều, dọng chảy cũng như các hiện tượng khí tượng thủy văn tại khu vực đó. Dùng dây đo độ sâu để xác định độ sâu ở vùng mà tàu mắc cạn, nắm rõ tính chất của nền đáy tại khu vực xung quan tàu, xác định khu vực thân tàu bị mắc cạn và mức độ của nó. Cần phải xác định và kiểm tra rõ ràng bên trong thân tàu, xem có bị thủng đáy hay không để đề ra phương án bơm rút nước cũng như bịt lỗ thủng nếu có. Căn cứ vào tình trạng cụ thể mà đưa ra những giải pháp giúp tàu nổi nền nhằm thoát cạn. Thông báo ngay với các cơ quan chức năng có liên quan như chủ tàu, cơ quan bảo hiểm, liên tục liên lạc với các cơ quan này để có được chỉ thị Nếu thân tàu chỉ chạm đáy một thời gian ngắn sau đó lại có khả năng nổi lên bình thường, không có hiện tượng bất thường nào khác thì người khai thác tàu cần phải làm những việc sau: Viết kháng nghị hàng hải, ghi vào nhật ký hàng hài, nhật kí máy tàu, sau khi tàu cập bến thì phải trình để lấy chứng nhận Xem xét để thuê thợ lặn kiểm tra tàu, các phần nhô của thân tàu như thiết bị lái, thiết bị đẩy, kháng nghị hàng hải cần phải nêu rõ các báo cáo của thợ lặn về tình trạng của đáy tàu cũng như bánh lái và chong chóng. Treo các trang thiết bị phòng tránh va chạm. Báo cáo tình trạng của tàu khai thác về công ty quản lý để xin ý kiến xử lý ’ Đo các két nước dằn, két la canh ở trên tàu, kiểm tra tình trạng hư hỏng xuất hiện trên thân tàu, xác định xem tàu có bị tràn nước hay không. Cần phải liên Trang 16
18. tục thực hiện công việc này đến khi xác định rõ ràng tàu không bị thủng mới dừng lại. Nếu tàu bị thủng và nước đã xâm nhập thân tàu thì phải định rõ được vị trí vết thủng, mức độ nghiêm trọng và đóng tất cả các cửa kín nước lại, áp dụng các giải pháp để rút nước, chặn lượng nước có thể gia tăng thêm vào thân tàu. Kiểm tra tình trạng của chong chóng, bánh lái xem có hư hỏng gì hay không. Cách xác định vị trí tàu mắc cạn và độ mắc cạn của tàu: Khi tàu bị mắc cạn, người khai thác tàu cần đo độ sâu hai bên mạn tàu và so sánh giá trị nhằm xác định sơ bộ vị trí bị mắc cạn dưới đáy tàu của mình. Nếu cần thiết, ta cần dùng dây thừng luồn qua đáy tàu qua hai bên mạn, sau đó kéo dây này từ vị trí mũi tàu về đuôi tàu. Làm thao tác ngược lại để có thể xác định rõ được vị trí tàu bị mắc cạn. Muốn xác định độ nằm trên cạn thì ta có thể xác định chiều chìm thực tế của tàu để so sánh với mớn nước tàu khi tàu bị mắc cạn, lưu ý phải khấu trừ lượng thay đổi mớn nước do tiêu hao trong quá trình khai thác tàu. Sau khi đo độ sâu thì cần xác định chất đáy cũng như địa hình của nó, xác định các vị trí xung quanh để tìm ra hướng thoát cạn hợp lý. Nếu có thể, sử dụng xuống để đo sâu ra khu vực hai bên mạn tàu, để xác định địa hình đáy biển nơi mà tàu gặp nạn nhằm xác định phương án thoát cạn hợp lý. Lưu ý rằng vị trí mắc cạn của tàu có thể bị thay đổi, nếu sự thay đổi này gây bất lợi cho tàu thì ta cần dùng neo để ngăn sự thay đổi này. Nếu gặp bão gió thì phải chuẩn bị cho nước vào các két đáy để dằn tàu và giảm thấp cao độ trọng tâm. Yêu cầu máy trưởng liên tục kiểm tra tình trạng của máy chính. Quan sát liên tục diễn biến của thời tiết Tính toán sự tổn thất lực nổi để tìm giải pháp thoát cạn, tính toán lượng nước tràn vào hầm, két bị thủng, biến đổi của tính ổn định và sự thay đổi mớn nước. Xác định lực kéo cần để giúp tàu có thể thoát cạn, thời gian thủy triều cao thấp, Trang 17
19. khối lượng hàng cần bốc ra để làm giảm khối lượng tàu Dựa vào các thông tin trên để lựa ra phương án thoát cạn và nắm vững thời gian đưa tàu thoát cạn. Ghi chép đầy đủ và cẩn thận tình hình mắc cạn của tàu, cần áp dụng những biện pháp khẩn cấp nếu cần thiết. Liên tục báo cáo về cơ quan quản lý về tình trạng tàu và khu vực, từ đó xin ý kiến xử lý thích đáng Nếu xuất hiện sự hư hỏng của vỏ tàu, tư thế tàu thay đổi mạnh và xuất hiện theo chiều hướng xấu, có hại cho con tàu trong khi đã thực hiện nhiều biện pháp mà không thành công thì có thể xin ý kiến để bỏ tàu. 3.2. Tính toán lượng nước vào tàu và lưu lượng cần thiết [3] 1. Lưu lượng nước vào tàu phụ thuộc vào diện tích lỗ thủng và chiều sâu của lỗ thủng tính từ mặt nước. Dùng công thức dưới đây có thể tính gần đúng lưu lượng nước vào tàu, Lượng nước xâm nhập tàu phụ thuộc vào diện tích vết thủng và vị trí của nó so với mặt nước. Có thể sử dụng công thức sau để tính gần đúng lượng nước đã tràn vào tàu: ở đây Q - Lượng nước vào tàu trong 1 phút (tấn) C - Hệ số lưu lượng nước (nước biển lấy c = 0,6) A - Diện tích vết thủng (m2) H – Độ sâu của vết thủng so với mặt nước (m) 2. Tính toán lưu lượng hút nước của bơm Q’(tấn/giờ) Bợm ly tâm: Q’ = (1 ~ l,5)d2 Bơm piston: Q1 = (0,5 ~ 0,7)d2 Trang 18
20. Ở đây d là đường kính miệng hút của bơm đang xét (cm) 3.3. Tính lượng nước vào tàu Tính toán khối lượng nước vào tàu để có thể xác định tàu có mất lực nổi hay không và xác định lượng chiếm nước của tàu khi thoát cạn. Công thức tính như sau, Việc tính toán này giúp ta có thể định đượng lượng sụt giảm lực nổi và từ đó có thể tính được lượng chiếm nước của tàu khi nó thoát cạn. Ta có thể sử dụng công thức như sau: Ở đây: P – Khối lượng nước tràn vào trong một két nhất định;  - Khối lượng riêng của nước (tấn/m3)  - Hệ số thấm nước của các không gian, được tính bằng tỷ số giữa lượng nước tối đa thực tế có thể ngập vào khoang với dung tích của không gian đó. L - Chiều dài của khoang két bị ngập (m) B - Chiều rộng của khoang két bị ngập (m) D - Độ sâu đo được của nước ở trong khoang két bị ngập (m)  - Hệ số béo chung của khoang két. Có thể lấy gần đúng như sau: Nếu khoang giữa tàu  =0,95-0,98; còn lại  0,4- 0,5) 3.4. Tính lực tác dụng của tàu lên nền đất và xác định lực kéo để thoát cạn [3] 1. Tính lực tác dụng của đáy tàu lên nền đất Lực tác dụng của đáy tàu lên nền đất tỷ lệ với sự thay đổi lượng chiếm nước so với trước khi tàu bị mắc cạn. Trang 19
21. Giá trị của lực này được tính gần đúng như sau: Ở đây: P - Lực tác dụng của đáy tàu lên nền đất (tf) d – Chiều chìm trung bình trước khi tàu bị cạn (cm) di - Chiều chìm trung bình trước sau tàu bị cạn (cm) TPC – Số tấn trên 1 cm chiều chìm của tàu - Khôi lượng riêng của nước biển (tấn/m3) V – Lượng thể tích nước xâm nhập vào khoang (m3). Nếu tàu không bị thủng hoặc nước đã được bơm hết ra khỏi tàu và tàu được vá lại thì giá trị V = 0 Nếu có sự chênh lệch lớn giữa chiều chìm mũi và lái thì ta phải hiệu chỉnh sự dịch chuyển của tâm nổi B 2) Nếu tàu bị mắc cạn do đá ngầm mà vẫn không bị thủng thì vị trí của lực tác dụng được tính toán như sau: Ở đây: P - Lượng nước bị giảm đi khi tàu bị mắc cạn MCT – Mô men chúi trên một cm chiều chìm tàu [(t.m)/cm] Trang 20
22. Mt – Mô men nghiêng ngang trên 1 độ [(t.m)/cm]. da – Sự thay đổi mớn nước khi tàu mắc cạn (m) xf – Hoành độ trọng tâm diện tích đường nước (m)  – Góc nghiêng xuất hiện khi tàu mắc cạn B – Chiều rộng của tàu (m) 3. Tính lực kéo giúp tàu thoát cạn Lực kéo giúp tàu thoát cạn có thể tính như sau: F = f. P Ở đây: F - Lực kéo cần thiết (tf) f - Hệ số ma sát giữa đáy tàu với nền đất (tra bảng) P – Lực tác dụng lên nền đất (tf) 3.5. Phương pháp cố định khi tàu mắc cạn [3] Khi tàu bị mắc cạn, sự xuất hiện của sóng gió, dòng chảy cũng như tác động của thủy triều sẽ khiến cho thân tàu bị lay động và dịch chuyển, vị trí tiếp xúc với nền đất có thể bị hư hỏng thêm và gây khó khăn cho việc cứu tàu sau này. Vì thế nếu ta chưa tìm được phương án thoát cạn hợp lý thì ta cần căn cứ vào điều kiện Trang 21
23. thời tiết, tình hình thủy triều và khí tượng thủy văn để cố định tàu bằng cách sử dụng neo tàu. Để cố định và giữ tàu ta cần căn cứ vào tình trạng mắc cạn của tàu, địa hình nền đất cũng như điều kiện xung quanh tàu để thả neo cho phù hợp. Khi giữ tàu bằng neo ta cần lưu ý những điểm sau: 1. Khi bị mắc cạn phía mũi cần xem xét đề phòng trường hợp lái tàu cũng có thể bị mắc cạn. 2. Cần chọn vị trí neo tàu có chất đáy tốt, tức là đảm bảo độ bám của neo với nền đất để đảm bảo cố định tàu. Điều chỉnh sao cho các xích neo chịu lực đều về các hướng. 3. Thả neo chính ở hướng có thể thoát cạn được nhằm mục đích cố định tàu và có thể chuẩn bị cho việc thoát nạn tàu. 4. Khi mực nước xuống thấp do tác động của thủy triều, hoặc góc nghiêng của tàu lớn, hoặc khi mắc cạn tàu bị gặp phải đá thì ta cần điều chỉnh nước dằn, cố định ở phía có độ nghiêng cao 5. Khi xuất hiện gió mạnh hoặc nước chảy, sóng to cần phải đề phòng tàu bị chao đảo mạnh, ta bơm nước dằn vào các két để giúp thân tàu ép sát nền đất, từ đó nền đất không bị cuốn trôi. Không nên bơm nước vào hai két khu vực mũi lái vì có thể ảnh hưởng tới sức bền chung thân tàu. 3.6. Tìm phương án thoát cạn [3] Khi bị mắc cạn, sau khi đã áp dụng những biện pháp an toàn cần thiết, nếu muốn thoát cạn thì ta có thể áp dụng một số các giải pháp như sau: 1. Dùng máy chính để thoát cạn Sau khi tàu bị mắc cạn, nếu người điều khiển chưa xác định được mức độ tổn thương của thân tàu và tính chất của nền đáy thì không nên mạo hiểm thoát mắc cạn bằng cách cho máy chạy lùi đột ngột. Nếu tàu bị mắc trên đá ngầm thì việc Trang 22
24. này có thể gia tăng hư hỏng vỏ bao thân tàu, tăng lượng nước xâm nhập vào thân tàu và có thể khiến tàu không có khả năng thoát cạn. Nếu tính chất đáy có tính bám dính (đất sét) thì loại đất này có thể làm tắc đường ống nước làm mát máy chính, gây nguy hại. Khi ta lùi tàu thì lái tàu sẽ quay bên trái, có thể tàu quay ngang làm cho toàn bộ con tàu nằm trên cạn, tình huống khi đó trở nên nghiêm trọng hơn. Do vậy, nếu muốn sử dụng máy chính để thoát mắc cạn thì ta cần cân nhắc, tính toán lựa chọn thời điểm thủy triều lên cao nhất, thay đổi tốc độ máy đồng thời dùng góc bánh lái lớn ở hai bên để phối hợp làm cho thân tàu đảo nhẹ, đáy nền có thể lỏng ra và tạo cơ hội thoát mắc cạn cho tàu. Khi thực hiện thao tác trên cần hết sức cẩn thận, áp dụng giải pháp thích hợp để tránh sự cố xảy ra nghiêm trọng hơn. Ghi chép lại các tác động, hiệu quả và xem xét kĩ lưỡng quá trình thao tác máy chính có xuất hiện hiện tượng gia nhiệt hay không, theo dõi các hiện tượng bất thường có thể xảy ra như chấn động hoặc rung thân tàu Sau khi dùng máy chính vẫn mà không có hiệu quả, thì ta cần dùng giải pháp hiệu khác. 2. Điều chỉnh chiều chìm tàu Hiện tượng mắc cạn thường xảy ra ở đuôi và lái tàu, hoặc một bên mạn của tàu. Nếu trường hợp mắc cạn không quá nguy hiểm thì có thể sử dụng phương pháp điêu chỉnh chiều chìm tàu bằng cách bơm chuyển nước ở các két dằn, chất lỏng ở các két nhiên liệu hoặc có thể dịch chuyển một lượng hàng hoát để tàu có thể thoát được tính trạng mắc cạn. 3. Giảm bớt tải trọng hàng hoá để thoát cạn. Nếu áp dụng các cách trên mà không có hiệu quả thì ta cần xét vị trí bị cạn để có thể thuê các phương tiên như sà lan chuyển tải để làm cho tàu nổi lên. Ta cần phải tính toán lượng hàng sao cho phù hợp. Trong trường hợp vị trí bị cạn xa khu vực cứu trợ, tình huống khẩn cấp có thể gây nguy hiểm cho con tàu thì ta phải bỏ hàng xuống biển. Ghi chép lượng hàng Trang 23
25. bỏ đi là bao nhiêu, thuộc đơn vị nào để có thể xác định lượng tổn thất và phương án đền bù sau này. Trước khi thực hiện các công việc trên thì ta cần cố đệ tàu để khi tàu giảm tải có thể nổi nên và chuyển dịch vào vùng có thể bị mắc cạn. 4. Kéo neo thoát cạn Ta có thể sử dụng neo để giúp tàu thoát mắc cạn. Sử dụng xuồng mang theo neo và dây xích hoặc có thể sử dụng dây cáp ra xa khu vực mắc cạn để thả. Cần xác định hướng gió, dòng chảy và độ sâu tương đối để xác định vị trí thả neo cho thích hợp. Việc này ảnh hưởng lớn tới quá trình kéo tàu ra khỏi vị trí nguy hiểm. Ta có thể sử dụng nhiều neo kéo tàu. 5. Nếu không có phương án làm nổi tàu hoặc tình hình quá nghiêm trọng thì cần liên hệ với cơ quan quản lý để xem xét nghiên cứu phương án cứu tàu sao cho phù hợp nhất. 3.7. Sau khi thoát cạn [3] Sau khi tàu thoát cạn thì ta cần đo nước tại các két mà không bị vào nước cũng như các vị trí không bị hư hỏng. Người điều khiển tàu có thể làm kháng nghị hàng hải để lấy xác nhận giúp tàu có thể tiếp tục hành trình. Nếu thân tàu bị hư hại thì phải ghé vào cảng để tìm phương án sửa chữa. Cần báo cáo với chủ tàu để đưa ra phương án thích hợp. Khi cập bến, người lái tàu cần thực hiện các công việc như viết kháng nghị, báo cáo sự cố của tàu và xin xác nhận của khu vực đó. Sau khi tàu bị tai nạn, đãng kiểm cũng phải tiến hành kiểm tra, tình trạng hư hỏng nghiêm trọng có thể dẫn tới tàu bị treo cấp, giấy chứng nhận phân cấp không còn hiệu lực. Sau khi sửa chữa tạm thời Thuyền trưỏng phải yêu cầu giám định viên của cơ quan phân cấp tàu cấp giấy chứng nhận tàu đủ khả năng đi biền. Sau khi tàu bị mắc cạn, cơ quan đăng kiểm cần phải tiến hành kiểm tra tình trạng hư hỏng của tàu. Nếu mức độ hư hỏng lớn thì tàu có thể bị treo giấy cấp, Trang 24
26. và các giấy chứng nhận khai thác không còn hiệu lực nữa. Khi sửa chữa tạm thời thực hiện xong thì mới được cấp giấy đủ khả năng đi biển. Trang 25
27. KẾT LUẬN 1. Kết luận Trong quá trình tìm hiểu và tổng hợp nghiên cứu các tài liệu, đề tài đã đạt được một số kết quả nhất định như sau: - Tổng hợp được cơ sở lý thuyết, giúp tính toán được tính ổn định của tàu khi gặp tai nạn. - Nêu ra ví dụ áp dụng với trường hợp mắc cạn giả định cho một tàu cụ thể. - Liệt kê những phương án cứu hộ tàu cần thiết để giúp người khác thác triển khai cứu hộ tàu. 2. Hướng phát triển của đề tài Các đề tài tiếp theo sẽ nghiên cứu các trường hợp mắc cạn cụ thể hơn với từng loại tàu riêng biệt và các vùng mắc cạn khác nhau. Nghiên cứu xác định vị trí và độ lớn phản lực nền đất một cách chính xác khi tàu có diện tích tiếp xúc lớn với nền đất. Trang 26
28. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Th.S Nguyễn Văn Võ. 2015. Giáo trình “Lý thuyết, kết cấu và thiết bị tàu”. Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. [2]. Th.S Nguyễn Văn Võ. 2015. Giáo trình “Lý thuyết tàu thủy”. Trường Đại học Hàng hải Việt Nam. [3]. Tiếu Văn Kinh. 2003. Sổ tay Hàng hải. Nhà xuất bản Giao thông vận tải [4]. Apurba Ranjan Kar. 2014. Stability of Grounded Ship. The 14th International Ship Stability Workshop (ISSW), 29th September- 1st October 2014, Kuala Lumpur, Malaysia. Trang 27