NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH THỰC TẾ
CỦA TÀU ĐÁNH CÁ LƯỚI VÂY TỈNH NINH THUẬN
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 4/2012
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ỔN ĐỊNH THỰC TẾ
CỦA TÀU ĐÁNH CÁ LƯỚI VÂY TỈNH NINH THUẬN
EVALUATING AN ACTUAL STABILITY
OF PURSE SEINE FISHING BOATS IN NINH THUAN PROVINCE
Nguyễn Ngọc Thảo1, Trần Gia Thái2
Ngày nhận bài: 12/4/2012; Ngày phản biện thông qua: 12/11/2012; Ngày duyệt đăng: 15/12/2012
TÓM TẮT
Ổn định là tính năng hàng hải quan trọng đóng vai trò trung tâm trong bài toán chống lật tàu, do vậy việc đánh giá
ổn định thực tế đối với tàu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, đặc biệt là đối với tàu cá. Đánh giá ổn định thực tế cho phép
xác định được điều kiện sóng gió bất lợi nhất mà tàu có khả năng chịu đựng được và không bị lật. Nội dung chính của bài
viết liên quan đến việc tính toán đánh giá ổn định thực tế của tàu đánh cá lưới vây tỉnh Ninh Thuận bao gồm việc tính toán
kiểm tra ổn định của tàu ở các chế độ hành trình theo cách thông thường và thực hiện tính toán ổn định bổ sung tại các tình
huống nguy hiểm trong quá trình tàu thu lưới, từ đó dựa trên cơ sở khái niệm trạng thái ổn định giới hạn tiến hành đánh
giá khả năng chịu đựng sóng gió thực tế của tàu.
Từ khóa: Ổn định, Ổn định thực tế, Ổn định giới hạn
ABSTRACT
Stability is an important maritime features play a central role in the anti-flipping problem vessels, therefore the
evaluation of the actual stability to the ship has important practical implications, especially for fishing. Stability
assessment practice allows to identify the most turbulent conditions detrimental ships able to withstand without being
flip.The main content of the article relating to the calculation of the actual stability assessment of purse seine fishing
vessels Ninh Thuan province include the calculation check the stability of the ship in the cruise mode in the normal way and
additional stability calculations at the dangerous situation in the vessel net revenue, which is based on the concept of
steady-state limit assessment stamina actual waves of ships.
Keywords: Stable, The actual stability, Stability limit
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hầu hết hồ sơ kỹ thuật của tàu cá vỏ gỗ Việt
Nam nói chung và tàu cá vỏ gỗ Ninh Thuận nói
riêng đều được lập dưới dạng hồ sơ hoàn công
nhằm hợp thức hóa việc đưa tàu vào hoạt động
hơn là kiểm tra đánh giá tính năng tàu. Do chỉ
mang tính hình thức nên hồ sơ hoàn công không
đảm bảo độ chính xác để làm cơ sở tính toán
đánh giá mức độ an toàn của tàu khi đi biển. Từ
nguyên nhân trên cho thấy thực tế đã có nhiều
tàu lưới vây bị lật do không đảm bảo được ổn
định khi khai thác trong điều kiện thời tiết bất lợi.
1
2
Mặt khác, với cách kiểm tra ổn định theo cách
thông thường hiện nay đối với tàu cá chưa chỉ ra
được mức độ ổn định thực tế và khả năng có thể
chịu được sóng gió ở mỗi trường hợp cụ thể trong
điều kiện khai thác nhất định ứng với mỗi cơ cấu
nghề. Vì thế việc đánh giá ổn định thực tế đối với
tàu đánh cá nói chung và tàu lưới vây nói riêng có
ý nghĩa thực tiễn quan trọng, là căn cứ khoa học
vừa góp phần làm giảm thiểu tai nạn của tàu đánh
cá tỉnh Ninh Thuận vừa bổ sung cơ sở lý thuyết
cho tiến trình xây dựng các mẫu tàu phù hợp cho
nghề này ở địa phương.
Nguyễn Ngọc Thảo: Lớp Cao học Kỹ thuật Tàu thủy 2009 - Trường Đại học Nha Trang
PGS.TS. Trần Gia Thái: Khoa Kỹ thuật Giao thông - Trường Đại học Nha Trang
162 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
II. PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Khảo sát, đo đạc thực tế và xây dựng các bản
Soá 4/2012
gây nghiêng nguy hiểm nhất đối với tàu lưới vây
trong quá trình thu lưới;
vẽ đường hình, kết cấu 4 mẫu tàu truyền thống đại
diện cho lớp tàu đánh cá lưới vây của tỉnh Ninh
Thuận. Tính đại diện thể hiện từ kết quả khảo sát
thực tế đặc điểm hình dáng, các đặc trưng chung về
trang bị, và từ dữ liệu quản lý kỹ thuật trong công tác
đăng kiểm tàu cá tại Ninh Thuận mà bản thân người
nghiên cứu đã có hơn 10 năm trải nghiệm.
- Nghiên cứu thuật toán và viết chương trình
tính ổn định theo phương pháp trực tiếp;
- Đánh giá mức độ ổn định thực tế và khả năng
chịu đựng sóng gió của các tàu khảo sát.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Xây dựng các dẫn liệu khoa học cần thiết
- Sử dụng AutoCad thực hiện tính toán xác định
trọng lượng và trọng tâm tàu không đối với các tàu
khảo sát. Do khối lượng bảng tính quá lớn nên các
- Thực hiện tính ổn định của các tàu khảo sát;
dẫn liệu khoa học cần thiết chỉ có thể dẫn xuất dưới
- Phân tích và xây dựng mô hình tính ngoại lực
dạng kết quả tổng hợp theo bảng 1.
Bảng 1. Bảng tổng hợp kết quả tính toán trọng lượng, trọng tâm tàu không
Tên tàu
TT
Ký hiệu
Kích thước chủ yếu của tàu (m)
Tàu không
Công
suất
Lmax
Bmax
D
Trọng lượng
Δ0(T)
Hoành độ
trọng tâm
xG0(m)
Cao độ trọng
tâm zG0(m)
1
NT020810
450 HP
16.45
4.70
2.20
36.474
-0.766
2
NT120810
420 HP
16.50
4.35
1.86
32.287
-0.642
1.440
3
NT101110
185 HP
16.50
5.10
2.05
35.414
-0.792
1.481
4
NT040111
380 HP
18.00
5.76
2.50
48.892
-0.559
1.782
1.685
2. Xây dựng thuật toán tính ổn định bằng phương
điểm của đường nước nghiêng đang xét với các
pháp trực tiếp
đường sườn tàu như hình vẽ 1. Từ hình vẽ 1 thực
- Rời rạc hóa thân tàu theo chiều dài thành 14
phân đoạn. Để đạt được độ chính xác cần thiết
hiện tính toán các đại lượng cần thiết theo các công
thức (1), (2), (3).
chiều dài 4 phân đoạn gần phía mũi và lái được
chọn bằng ½ chiều dài các phân đoạn tại khu vực
giữa tàu và chọn giới hạn của những phân đoạn
là mặt cắt ngang qua vị trí các sườn lý thuyết. Một
cách gần đúng có thể xem mỗi phân đoạn xấp xỉ
một lăng trụ.
- Nội suy đường sườn tàu bằng phương pháp
nội suy Spline bậc ba, chọn các điểm điều khiển
là tất cả những giao điểm của các đường nước,
đường boong lý thuyết với đường sườn tại trạng
thái tàu nằm cân bằng thẳng đứng trên nước tĩnh.
- Dựng đường nước tính toán nghiêng một góc
q so với mặt phẳng đáy tàu và xác định tọa độ giao
Hình 1. Tính toán thể tích và mômen tĩnh của khối lăng trụ
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 163
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 4/2012
- Diện tích phần chìm dưới đường nước nghiêng của mặt sườn.
(1)
- Mômen tĩnh của diện tích phần chìm so với mặt phẳng đáy (Oxy)
(2)
- Mômen tĩnh của diện tích phần chìm so với mặt cắt dọc giữa tàu (Oyz)
(3)
Sau đó tiến hành tính tích phân dọc tàu để
Nhập dữ liệu toàn tàu
xác định giá trị thể tích V và tọa độ tâm nổi
C(xc, yc, zc) của phần chìm dưới đường nước
Nhập thể tích chiếm nước V i
nghiêng trong hệ tọa độ (Oyz) theo các công thức
sau:
Nội suy đường sườn lý thuyết
V =
(4)
Nhập góc nghiêng θi(i=00 ÷ 900)
Tính Z1, Z2 ứng với góc nghiêng θi
yc =
(5)
Tính thể tích phần chìm V i
zc =
(6)
Sai
Cánh tay đòn hình dáng của tàu được xác định
theo công thức:
lhd = yc cosθ + zc sin θ
(7)
Kiểm tra đẳng tích
(ε < 0,001%)
Đúng
Tính yc, zc
Trong quá trình tính toán cần lưu ý nếu
z1 > D (D là chiều cao đến mép boong) thì giá trị
Tính 1θ = ycsθi + zcsinθi
y1 trong các công thức (1), (2), (3) không suy
được từ hàm nội suy đường sườn mà phải đo
trực tiếp.
Có thể tóm tắt thuật toán tính ổn định bằng
phương pháp trực tiếp theo lưu đồ sau:
164 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Xuất kết quả
Hình 2. Lưu đồ thuật toán tính ổn định bằng phương pháp
trực tiếp
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 4/2012
3. Chương trình tính ổn định
Trên cơ sở thuật toán tính ổn định bằng phương
pháp trực tiếp [1], chúng tôi viết chương trình tính
bằng ngôn ngữ lập trình C# để tự động hóa quá trình
tính ổn định cho các tàu khảo sát. Việc tính toán ổn
định khi tàu thu lưới được chiếu cố như một trường
hợp tính toán ổn định bổ sung ứng với tải trọng đang
xét. Tính chính xác và độ tin cậy của chương trình
được chúng tôi kiểm chứng cẩn thận thông qua việc
so sánh sai số bằng công cụ AutoCad khi chạy thử
nghiệm chương trình trên cấu trúc dữ liệu từ hồ sơ
thiết kế kỹ thuật (HSTK) của tàu DV-403 (tàu dịch
vụ hậu cần đánh cá vùng khơi vỏ thép do Công ty
Tư vấn Đầu Tư và Thiết kế Bộ Thủy sản thiết kế và
đã được Đăng kiểm Việt Nam duyệt tháng 11 năm
2001 trên cơ sở của TCVN 6259-10:1997).
Bảng 2. Kiểm chứng tính chính xác và độ tin cậy của chương trình
VS
4. Tính toán ảnh hưởng của quá trình thu lưới
vây đến ổn định của tàu
Từ giả thuyết khoa học đặt ra, chúng tôi đã
tiến hành khảo sát và phân tích quá trình đánh bắt
trên các tàu lưới vây thực tế. Kết quả phân tích cho
thấy có thể vận dụng được mô hình [2] để tính toán
ngoại lực bổ sung tác động lên tàu ở trạng thái nguy
hiểm nhất, từ đó chúng tôi đã thiết lập được công
thức xác định độ lớn của mômen phụ phát sinh gây
nghiêng tàu lớn nhất trong quá trình thu lưới vây
như sau:
(8)
ρ
Trong đó:
P1 - trọng lượng của vòng khuyên và chì (tấn).
P2 - lực cản thủy động của nước, xác định theo công
thức:
ρ
(9)
với: Cx - hệ số cản thủy động, có giá trị
Cx = (0,5 ÷ 1,0). Chọn Cx = 0,5.
ρ - khối lượng riêng của nước biển, tấn/m3
Vt - vận tốc trôi của tàu (m/s).
Sn - hình chiếu diện tích phần ngâm nước lên mặt
cắt dọc giữa tàu, m2.
yA, zA - lần lượt là tung độ và cao độ trọng tâm của
khối chì và vòng khuyên (m).
zG - cao độ trọng tâm tàu ứng với tải trọng đang
xét (m).
Dưới tác dụng của mômen gây nghiêng xác
định từ (8), tàu sẽ bị nghiêng ngang một góc ∆θ xác
định theo công thức:
(rad)
Với
(10)
là mômen nghiêng ngang 10.
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 165
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 4/2012
5. Đánh giá khả năng chịu đựng sóng gió thực tế
(qđ là góc xác định trên đồ thị ổn định động mà tại
Về mặt phương pháp có thể giải quyết vấn
đó ứng với nó giá trị của mômen giới hạn được xác
đề đặt ra trên cơ sở đánh giá mức độ phù hợp về
định với giả thiết không xét ảnh hưởng của góc vào
mặt ổn định của tàu đối với hệ tiêu chuẩn kiểm
tra ở các trạng thái ổn định giới hạn [4] theo trình
tự sau:
5.1. Tính và xây dựng đồ thị ổn định ứng với các chế
độ tải trọng tính toán;
nước qf).
Đối với kết cấu không kín nước của tàu cá lưới
vây Ninh Thuận hầu hết đều chọn lỗ khoét là cửa
sổ mạn cabin ở khu vực hầm máy [4]. Trong trường
hợp này góc vào nước qf được xác định như mô tả
trên hình 3 theo công thức:
5.2. Ứng với các giá trị giả lập K = 1, 2... kiểm tra sự
(13)
phù hợp của tiêu chuẩn thời tiết ở trạng thái ổn định
giới hạn bằng cách:
Trong đó:
- Xác định mômen lật giới hạn Mgh từ đồ thị ổn
định động có xét tới ảnh hưởng của góc vào nước.
- Tính mômen gây nghiêng Mng theo K từ công
thức:
Mng =
;
h - chiều cao tính từ mặt boong đến mép dưới
cửa sổ cabin
f - chiều cao mạn khô
bcb- chiều rộng cabin
(11)
Xác định áp suất gió Pv (cấp gió) ứng với giá trị
mômen gây nghiêng Mng theo công thức
Pv =
(12)
5.3. Kiểm tra sự phù hợp của tiêu chuẩn thống kê
theo trình tự:
- Tăng dần cao độ trọng tâm zG của tàu ở chế
độ tải trọng tính toán cho đến khi thỏa mãn zG = [zG]
([zG] là cao độ trọng tâm cho phép của tàu) mà tại đó
một trong những đại lượng ổn định tính toán xấp xỉ
giá trị tương ứng với hệ tiêu chuẩn thống kê.
- Ứng với đồ thị ổn định giới hạn đã vừa được
xác định, xác định giá trị mômen lật cho phép;
- Thực hiện tương tự như trên với các giá trị giả
lập K = 1, 2... để xác định áp lực gió Pv và tương
ứng là cấp sóng gió tàu có thể chịu đựng được mà
không bị lật.
Hình 3. Sơ đồ xác định góc vào nước θf của tàu
7. Kết quả tính toán ổn định và đánh giá khả
năng chịu đụng sóng gió thực tế của các tàu
khảo sát
Khả năng chịu đựng sóng gió thực tế của các
tàu khảo sát sau khi kiểm nghiệm điều kiện thời tiết
và hệ tiêu chuẩn thống kê được tổng hợp thành các
bảng 3 và 4. Trên bảng các thông số in đậm là điều
6. Ảnh hưởng của góc vào nước đến ổn định
kiện ổn định phù hợp tương ứng đối với từng tàu
của tàu
được chỉ ra sau khi kiểm chứng. Theo đó với các
Như đã biết ảnh hưởng của góc vào nước qf
hệ số an toàn (K=Ki) tính được cho từng tàu thì khả
được xem xét bằng cách ngắt đồ thị ổn định tại điểm
năng chịu đựng được sóng gió tất cả chỉ có thể là
đó [3]. Tàu hoàn toàn mất ổn định ở những góc qđ > qf
cấp 8.
166 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
Soá 4/2012
Bảng 3. Kiểm tra sự phù hợp của tiêu chuẩn thời tiết
Ghi chú: Các đại lượng được ghi trong bảng có ý nghĩa như sau:
Lmax -chiều dài lớn nhất
LTK - chiều dài thiết kế
Bmax -chiều rộng lớn nhất
BTK - chiều rộng thiết kế
Dtp - chiều cao đến mạn chắn sóng
Dmb - chiều cao đến mép boong
d - mớn nước
CB - hệ số béo thể tích tại mớn nước d
∆ - lượng chiếm nước ở chế độ tính toán
∆ 0 - trọng lượng tàu không
ZG0 - chiều cao trọng tâm tàu không
ZG - cao độ trọng tâm tàu ở chế độ đầy tải
Bảng 4. Kiểm tra sự phù hợp của tiêu chuẩn thống kê
Ghi chú: Các đại lượng được ghi trong bảng có ý nghĩa như sau:
ho - chiều cao ổn tâm ban đầu
S - diện tích mặt hứng gió
Z - chiều cao tâm hứng gió
Mgh - mômen cho phép
K - hệ số an toàn
lmax - tay đòn ổn định tĩnh lớn nhất
θm - góc ứng với tay đòn ổn định tĩnh lớn nhất
ld - cánh tay đòn ổn định động kín nước
θv - góc lặn
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 167
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi xét ảnh
hưởng mômen gây nghiêng bổ sung trong quá trình
tàu thu lưới thì ổn định của các tàu khảo sát bị suy
giảm nghiêm trọng. Trong trường hợp này hệ số an
toàn K hầu như tiến dần (giảm) về giá trị giới hạn.
Nghĩa là khả năng dự trữ ổn định của các tàu thực
tế còn rất bé.. Do vậy trong thực tế tính và kiểm tra
ổn định của tàu lưới vây không thể không xem xét
ảnh hưởng của momen phụ phát sinh khi thu lưới.
2. Với xác suất ngẫu nhiên, kết hợp với công
bố từ các kết quả nghiên cứu thống kê trước đó [1]
đề nghị chọn phạm vi biến thiên của cao độ trọng
tâm tàu không đối với tàu lưới vây Ninh Thuận:
zG0= (0.7 ÷ 0.8)D. Với D là chiều cao mạn đến mép
boong tàu.
3. Đối với tàu cá lưới vây Ninh Thuận với kết
cấu như hiện nay, để xét ảnh hưởng của góc vào
nước khi tính toán ổn định trước tiên cần tiến hành
so sánh góc vào nước tại các vị trí miệng hầm cá
và góc tại vị trí các lỗ khoét trên mạn cabin (hoặc
cửa ra vào cabin). Chọn giá trị nào nhỏ hơn trong
hai trường hợp trên để tính toán. Trong trường hợp
chọn góc tại vị trí các lỗ khoét trên mạn cabin (hoặc
cửa ra vào cabin) để tránh hiện tượng nước tràn
vào tàu qua những lỗ khoét và đảm bảo được các
yêu cầu của quy phạm về ổn tính thì chiều cao h của
các lỗ khoét trên mạn cabin phải thỏa mãn:
Soá 4/2012
(14)
Với : bcb - chiều rộng cabin tàu.
f = 0,45 - chiều cao mạn khô sau khi đã hiệu
chỉnh [5].
4. Để giảm bớt tác dụng do momen thu lưới
gây ra, nâng cao được khả năng ổn định nhưng vẫn
đảm bảo đủ không gian thao tác cho tàu trong điều
kiện khai thác thực tế, cần tính toán thiết kế sao cho
biên dạng đường boong phía mũi đối với kiểu tàu
lưới vây giảm đều kể từ vị trí giữa tàu. Điều này có
nghĩa cần tính chọn yA sao cho biểu thức (8) có giá
trị nhỏ nhất.
5. Dựa trên các kết luận khoa học thu được từ
kết quả nghiên cứu cho thấy nguy cơ gây mất an
toàn cho tàu đánh cá lưới vây khi thực hiện quá
trình thu lưới là rất lớn (thể hiện từ giá tri Ki tính
được trong bảng 3) do trong giai đoạn này ổn định
của tàu suy giảm mạnh, đặc biệt càng nghiêm trọng
hơn nếu góc vào nước không thỏa mãn công thức
(14) và quá trình này lại diễn ra trong điều kiện thời
tiết bất lợi. Do vậy để đảm bảo an toàn cho tàu lưới
vây đang khai thác có đủ một lượng dự trữ ổn định
cần thiết thì việc kiểm tra phân cấp tàu phải dựa trên
mức độ thỏa mãn ổn định thực tế trong điều kiện
khai thác ứng với áp suất gió cụ thể khi tính toán
được. Nhiệm vụ này yêu cầu phải thực hiện một
cách khoa học và nghiêm túc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
Nguyễn Quang Minh (2006). Một số vấn đề lý thuyết tàu thủy nâng cao "Advanced problems in ship theory". NXB Nông
nghiệp, TP. Hồ Chí Minh.
2.
Vũ Văn Xứng. Thiết bị khai thác cá. NXB Nông nghiệp.
3.
Sevestianop.N.B; Ananiep. DM.; Nhechaep. Iu.I, người dịch Phạm Ngọc Hòe - Lê Ngọc Phước (1991). Ổn tính cho tàu đi
biển. NXB Giao thông vận tải - NXB Nông nghiệp.
4.
Trần Gia Thái, 2012. Đánh giá tình trạng kỹ thuật và mức độ an toàn của đội tàu đánh cá tỉnh Ninh Thuận. Báo cáo tổng kết
chuyên đề 2 đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ.
5.
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN-7111:2002. Quy phạm phân cấp và đóng tàu cá biển cỡ nhỏ. NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 2003.
168 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
- Xem thêm -