Giáo trình điều động tàu

Chia sẻ: 326159487 326159487 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

180
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo sách 'giáo trình điều động tàu', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình điều động tàu

Ti n sĩ, T.Tr1. Nguy n Vi t Thành Hi u ính: Th c sĩ, T.tr1. inh Xuân M nh T.tr1. Lê Thanh Sơn Ti n sĩ. Mai Bá Lĩnh iu ng tàu Vertex A Trough Dangerous quadrant Path C Right hand semicircle E VORTEX D B Left hand or “navigable” semicircle Track Trough H i Phòng 8-2005
L i gi i thi u An toàn cho con ngư i, con tàu, hàng hoá và môi trư ng bi n là m t trong nh ng m c ích cao nh t c a ngư i sĩ quan Hàng h i. L ch s ngành Hàng h i th gi i ã do thi u sót c a ngư i i u khi n tàu. Trong nh ng thi u sót ó thì sai l m do i u cho th y r t nhi u v tai n n th m kh c x y ra trên bi n mà nguyên nhân ch y u là nâng cao kh năng i u khi n tàu cho ngư i sĩ quan Hàng h i, thì trư c h t ng t u chi m m t ph n l n. tàu khi ang h c trong trư ng. B ng nh ng kinh nghi m th c t và quá trình gi ng ph i trang b y các ki n th c v i u ng tàu cho sinh viên ngành i u khi n d y lý thuy t i u ng, Ti n sĩ, thuy n trư ng Nguy n Vi t Thành cùng các gi ng viên b môn i u ng tàu, khoa i u khi n tàu bi n, trư ng i h c Hàng h i Vi t i u ng tàu cho sinh viên khoa i u khi n tàu bi n c a trư ng. Nam ã r t c g ng hoàn thành cu n sách này làm tài li u gi ng d y ch y u môn h c Cu n sách ã ư c s góp ý c a nhi u thuy n trư ng lâu năm trong ngh và có s tham kh o các tài li u trong và ngoài nư c. Cu n sách ã ư c c p nh p các ki n th c m i và s ư c b sung hàng năm nh ng ti n b c a khoa h c k thu t trong ngành Hàng h i. M c dù h t s c c g ng trong quá trình biên so n nhưng cu n sách b n ng nghi p cu n sách ngày càng hoàn thi n hơn. ch c ch n s còn nhi u thi u sót. Chúng tôi r t mong có s óng góp ý ki n c a các B môn i u ng tàu, khoa i u khi n tàu bi n, trư ng M i ý ki n xin g i v a ch : i h c Hàng h i Vi t Nam. E-mail: Vimarudeck@vnn.vn. Xin chân thành c m ơn. B môn i u ng tàu
M CL C Trang Tính năng i u ng tàu Chương 1 7 Khái ni m V i u ng tàu 1.1 7 Các Y U T TRONG i u ng tàu 1.2 7 1.2.1 7 T c tàu 1.2.2 9 Các khái ni m v t c Các phương pháp xác nh t c tàu 1.2.3 10 Chuy n ng c a tàu trên m t nư c 1.2.4 11 Tính năng c a b ánh lái 1.3 15 1.3.1 15 L c c a bánh lái Tác d ng c a b ánh lái khi tàu ch y t i 1.3.2 16 Tác d ng c a b ánh lái khi ch y lùi 1.3.3 17 nh hư ng hình d ng bánh lái 1.3.4 17 n l c bánh lái Xác nh góc b lái 1.3.5 18 chuy n ng quay tr c a tàu 1.4 19 nh nghĩa và quá trình quay tr c a tàu 1.4.1 19 1.4.2 21 Các y u t c a vòng quay tr Tâm quay và v trí c a nó 1.4.3 25 Các y u t nh hư ng n quay tr và ánh giá tính năng 1.4.4 25 i u ng t l n vòng quay tr . 1.4.5 26 Xác nh vòng quay tr c a tàu Chân v t và tác d ng c a nó trong i u ng tàu 1.5 28 1.5.1 28 L c y phát sinh khi chân v t quay Các dòng nư c sinh ra khi chân v t q ua 1.5.2 30 Hi u ng chân v t t i c tính i u ng tàu 1.5.3 31 M i tương quan c a chân v t i v i s thay i ch 1.5.4 33 ho t ng c a máy tàu nh hư ng ph i h p gi a b ánh lái và chân v t t i s 1.5.5 36 iu khi n tàu Tính năng d ng tàu Quán tính c a tàu 1.6 36 Các c tính d ng tàu 1.6.1 36 Quán tính c a tàu 1.6.2 37 1.6.3 39 Nh ng bi n p háp nâng cao hi u qu hãm tàu 1
iu ng tàu nhi u chân v t 1.7 40 1.7.1 40 iu ng tàu nhi u chân v t iu ng tàu có chân v t m n 1.7.2 42 Chân v t bi n bư c 1.8 43 i u ng tàu có chân v t b i n b ư c 1.8.1 43 Nh ng chú ý khi s d ng chân v t b i n b ư c, phân lo i 1.8.2 45 chân v t b i n bư c Ưu như c i m c a chân v t bi n bư c 1.8.3 45 T ng hóa quá trình i u ng tàu 1.9 46 1.9.1 46 Xu th phát tri n và m c ích t ng hóa 1.9.2 46 T ng hóa quá trình i u khi n máy chính và chân v t 1.9.3 47 M t s h th ng t ng hóa quá trình lái tàu nh hư ng t i C hương 2 48 các y u t c tính i u ng tàu nh hư ng c a ngo i l c 2.1 48 nh hư ng c a các i u ki n khí tư ng thu văn 2.1.1 48 nh hư ng c a khu v c nư c h n ch và lu ng l ch 2.1.2 51 nh hư ng do nông c n và bi n p háp phòng tránh 2.1.3 52 Tính năng quay tr trong vùng nư c nông 2.1.4 55 Hi n tư ng hút nhau gi a hai tàu 2.1.5 55 nh hư ng do hình dáng thi t k và tư th c a tàu 2.2 59 C u trúc hình dáng 2.2.1 59 2.2.2 60 Thi t k nh hư ng do nghiêng, chúi 2.2.3 61 Chương 3 62 S d ng neo trong i u ng 3.1 62 L a ch n khu v c neo u Nh ng i u ki n t ng quát khi l a ch n i m neo 3.1.1 62 Ch n phương pháp neo tàu 3.1.2 63 l c gi c a neo 3.2 64 Tính năng gi c a neo 3.2.1 64 L c gi c a neo và ch t áy 3.2.2 64 Gi i h n gi tàu theo l n neo và các chú ý khi s d ng neo 3.2.2 65 3.3 66 iu ng neo tàu b ng m t neo 3.3.1 66 iu ng neo tàu b ng m t neo 2
3.4 66 i u ng neo tàu hai neo Tư th con tàu khi neo hai neo 3.4.1 66 Các phương pháp i u ng neo tàu b ng hai neo 3.4.2 67 S d ng neo trong i u ng 3.5 70 3.5.1 70 S d ng neo khi vào ho c ra c u , phao S d ng neo trong các trư ng h p khác 3.5.2 72 Chương 4 77 i u ng tàu ra vào c u, phao 4.1 i u ng tàu ti p c n i m bu c và hành trình trong c ng 77 Các yêu c u chung và nguyên t c cơ b n khi c p c u 4.1.1 77 C p c u b ng mũi vào trư c 82 4.1.2 C p c u b ng uôi vào c u trư c 83 4.1.3 C p c u ngư c dòng 4.1.4 83 84 4.1.5 C p c u xuôi dòng Minh h a các trư ng h p c p c u 4.2 85 u nư c ngư c 4.2.1 85 Vào c Vào c u m n trái th i ti t êm 4.2.2 85 4.2.3 85 Vào c u m n ph i th i ti t êm 4.2.4 85 C pc u m n trái th i ti t t t có th neo ngoài C pc u m n ph i th i ti t t t neo ngoài 4.2.5 86 C pc u gió th i t b ra 4.2.6 86 4.2.7 87 C p c u gió th i t ngoài vào p c u ngư c gió C 4.2.8 87 p c u gió th i t ngoài vào (ch ch mũi) ngoài vào 4.2.9 87 C p c u gió th i t ngoài vào (ch ch mũi) ngoài th neo 4.2.10 87 C m n ngoài 4.2.11 88 C p c u có k t h p th neo C p c u m n trái gió xuôi 4.2.12 88 4.2.13 89 C p c u m n ph i gió xuôi 4.2.14 89 C p c u m n trái gió th i ch ch lái t trong c u ra C p c u m n ph i gió ch ch ph i trong c u ra 4.2.15 89 C p c u s d ng tàu lai 4.3 89 C p c u nh s h tr c a tàu lai 4.3.1 89 90 4.3.2 Liên l c v i tàu lai 4.3.3 91 S d ng tàu lai Tàu lai làm vi c b ng cách ưa dây lai qua l xô ma chính 4.3.4 94 gi a mũi / lái Cách bu c dây tàu lai 4.3.5 95 Chương 5 97 i u ng tàu trên bi n 5.1 97 i u ng tàu trong I U KI N th i ti t x u 3
Khái ni m 5.1.1 97 Quan h gi a hư ng i v i hư ng sóng gió và s nh 5.1.2 97 hư ng c a chúng i u ng 5.1.3 99 Các bi n p háp làm gi m nh hư ng c a sóng gió 5.1.4 100 5.2 101 i u ng tàu trong bão 5.2.1 101 Nguyên nhân phát sinh bão 5.2.2 102 Nh ng tri u ch ng c a b ão Phương pháp xác nh tâm bão và ư mg di chuy n c a 5.2.3 103 bão 5.2.4 106 Công tác chu n b cho tàu ch ng bão 5.2.5 107 iu ng tàu tránh g p bão nhi t i i u khi n tàu ra kh i khu v c bão 5.2.6 109 i u ng tàu trong băng 5.2.7 110 i u ng tàu trong t m nhìn xa b h n ch 5.3 112 Khái ni m và nh nghĩa 5.3.1 112 5.3.2 112 Bi n p háp i u ng Các lưu ý 5.3.3 113 5.3.4 113 gi i tránh va b ng Radar Chương 6 116 i u ng tàu trong các tình hu ng c bi t i u ng tàu c u ngươì rơi xu ng nư c 6.1 116 6.1.1 116 Nh ng yêu c u chung Các phương pháp i u ng c u ngư i rơi xu ng nư c 6.1.2 116 6.2 118 i u ng tàu c u th ng Nguyên nhân và cách xác nh l th ng 6.2.1 118 6.2.2 119 Các d ng c xác nh và ch ng th ng, cách s d ng chúng c u th ng. 6.2.3 123 i u ng tàu b th ng i u ng tàu thoát c n 6.3 123 Nguyên nhân tàu b c n 6.3.1 123 L a ch n vào c n và các tính toán chung vào c n 6.3.2 124 6.3.3 126 Các l c tác d ng lên tàu khi b c n 6.3.4 126 Nh ng tính toán c n thi t khi tàu b c n Các tính toán c n thi t c u tàu ra c n 6.3.5 127 Các phương pháp t ra c n 6.3.6 129 6.3.7 130 Ra c n nh tr giúp c a ngo i l c. K t h p các phương pháp ưa tàu ra c n 6.3.8 133 i u ng tàu khi g p m t s s c 6.4 133 i u ng tàu khi b ho ho n 6.4.1 133 i u ng khi tàu b nghiêng 6.4.2 133 Chương 7 134 lai d t trên bi n 7.1. Gi i thi u công tác lai d t 134 4
Gi i thi u các phương pháp lai d t 7.1.1 134 ưu như c i m c a lai d t 136 7.1.2 Cơ s lý thuy t c a lai kéo 7.2 136 7.2.1 136 Các yêu c u chung 7.2.2 136 Dao ng c a tàu lai và b lai Tính toán t c lai kéo và b n c a dây lai 7.3 137 7.3.1 137 Tính toán l c c n d ây lai, cách l a ch n, bu c dây lai 7.4 139 7.4.1 139 Các lo i dây lai và các ki u n i dây lai L a ch n dây lai 7.4.2 140 7.5 140 i u ng tàu lai kéo và các chú ý 7.5.1 140 Bu c dây lai Chu n b và ưa dây lai 7.5.2 141 7.5.3 141 i u ng và các chú ý khi lai kéo Hi n tư ng dao ng khi lai d t 7.5.4 141 143 Ph n p h l c I 146 Ph n ph l c II 5
Chương 1 Tính năng i u ng tàu 1.1. Khái ni m V i u ng tàu i u ng tàu là vi c thay i hư ng i hay t c dư i tác d ng c a bánh lái, chân v t và các thi t b khác nh m tránh va an toàn, ti p c n m c tiêu, th neo, bu c tàu, trong nhi u hoàn c nh và các tình hu ng khác nhau, c b i t là khu v c ch t h p , nông c n, khi t m nhìn xa b h n ch ... Năng l c i u khi n m t con tàu, c b i t là nh ng vùng nư c b h n ch là m t trong nh ng yêu c u cao nh t òi h i các k năng thành th c c a ngư i i bi n. Không m t thuy n trư ng hay m t sĩ quan hàng h i trên b t kỳ con tàu nào có th xem như mình có y năng l c v hàng h i tr khi ông ta có th i u khi n con tàu c a mình m b o an toàn. Kinh nghi m lâu năm là c n thi t cùng v i năng l c c a b n thân ngư i i u khi n tàu có th tính toán th c hi n vi c i u ng con tàu c a mình phù h p v i th c t . Có th nói i u khi n tàu là m t ngh thu t ph i tr i qua h c t p và th c hành mà có ư c. Nguyên lý cơ b n c a k thu t i u ng các tàu là như nhau, như ng i v i t ng con tàu khác nhau thì có các c i m riêng. Không th áp d ng m t cách máy móc k thu t i u ng m t con tàu nh v i m t con tàu l n ho c m t tàu khách v i m t tàu hàng. Ngoài ra cùng m t con tàu nhưng v i các i u ki n th i ti t, khí tư ng thu văn khác nhau thì vi c i u khi n nó cũng s khác nhau. Không m t cu n sách ơn l nào có kh năng bao trùm t t c các v n mà ngư i i b i n s b t g p khi i u ng tàu, cũng không th có b t kỳ m t thi t b k thu t ơn l nào phù h p v i ngư i i u m i i u ki n th c t x y ra. i u ng tàu là m t công vi c u yên bác, nh vào ó ng có th ưa ra m t chu i các kinh nghi m, xây d ng nên các k x o c n thi t khác. Các con tàu ang ư c thay i theo th i gian, kích thư c trung bình c a các con tàu ã ư c tăng lên. Nh ng con tàu ch xe ô tô và các tàu d u kh ng l không th ư c i x như nh ng con tàu nh ch hàng thông thư ng. Trong lĩnh v c i u ng tàu, m i con tàu ò i h i có m t s quan tâm riêng. V i ngư i i u khi n tàu, m i tình hu ng i u ng l i là m t th thách m i. 1. 2. Các Y U T TRONG i u ng tàu 1.2.1. T c tàu tàu là m t i lư ng c trưng cho s chuy n ng c a con tàu. V m t toán h c thì: Tc ∆S dS V = lim = , (1.1) ∆t → 0 ∆t dt Trong ó : V :T c tàu (m/giây). S : Quãng ư ng con tàu di chuy n ư c (m). t : Th i gian (giây). tàu là m t trong nh ng c trưng cơ b n quan tr ng trong các y u t i u ng. K t Tc chu n xác tính toán t c (t c là vi c ư c qu hoàn thành m t i u ng ph thu c r t nhi u vào lư ng t c ). tàu là hình chi u c a véc-tơ t c chuy n ng c a tàu trên hư ng song song v i Tc m t ph ng tr c d c tàu. Con tàu chuy n ng ư c ph i nh l c y c n thi t c a h ng l c sinh ra và duy trì th ng s c c n và chuy n ng ư c v i v n t c V. Công su t này c a máy g i là công su t hi u d ng (Nhd) và ư c tính b ng bi u th c: Nhd = V Rth , (1.2) Trong ó : V :T c tàu Rth : L c c n chuy n ng t ng h p Do có s t n hao qua các khâu truy n ng t i chân v t nên công su t th c t c a máy ph i l n hơn công su t hi u d ng. T s gi a công su t hi u d ng và công su t th c t (N), g i là h s h u ích η , ta có : 7
N hd V .R η= ⇒N= , η N H s h u ích này ph thu c vào ki u ng cơ và chân v t, tr ng thái k thu t và ch làm vi c c a chúng. Các tàu hi n nay có η = 0,65 ÷ 0,80 (lo i 1 chân v t); η = 0,6 ÷ 0,7 (lo i 2 chân v t). L c c n chuy n ng t ng h p (Rth ) p h thu c kích thư c, hình dáng, m n nư c, di n tích thư ng t ng ki n trúc, t l gi a các kích thư c, v n t c tàu và s c c n c a môi trư ng bên ngoài như sóng, gió, ma sát c a nư c. L c c n chuy n ng toàn ph n khi tàu ã chuy n ng n nh ư c xác nh b ng bi u th c sau: Rth = Rmasat + Rsong + Rhinhdang + Rnhora + R gio , (1.3) ρV 2 Trong ó Rn = Rmasát + Rsóng + Rhình dáng + Rnhôra = ξ Ω. (1.4) 2 Th c t , l c c n t ng h p chính b ng ng l c trên cáp kéo khi lai kéo tàu i v i v n t c V. Trong bi u th c (1.4) thì: ξ - H s thu ng c a l c c n toàn ph n là hàm c a các h s Frut - Fr , Renon - Re. V i ng c a nư c V ×L gL3 V Re = ⇒ Re = Fr . , trong ó γ : H s nh t Fr = ; γ γ gL (m2/giây) ρ - t tr ng c a nư c (t/m3) , v - v n t c tàu (m/s) Ω - Di n tích b m t ngâm nư c c a tàu (m2). L - Chi u d ài tàu (m). Ch s Frut ư c coi như c trưng c a t c tương i xác nh m c cao t c c a tàu. Ch s này ư c xác nh như sau: Fr ≤ 0,25 : Cho các tàu ch y ch m Fr = 0,25 ÷ 0 ,40: Cho các tàu ch y trung bình Fr > 0,40 : Cho các tàu có t c cao Ví d : M t tàu có chi u d ài 200m và t c 20 h i lý/gi thì ch s Frut là: 20 × 1852,25 Fr = = 0 ,23 3600 × 9,81 × 200 Như v y con tàu này ư c coi là tàu ch y ch m (Fr
Stop n T ih t T ih t Lùi h t Lùi h t T ih t n Stop n Lùi h t n Stop nT ih t Máy tua-bin hơi 20÷30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 30 ÷ 60 60 ÷ 100 ≥3 ≥2 ≥2 10 ÷ 15 10 ÷ 15 Máy i-ê-zen Nên nh r ng b ng trên ây ch cho ta bi t th i gian lý thuy t chuy n i t c máy, ví “T i h t” n “Lùi h t”. Th c t d i v i máy diezen c n t 1 0 n 15 giây chuy n t ch máy ang “T i h t” như v y sang ch “Lùi h t” có th i chi u quay m t cách t ng t t ch máy, chúng ta b t bu c ph i ưa máy v ch “Stop ” r i m i có th chuy n v ch lùi. c b i t lưu ý khi tàu ang ch y v i t c cao, n u lùi t ng t có th gây nên xung l c l n làm gãy tr c chân v t ho c làm h ng máy chính. Kinh nghi m cho th y ch nên chuy n sang ch lùi khi t c t i c a tàu nh hơn m t n a t c t i h t bình thư ng c a tàu ó. Lưu ý: Khi b t u ti n hành i u ng không nên cư ng ép máy t n t c cao ngay, mà c n tăng t c t t , t ng n c m t. Các máy hi n i ngày nay u có ch b o v , do v y ngư i i u khi n dù mu n t ngay ư c t c cao cũng không ư c (tr tàu quân s ). c bi t khi i u ng các tàu l n và các tàu ang ch y hàng. Kinh nghi m th c t sau ây cho th y i v i vi c tăng t c c a m t tàu c Panamax (kho ng 80.000 t n): “T i th t ch m” sang ch “T i ch m” c n ít nh t là 5 phút -T ch “T i ch m” sang ch “T i n a máy” c n ít nh t là 10 phút -T ch “T i n a máy” sang ch “T i h t máy” c n ít nh t là 10 phút ho c p h i ch cho -T ch tàu ã t ư c hơn m t n a t c t i h t b ình thư ng, ví d trư ng h p này là n khi t c kho ng 8 nơ. “T i h t máy” sang ch “Run up” hay còn g i là ch ch y bi n “Navigation -T ch full” c n ít nh t là 30 phút, và thư ng ph i sau 1 gi vòng tua chân v t m i n nh ch ch y bi n. Hi u su t lùi và t i khác nhau, khi lùi thư ng kém t i m t n c máy. xu t xư ng là t c ch y t i trên trư ng th nh m bàn giao tàu sau khi ó ng. Tc c a tàu ư c xác nh vào t ng chu k ỳ khai thác tàu, d a trên tình Tc k thu t là t c tr ng v tàu và k thu t c a máy chính. khai thác bình thư ng c a m t con tàu theo yêu c u Khái ni m v t c khai thác: t c ư c ghi rõ trong các h p ng thuê tàu (charter party), theo ó ch tàu tho thu n v i ngư i thuê t ơc. T c tàu s cho phép h khai thác con tàu v i t c cao nh t mà con tàu có th này ư c phân ra hai trư ng h p : khi không hàng (ballast) và khi y hàng (laden), áp d ng khi gió không quá c p 4, hay còn g i là i u ki n “Calm sea speed”. mà lư ng tiêu hao nhiên li u ch y trên m t hư ng nào ó là nh Tc kinh t là t c nh t, d a trên tác ng thu n l i c a các i u ki n ngo i c nh như các dòng h i lưu, sóng, gió... Tc nh nh t là t c khi vòng quay chân v t m c th p nh t có th mà t i ó tàu không m t kh năng i u khi n b ng bánh lái ư c g i là t c c c ti u cho phép. Vmin = (0,10 ÷ 0,20) c c ti u này còn ph thu c vào i u ki n ngo i c nh tác ng như sóng, gió, Vdm , c n chú ý t c dòng ch y và tình tr ng k thu t c a máy. Khi tăng t c bên ngoài thân v tàu s xu t hi n các sóng ngang và d c lan truy n ph c t p, mũi s xu t hi n sóng ngang, lái h sóng s xu t hi n p hân tán. Nh m gi m s c c n c a sóng, các tàu ngày nay thư ng có c u trúc mũi qu lê cho phép tăng t c kho ng 3 ÷ 5 % . 1.2.3. Các phương pháp xác nh t c tàu tàu, ngư i ta thư ng s d ng trư ng th . Nh m lo i tr sai s , xác nh chính xác t c trư ng th c n tuân theo m t s yêu c u sau ây: Gió không quá c p 3 (Beufort) (kho ng 5,2 m/giây). Sóng không quá c p 2 (kho ng 0,75m). Không nh hư ng c a nông c n, nghĩa là sâu nơi th p h i tho mãn: H 〉 4 B × d (áp d ng cho các tàu c l n) ho c H > 0,35V 2 (áp d ng cho các tàu c v a và nh ). ây: 9
H: sâu khu v c th (m). B : Chi u r ng c a tàu (m). d : M n nư c c a tàu (m). V: T c tàu (h i lý/gi - knot). tàu ư c xác nh theo các m c công su t c a ng cơ máy chính như sau: Tc 50% công su t máy chính 74% công su t máy chính 85% công su t máy chính 100% công su t máy chính tàu có th xác nh b ng nhi u p hương pháp khác nhau như: Tc S d ng chi u d ài thân tàu (ném phao xu ng bi n o). Các m c tiêu nhìn th y theo phương pháp ng m (ng m theo ch p t nhiên ho c thiên nhiên). B ng Radar. B ng các h th ng nh v vô tuy n như : GPS; LORAN – C; ... u ư c xác nh ít nh t là 2 l n (ch y trên 1 hư ng thu n ti n nào Các l n th xác nh t c ó, sau ó l i ch y theo hư ng ngư c l i). Ngoài ra còn ph i xác nh t c tàu t i các i u ki n tàu y hàng và khi tàu không hàng (laden or ballast). Khi th tàu ó ng m i, ngư i ta còn xác nh t c t i m t s n c công su t máy (ví d t c t i 40%, 50%, 70%, 85% công su t c a máy chính). 1.2.4. Chuy n ng c a tàu trên m t nư c 1. 2.4.1.Tính chuy n ng: Kh năng con tàu th ng ư c s c c n c a nư c, gió và chuy n ng ư c trên m t nư c v i ã nh do h th ng ng l c t o ra ư c g i là tính chuy n ng c a tàu. m tt c ơn gi n, xét con tàu chuy n ng t nh ti n trên m t nư c dư i tác d ng c a l c phát ng do máy – chân v t t o ra , ư c th hi n qua bi u th c: dv Pe = M ⋅ + R th . (1.5) dt Trong ó M là kh i lư ng c a tàu và ư c tính theo công th c: M = (1 + K ) ⋅ D Trong ó: Pe - L c phát ng c a máy (N); M - Kh i lư ng c a tàu (Kg); Rth - L c c n chuy n ng t ng h p lên con tàu (N); D - Lư ng r nư c c a tàu (Kg); K - H s lư ng dãn nư c c a tàu, K =0 khi t u ng yên trên m t nư c, K s có giá tr khi tàu chuy n ng giá tr c a nó ư c xác nh bàng th c nghi m. - Gia t c dài theo hư ng tr c c a tàu (m/s2). dv dt Do ó p hương trình chuy n ng c a tàu có th b i u th dư i d ng sau: dv Pd − Rth = M , (1.7) dt Khi tàu ã chuy n ng n nh th ng u thì thành ph n q uán tính c a l c c n b tri t tiêu dv = 0 . Khi ó l c phát ng c a máy (Pe) s cân b ng v i l c c n t ng h p . M dt 1.2.4.2. Tính i u khi n ư c (còn g i là tính nghe lái): Là tính năng hàng h i c a con tàu, cho phép nó chuy n ng v i m t qu oã nh. Nh ng tính năng cơ b n c a tính i u khi n là: Tính n nh trên hư ng i Tính năng quay tr 10
Hai tính năng này có xu hư ng i l p nhau, n u con tàu có tính n nh trên hư ng i t t s khó khăn khi i hư ng ho c quay tr , nghĩa là làm gi m tính quay tr . Ngư c l i, n u con tàu có tính quay tr quá m c s làm khó khăn cho vi c gi tàu n nh trên hư ng c nh, trong trư ng h p này bánh lái ph i ho t ng liên t c m i m b o gi hư ng ư c. Tu ỳ theo yêu c u c a t ng lo i tàu mà nh ng nhà thi t k có th cho ra i các con tàu có tính n nh hư ng i t t (các tàu ch y bi n) ho c tính năng quay tr t t như các tàu ch y trong sông, các tàu lai... 1.2.4.3.Tính n nh trên hư ng i: Tính n nh trên hư ng i là kh năng con tàu gi nguyên hư ng chuy n ng th ng ã cho khi không có s tham gia c a ngư i lái ho c khi ch thông qua m t góc lái r t nh . Nguyên lý này là b t bu c i v i con tàu khi chuy n ng trong m i i u ki n th i ti t như khi bi n ng ho c bi n êm, cũng như trong m i vùng nư c nông ho c sâu. Tính n nh hư ng nh hư ng n các c tính lái tàu, tùy theo m c mà con tàu có th ư c ch n mũi l i khi ang quay và s thay i t c quay c a nó khi ang ch y t i n u b ánh lái s không. Quan sát th y ng h c v tính n nh hư ng c a tàu theo các cách khác, th m c tính n nh hư ng mà con tàu t ư c b ng cách cho tàu tr i qua m t lo t i u ng dích d c (ki u ch Z). M t con tàu có th có tính n nh hư ng dương ho c âm ho c trung tính. Khi bánh lái s không mà tàu v n d uy trì th ng th t hì con tàu ó có tính n nh hư ng dương. N u bánh lái s quay tr tăng lên thì nó có tính n nh hư ng âm. M t con tàu có không mà con tàu quay v i t c tính n nh hư ng trung tính khi nó ti p t c quay v i t c quay hi n t i ho c ti p t c n m trên hư ng hi n th i cho n khi có các ngo i l c tác ng vào. Nó không có khuynh hư ng ho c là tăng ho c là gi m t c quay khi bánh lái v trí s không. Tính n nh hư ng c a tàu r t quan tr ng khi ta hành trình trong lu ng ho c khi ta c g ng lái tàu v i m c thay i nh nh t c a bánh lái trên bi n. bánh lái góc l n trong m t th i gian dài hơn Ph i ch n vi c quay c a tàu không n nh trên hư ng i, còn hơn là nó quay r i m i è lái. Có th không th ch n vi c q uay c a tàu khi nó không n nh hư ng trư c khi nó r i kh i tr c lu ng, cho dù t c quay là hoàn toàn bình thư ng i v i m t tàu trung bình. các góc lái l n hơn và thư ng xuyên chú ý là yêu c u lái nh ng lo i tàu này, c bi t là trong các vùng nư c b h n ch và khi có s thay i hư ng. M t s tàu ư c thi t k có hình dáng béo hơn, c bi t là các tàu m r ng p h n sau lái còn các m t c t ngang phía trư c y n thì tính nh hư ng âm tr nên ph bi n hơn. Khi tàu b chúi s làm thay i toàn b c tính riêng c a con tàu và t o cho nó tính n nh hư ng d ương. chúi thay i làm thay i hình dáng ư ng nư c c a v tàu, thay i các di n tích m t c t ngang l n nh t chìm d ư i nư c. Vì lý do này, b t k ỳ con tàu nào mà chúi mũi u có tính n nh hư ng âm và ngư i i b i n nh n th y r ng c i m c a m t con tàu có tính n nh âm s gi ng như nh ng tàu chúi mũi. b t u quay m t con tàu như v y c n nhi u th i gian hơn thư ng l , c n ph i góc lái r t l n và lâu hơn ch n l i vi c q uay ó. Khi con tàu không tuân theo ngư i lái, hãy chú ý! Tính n nh hư ng dương rõ ràng là m t tình tr ng mà ngư i i bi n ã quen thu c t lâu. Nhi u tàu có k t c u v v n không có tính n nh hư ng, do ó chúng ta ph i h t s c t nh táo v i tình tr ng này. T t hơn là nên d oán c tính c a tàu mình c khi t mình i u ng và khi có hoa tiêu, khi mà tính ăn lái ư c xem như là m t ch c năng c a tính n nh hư ng. S thay i tính n nh hư ng áng chú ý khi m n nư c và chúi thay i, do các tàu béo, có h s b éo th tích thư ng b d ìm mũi nên nó có s thay i l n, i u này c bi t quan tr ng vì nh ng kh năng này thay i nên ph i xem xét c n th n khi thay i chúi cho tàu lúc n c ng. Tính n nh hư ng th hi n: 1. Tăng lên khi m n nư c dư i ki tàu tăng. 2. Tr nên dương nhi u hơn khi chi u dài tàu tăng. 3. Tr nên dương nhi u hơn khi l c c n tăng. 4. Gi m xu ng khi h s béo th tích tăng. 5. Gi m xu ng khi chi u r ng c a tàu tăng lên so v i chi u d ài (t s L/B dài/r ng gi m). 6. Gi m xu ng khi di n tích các m t c t p hía trư c tăng lên tươ ng i so v i d i n tích các 11
m t c t p hía sau (khi tâm quay c a tàu chuy n v phía trư c). Tính n nh trên hư ng i ư c th hi n qua tính ch t cơ b n c a nó là tính n nh phương hư ng và ư c ánh giá qua ch s n nh phươ ng hư ng c a tàu. ây là m i quan h gi a dài c a ư ng i hình sin và chi u dài tàu. S E= m (1.8) L Trong ó: E: Ch s n nh trên hư ng i. d ài ư ng i hình sin (m). Sm: L: Chi u dài tàu (m). xác nh ch s n nh trên hư ng i ngư i ta ch n m t trư ng th , n u không có trư ng th thì nơi th nghi m ư c ch n như nơi xác nh t c ho c quán tính tàu. Cho tàu ch y theo ư ng hình sin, trong khi ch y ng th i b lái v hai bên v i m t góc tu ỳ ý ta s thu ư c dài Sm c a ư ng hình sin tương ng. Khi xác nh c n chu n b trư c ng h b m giây và t c tàu ã ư c xác nh chính xác trư c ó . Cách ti n hành xác nh ư c th c hi n như sau: Cho tàu ch y theo m t hư ng nào ó, t t nh t là ch y theo m t ch p tiêu. T i th i i m xác nh, b lái sang m t bên v i góc lái o tu ỳ ý (thư ng 0≥ 100). Sau khi b lái, mũi tàu s t t q uay theo hư ng b lái, t i th i i m mũi tàu ã quay ư c m t góc 0= o ( giá tr góc o có th l y b ng 100, 20 0 ho c 300) thì ta chuy n bánh lái v phía ngư c l i m t góc - o. Sau m t th i gian, mũi tàu s nghe lái và ng mũi v p hía b lái, khi tàu v a quay v a ti n c t ư ng ch p tiêu l n th nh t - 0= - o ta l i b lái theo hư ng ngư c l i. ta b m ng h cho ch y, khi tàu quay sang m t góc C làm như v y cho t i th i i m th b a khi tàu c t ư ng ch p tiêu ta STOP ng h b m giây. Giá tr th i gian c trên ng h b m giây cho ta th i gian m t chu kỳ tàu ch y t heo ư ng hình sin, ư ng này ư c g i là ư ng zích z c. ng tác này ư c l p i l p l i t 5 n 6 l n lo i tr sai s ng u nhiên và tìm th i gian c a m t dao ng hình sin hoàn ch nh trung bình, sau ó dài c a m t ư ng hình sin hoàn ch nh. G i S m là nhân v i t c c a tàu s cho ta d ài c a ư ng hình sin hoàn ch nh, ta có: Sm = Tm. Vt , (1.9) Qua các l n th nghi m chúng ta thu ư c sư ph thu c hư ng di chuy n c a t u vào góc b lái và th i gian như hình 1.1. ( ) () 15 0 -15 10 -100 5 -50 t (giây) 0 Ä... Ä 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 -5 50 -10 100 Chu kỳ dao 115 -5 ng (giây) 0 Hình 1.1. ánh giá tính n nh hư ng qua ư ng cong hình sin Qua th nghi m th y r ng, n u t bánh lái m n này và m n kia m t góc như nhau thì ư ng zích z c ch y tàu s i x ng nhau qua tr c trung gian, ư c g i là zích z c i x ng. Ngoài ra, n u giá tr góc b lái m n này và m n kia không b ng nhau ta s thu ư c m t ư ng zích z c không i x ng, trư ng h p này ch s d ng cho các tàu có tính năng i u ng cao. T th c 12
nghi m ta rút ra ch s n nh hư ng, n u ch s n nh hư ng E = 8 thì con tàu ó có tính n nh hư ng t t. N u E < 7 thì n nh hư ng kém nhưng tính quay tr t t. Trong th c t , có th coi tàu có tính n nh hư ng t t n u trong i u ki n gió tác ng không quá c p 3(B) và s l n b lái là không l n hơn 4 l n trong 1 phút, cùng v i góc b lái kh i m t ph ng tr c d c không quá 2 n3 m i m n. Ví d : T àu X có chi u dài 136,4m, khi th nghi m t giá tr góc lái α = ± 200 t c tàu Vt = 14 h i lý/gi = 7,2 m/giây, xác nh ư c Tm = 149,7 giây. V y: d ài c a m t dao ng hoàn ch nh Sm = 149,7 x 7,2 = 1.077,8m Ch s n nh hư ng E = m = S 1077,8 =7,9 ≈ 8 . T c là con tàu này có tính n nh trên L 136,4 hư ng i t t. 1.2.4.4. Tính năng quay tr : Tính năng quay tr là s ph n ng nhanh chóng c a tàu v i góc b lái hay kh năng thay i hư ng chuy n ng và di chuy n c a nó theo qu o cong khi bánh lái l ch kh i v trí s không. o này ph thu c vào nh ng i u ki n ngo i c nh ban u như Các thông s chuy n ng trên qu gió, nư c, t c và tr ng thái c a tàu... Các tàu ngày nay có thi t b i u khi n chính là bánh lái, ngoài ra các tàu hi n i còn trang b thêm các chân v t m n (Thrusters). M t s tàu chuyên d ng không nh ng l y b ánh lái làm cơ quan i u khi n mà nó còn có kh năng thay i hư ng c a l c y theo yêu c u. Khi ch y trên hư ng i ã nh, thư ng con tàu không th t ng gi hư ng mà mũi luôn b o quanh hư ng i, ây chính là hi n tư ng o lái (theo m t chu k ỳ nào ó). Cư ng o lái ph thu c vào tác ng c a các ngo i l c như sóng, gió ... HL Do ng u l c Py, Ry α HL (a) (b) α P O Rx Ry P Py Py Px R Px G G βa O RPx Rx 8 βb Ry Do ng u l c Py, Ry RP βa > βb R RPy 8 RPx RPy t G trư c R RP im t G sau R im Hình 1.2. Hi n tư ng o lái (a): i m t tr ng tâm sau l c c n (b) : i m t tr ng tâm trư c l c c n Trên hình 1.2 gi thi t r ng dư i tác d ng c a l c này làm tàu l ch kh i hư ng i ã nh m t góc (α). G i t ng l c c n tác d ng lên chuy n ng c a tàu là R ( ư c t vào i m O) và t ng các ngo i l c tác d ng lên con tàu là P ư c t vào tâm tr ng l c G. C hai trư ng h p R và P u ư c phân tích ra hai thành ph n theo tr c d c (x) và tr c ngang (y) c a tàu, ư c kí hi u là Px, Py và Rx, Ry. Rõ ràng, trong c 2 trư ng h p , các thành ph n Rx và Px không nh hư ng n tính quay tr c a tàu. Còn các thành ph n R y và Py t o thành m t mô men l c có cánh tay òn OG. Tu ỳ t hu c 13
t c a O và G mà mô men này có th làm tăng o lái (a) và gi m o lái (b). im Trư ng h p 1.2a, mô men do c p ng u l c (Py, Ry) gây ra cùng chi u v i chi u l ch hư ng c a tàu. Như v y nó s tăng thêm hi n tư ng o lái. Trư ng h p 1.2b, mô men do c p ng u l c (Py, Ry) gây ra ngư c chi u v i chi u l ch hư ng c a tàu. Như v y nó s làm gi m hi n tư ng o lái, tàu n nh trên hư ng i hơn như ng tính năng quay tr kém. B ng th c nghi m ngư i ta th y r ng con tàu t tính năng i u ng t t nh t khi tâm i m c a l c c n và tâm i m c a ngo i l c trùng ho c g n trùng nhau (O ≡ G ho c O n m sau G m t chút). Do v y khi tính toán x p hàng, không nên tàu chúi mũi (làm cho i m O n m v phía trư c so v i i m G) mà nên chúi lái m t ít. ưa tàu v hư ng i b an u ph i b lái m t góc lái β , rõ ràng ta ph i b lái trư ng h p a l n hơn trư ng h p b (hình 1.2 β a > β b ). ng v i hai ch c năng cơ b n là gi Ngày nay h u h t các tàu u trang b h th ng lái t tàu n nh trên hư ng i hay thay i hư ng i chuy n ng theo m t quy lu t do yêu c u c a ngư i i u khi n. 1.3. Tính năng c a b ánh lái 1.3.1. L c c a bánh lái Bánh lái là m t thi t b không th thi u ư c trong i u ng tàu. Bánh lái gi cho tàu chuy n ng trên hư ng i ã nh ho c thay i hư ng c a tàu theo ý mu n c a ngư i i u khi n. Bánh lái ư c t phía sau chân v t và n m trong m t ph ng tr c d c c a tàu. Bánh lái có th q uay i m t góc nh t nh sang ph i ho c sang trái (kho ng t -45o n +45o) . Bánh lái có th ư c ch t o b ng các nguyên li u khác nhau, như ng m i b ánh lái u có hai b ph n cơ b n là tr c lái và m t bánh lái. Khi tàu ch y t i ho c khi ch y lùi thì dòng nư c ch y t mũi v lái ho c d òng nư c ch y t lái v mũi s tác d ng vào m t trư c ho c m t sau c a b ánh lái m t áp l c P. B ng th c nghi m, ngư i ta xây d ng công th c tính áp l c ó như sau: K1 × sin α P= × S ×V 2 (1.10) 0,195 + 0,305 sin α Trong ó: α : Góc b lái ( ). V: V n t c tàu (m/s). S : Di n tích m t bánh lái (m2). K1 : H s c a bánh lái ph thu c vào s chân v t và ư c l y như sau: K1 = 38 ÷ 42 (Kg/m2) v i tàu 1 chân v t. K1 = 20 ÷ 22,5 (Kg/m2) v i tàu 2 chân v t. L c c n p h thu c vào ph n chìm c a tàu, mu n có tác d ng t t thì bánh lái ph i có di n tích t l thích áng v i p h n chìm c a tàu, do ó di n tích m t bánh lái ph i ư c ch n theo t l phù h p v i con tàu. Ngư i ta có th tính di n tích m t b ánh lái d a trên công th c: L ×T S= (1.11) K2 Trong ó : L: Chi u d ài c a tàu (m). T : m n nư c c a tàu (m) K2: Ph thu c lo i tàu, thư ng K2 = 50 ÷ 70. 1.3.2. Tác d ng c a bánh lái khi tàu ch y t i Khi tàu chuy n ng th ng u thì nó ch ch u tác d ng c a l c y và l c c n. Khi b b ánh lái 1 góc nào ó, gi s như hình 1.3 (b lái sang ph i). Lúc này do tác d ng c a dòng ch y b ao và dòng do chân v t t o ra trên m t c a bánh lái n y sinh s phân b l i áp l c, m t bánh lái hư ng t i 14
dòng ch y b ao thì áp l c tăng, m t kia gi m. im t c a t ng các l c P này g n v p hía s ng lái và vuông góc v i m t b ánh lái: P = Px + Py (1.12) hi u rõ nh hư ng c a l c sinh ra khi b lái i m t góc, gi s t i tr ng tâm tàu G ư c l n thì P1 ' = P2 ' = Py . ; còn v chi u tác d ng thì P1 ' ↑↓ P2 ' . Rõ ràng, t m t c p l c P1 ' & P2 ' , v c p ng u l c Py , P2' làm cho mũi tàu quay v phía b lái, l c P1’ làm tàu d t ra ngoài vòng quay tr còn Px làm gi m chuy n ng t i c a tàu. Thư ng thì i m t c a áp l c P và các l c thu ng không cùng n m trên m t m t p h ng n m ngang, nên khi quay tr , con tàu ngoài vi c chuy n d ch ngang còn b nghiêng và chúi. o chuy n ng c a tàu do b lái là 1 ư ng cong do tr ng tâm tàu v ch ra. Tóm l i, qu Dòng nư c ch y t mũi v lái P'1 v P Py α Px P'2 Dòng nư c ch y t mũi v lái ωqt O1 1.3.3. Tác d ng ình 1.3. L láixkhi hi nydlo b lái và tác d ng c a nó khi tàu ch y t i Hc a bánh c u t ch ùi Gi s cho tàu ch y lùi, khi tàu ã có tr n lùi, ta b lái 1 góc nào ó (hình 1.4 b lái sang ph i). Lúc này do tác d ng c a dòng ch y bao và dòng do chân v t t o ra trên m t c a bánh lái n y sinh s phân b l i áp l c, m t b ánh lái hư ng t i dòng ch y b ao thì áp l c tăng, m t kia gi m. i m t c a t ng các l c P này g n v p hía s ng lái và vuông góc v i m t b ánh lái: P = Px + Py (1.13) hi u rõ nh hư ng c a l c sinh ra khi b lái i m t góc, tương t như khi ch y t i, t i l n thì P1 ' = P2 ' = Py . Còn v chi u tác d ng thì tr ng tâm tàu G t m t c p l c P1 ' & P2 ' . V P1 ' ↑↓ P2 ' . Rõ ràng, c p ng u l c Py , P ' làm cho mũi tàu quay ngư c v phía b lái, l c P2’ làm tàu 1 d t ra ngoài vòng quay tr còn Px làm gi m chuy n ng lùi c a tàu. Do i m t c a áp l c P và các l c thu ng không cùng n m trên m t m t p h ng n m ngang, nên khi quay tr , con tàu ngoài vi c chuy n d ch ngang còn b nghiêng và chúi. Qu o chuy n ng c a tàu khi ch y lùi và b lái là m t ư ng cong do tr ng tâm tàu v ch ra. Dòng nư c ch y t lái v mũi v P' 1 15 Px α
1.3.4. nh hư ng hình d ng bánh lái n l c bánh lái 1.3.4.1. Bánh lái thư ng: Là lo i b ánh lái mà toàn b di n tích c a m t bánh lái ư c t sau tr c cu ng lái (hình 1.5). Khi cho m t bánh lái l ch kh i m t p h ng tr c d c tàu 1 góc , p hát sinh ra m t mô-men quay tác d ng lên tr c b ánh lái là: Mq = Pxb (1.14) Trong ó: P : L c tác d ng lên m t b ánh lái . b : Kho ng cách t i m t l c tác d ng P t i tr c cu ng lái (m). Giá tr b ư c tính như sau: b = (0,2 + 0,3sinα)x l (1.15) l : Chi u r ng c a b ánh lái (m) : Góc b lái ( ). Bánh lái thư ng ph i ch u m t mô men xo n r t l n khi làm vi c. Trên các tàu l n hi n nay, bánh lái n ng hàng ch c t n, t c tàu l i l n, do ó p h i t o ra m t l c b lái r t l n. b lái ph i thông qua h th ng i n ho c i n thu l c. P b Bánh lái lo i này có tính ăn Bánh tlái thư ng ng k nh, do tr c lái ch u mô men xo n l n nên ít Hình 1.5. lái t , như ng c trang b trên các tàu bi n có t c cao mà ch y u trang b trên các lo i tàu bi n nh , t c ch m và các xà lan, các xu ng. 1.3.4.2. Bánh lái bù tr : Bánh lái bù tr là lo i b ánh lái mà m t c a t m lái n m c v hai phía tr c bánh lái. Di n tích phía trư c tr c lái kho ng 15 ÷ 30% di n tích toàn b m t lái (hình 16). Mô men quay (Mq) sinh ra ư c tính theo công th c: khi bánh lái l ch kh i m t ph ng tr c d c m t góc Mq = P1b1 - P2b2 (1.16) Trong ó: P1 và P2 : L c tác d ng lên m t phía trư c và m t p hía sau c a bánh lái (Kg) b1 và b2 : Kho ng cách tương ng t i m t các l c P1 và P2 (m) n tr lái. b1 b2 P2 P1 16