Giáo trình Điều động tàu

Nội dung text: Giáo trình Điều động tàu

1. Ti ến s ĩ, T.Tr 1. Nguy ễn Vi ết Thành Hi ệu đính: Th ạc s ĩ, T.tr1. Đinh Xuân M ạnh T.tr1. Lê Thanh S ơn Ti ến s ĩ. Mai Bá L ĩnh Điều độ ng tàu Vertex A Trough Dangerous quadrant Path C Right hand semicircle E VORTEX D B Left hand or “navigable” semicircle Track Trough Hải Phòng 8-2005
2. Lời gi ới thi ệu An toàn cho con ng ười, con tàu, hàng hoá và môi tr ường bi ển là m ột trong nh ững mục đích cao nh ất c ủa ng ười s ĩ quan Hàng h ải. L ịch s ử ngành Hàng h ải th ế gi ới đã cho th ấy r ất nhi ều v ụ tai n ạn th ảm kh ốc x ảy ra trên bi ển mà nguyên nhân ch ủ y ếu là do thi ếu sót c ủa ng ười điều khi ển tàu. Trong nh ững thi ếu sót đó thì sai l ầm do điều động t ầu chi ếm m ột ph ần l ớn. Để nâng cao kh ả n ăng điều khi ển tàu cho ng ười s ĩ quan Hàng h ải, thì tr ước h ết ph ải trang b ị đầ y đủ các ki ến th ức v ề điều độ ng tàu cho sinh viên ngành điều khi ển tàu khi đang h ọc trong tr ường. B ằng nh ững kinh nghi ệm th ực t ế và quá trình gi ảng dạy lý thuy ết điều độ ng, Ti ến s ĩ, thuy ền tr ưởng Nguy ễn Vi ết Thành cùng các gi ảng viên b ộ môn điều độ ng tàu, khoa điều khi ển tàu bi ển, tr ường Đạ i h ọc Hàng h ải Vi ệt Nam đã r ất c ố g ắng hoàn thành cu ốn sách này làm tài li ệu gi ảng d ạy ch ủ y ếu môn h ọc điều độ ng tàu cho sinh viên khoa điều khi ển tàu bi ển c ủa tr ường. Cu ốn sách đã được s ự góp ý c ủa nhi ều thuy ền tr ưởng lâu n ăm trong ngh ề và có sự tham kh ảo các tài li ệu trong và ngoài n ước. Cu ốn sách đã được c ập nh ập các ki ến th ức m ới và s ẽ được b ổ sung hàng n ăm nh ững ti ến b ộ c ủa khoa h ọc k ỹ thu ật trong ngành Hàng h ải. M ặc dù h ết s ức c ố g ắng trong quá trình biên so ạn nh ưng cu ốn sách ch ắc ch ắn s ẽ còn nhi ều thi ếu sót. Chúng tôi r ất mong có s ự đóng góp ý ki ến c ủa các bạn đồ ng nghi ệp để cu ốn sách ngày càng hoàn thi ện h ơn. Mọi ý ki ến xin g ửi v ề đị a ch ỉ: Bộ môn Điều độ ng tàu, khoa Điều khi ển tàu bi ển, tr ường Đạ i h ọc Hàng h ải Vi ệt Nam. E-mail: [email protected]. Xin chân thành c ảm ơn. Bộ môn Điều động tàu
3. MỤC L ỤC Trang Ch ươ ng 1 Tính n ăng điều độ ng tàu 7 1.1 Khái ni ệm V ề điều độ ng tàu 7 1.2 Các Y ếU T ố TRONG điều độ ng tàu 7 T c tàu 1.2.1 ố độ 7 Các khái ni m v t c 1.2.2 ệ ề ố độ 9 Các ph ng pháp xác nh t c tàu 1.2.3 ươ đị ố độ 10 1.2.4 Chuy ển độ ng c ủa tàu trên m ặt n ước 11 1.3 Tính n ăng c ủa bánh lái 15 1.3.1 Lực c ủa bánh lái 15 1.3.2 Tác d ụng c ủa bánh lái khi tàu ch ạy t ới 16 1.3.3 Tác d ụng c ủa bánh lái khi ch ạy lùi 17 1.3.4 ảnh h ưởng hình d ạng bánh lái đế n l ực bánh lái 17 1.3.5 Xác định góc b ẻ lái 18 1.4 chuy ển độ ng quay tr ở c ủa tàu 19 1.4.1 Định ngh ĩa và quá trình quay tr ở c ủa tàu 19 1.4.2 Các y ếu t ố c ủa vòng quay tr ở 21 1.4.3 Tâm quay và v ị trí c ủa nó 25 1.4.4 Các y ếu t ố ảnh h ưởng đế n quay tr ở và đánh giá tính n ăng 25 điều độ ng t ừ độ l ớn vòng quay tr ở. 1.4.5 Xác định vòng quay tr ở c ủa tàu 26 1.5 Chân v ịt và tác d ụng c ủa nó trong điều độ ng tàu 28 1.5.1 Lực đẩ y phát sinh khi chân v ịt quay 28 1.5.2 Các dòng n ước sinh ra khi chân v ịt qua 30 1.5.3 Hi ệu ứng chân v ịt t ới đặ c tính điều độ ng tàu 31 1.5.4 Mối t ươ ng quan c ủa chân v ịt đố i v ới s ự thay đổ i ch ế độ 33 ho ạt độ ng c ủa máy tàu 1.5.5 ảnh h ưởng ph ối h ợp gi ữa bánh lái và chân v ịt t ới s ự điều 36 khi ển tàu 1.6 Tính n ăng d ừng tàu Quán tính c ủa tàu 36 1.6.1 Các đặc tính d ừng tàu 36 1.6.2 Quán tính c ủa tàu 37 1.6.3 Nh ững bi ện pháp nâng cao hi ệu qu ả hãm tàu 39 1
4. 1.7 Điều độ ng tàu nhi ều chân v ịt 40 1.7.1 Điều độ ng tàu nhi ều chân v ịt 40 1.7.2 Điều độ ng tàu có chân v ịt m ạn 42 Chân v t bi n b c 1.8 ị ế ướ 43 1.8.1 Điều độ ng tàu có chân v ịt bi ến b ước 43 1.8.2 Nh ững chú ý khi s ử d ụng chân v ịt bi ến b ước, phân lo ại 45 chân v t bi n b c ị ế ướ 1.8.3 u nh c i m c a chân v t bi n b c 45 Ư ượ đ ể ủ ị ế ướ T ng hóa quá trình i u ng tàu 1.9 ự độ đ ề độ 46 1.9.1 Xu th ế phát tri ển và m ục đích t ự độ ng hóa 46 1.9.2 Tự độ ng hóa quá trình điều khi ển máy chính và chân v ịt 46 1.9.3 Một s ố h ệ th ống t ự độ ng hóa quá trình lái tàu 47 Ch ươ ng 2 các y ếu t ố ảnh h ưởng t ới đặ c tính điều độ ng tàu 48 2.1 ảnh h ưởng c ủa ngo ại l ực 48 2.1.1 ảnh h ưởng c ủa các điều ki ện khí tượng thu ỷ v ăn 48 2.1.2 ảnh h ưởng c ủa khu v ực n ước h ạn ch ế và lu ồng l ạch 51 2.1.3 ảnh h ưởng do nông c ạn và bi ện pháp phòng tránh 52 2.1.4 Tính n ăng quay tr ở trong vùng n ước nông 55 2.1.5 Hi ện t ượng hút nhau gi ữa hai tàu 55 2.2 ảnh h ưởng do hình dáng thi ết k ế và t ư th ế c ủa tàu 59 2.2.1 Cấu trúc hình dáng 59 2.2.2 Thi ết k ế 60 2.2.3 ảnh h ưởng do nghiêng, chúi 61 Ch ươ ng 3 Sử d ụng neo trong điều độ ng 62 3.1 Lựa ch ọn khu v ực neo đậ u 62 3.1.1 Nh ững điều ki ện t ổng quát khi l ựa ch ọn điểm neo 62 3.1.2 Ch ọn ph ươ ng pháp neo tàu 63 3.2 lực gi ữ c ủa neo 64 3.2.1 Tính n ăng gi ữ c ủa neo 64 3.2.2 Lực gi ữ c ủa neo và ch ất đáy 64 3.2.2 Gi ới h ạn gi ữ tàu theo l ỉn neo và các chú ý khi s ử d ụng neo 65 3.3 Điều độ ng neo tàu b ằng m ột neo 66 3.3.1 Điều độ ng neo tàu b ằng m ột neo 66 2
5. 3.4 điều độ ng neo tàu hai neo 66 3.4.1 Tư th ế con tàu khi neo hai neo 66 3.4.2 Các ph ươ ng pháp điều độ ng neo tàu b ằng hai ne o 67 3.5 Sử d ụng neo trong điều độ ng 70 3.5.1 Sử d ụng neo khi vào ho ặc ra c ầu, phao 70 3.5.2 Sử d ụng neo trong các tr ường h ợp khác 72 Ch ươ ng 4 Điều độ ng tàu ra vào c ầu, phao 77 4.1 Điều độ ng tàu ti ếp c ận điểm bu ộc và hành trình trong c ảng 77 4.1.1 Các yêu c ầu chung và nguyên t ắc c ơ b ản khi c ặp c ầu 77 4.1.2 Cặp c ầu b ằng m ũi vào tr ước 82 4.1.3 Cặp c ầu b ằng đuôi vào c ầu tr ước 83 4.1.4 Cặp c ầu ng ược dòng 83 4.1.5 Cập c ầu xuôi dòng 84 4.2 Minh h ọa các tr ường h ợp c ặp c ầu 85 4.2.1 Vào c ầu n ước ng ược 85 4.2.2 Vào c ầu m ạn trái th ời ti ết êm 85 4.2.3 Vào c ầu m ạn ph ải th ời ti ết êm 85 4.2.4 Cặp c ầu m ạn trái th ời ti ết t ốt có th ả neo ngoài 85 4.2.5 Cặp c ầu m ạn ph ải th ời ti ết t ốt neo ngoài 86 4.2.6 Cặp c ầu gió th ổi t ừ b ờ ra 86 4.2.7 Cặp c ầu gió th ổi t ừ ngoài vào 87 4.2.8 Cặp c ầu ng ược gió 87 4.2.9 Cặp c ầu gió th ổi t ừ ngoài vào (ch ếch m ũi) ngoài vào 87 4.2.10 Cặp c ầu gió th ổi t ừ ngoài vào (ch ếch m ũi) ngoài th ả neo 87 mạn ngoài 4.2.11 Cặp c ầu có k ết h ợp th ả neo 88 4.2.12 Cặp c ầu m ạn trái gió xuôi 88 4.2.13 Cặp c ầu m ạn ph ải gió xuôi 89 4.2.14 Cặp c ầu m ạn trái gió th ổi ch ếch lái t ừ trong c ầu ra 89 4.2.15 Cặp c ầu m ạn ph ải gió ch ếch ph ải trong c ầu ra 89 4.3 Cặp c ầu s ử d ụng tàu lai 89 4.3.1 Cập c ầu nh ờ s ự h ỗ tr ợ c ủa tàu lai 89 4.3.2 Liên l ạc v ới tàu lai 90 4.3.3 Sử d ụng tàu lai 91 4.3.4 Tàu lai làm vi ệc b ằng cách đưa dây lai qua l ỗ xô ma chính 94 gi ữa m ũi / lái 4.3.5 Cách bu ộc dây tàu lai 95 Ch ươ ng 5 Điều độ ng tàu trên bi ển 97 5.1 Điều độ ng tàu trong ĐIềU KI ệN th ời ti ết x ấu 97 3
6. 5.1.1 Khái ni ệm 97 5.1.2 Quan h ệ gi ữa h ướng đi v ới h ướng sóng gió và s ự ảnh 97 hưởng c ủa chúng 5.1.3 Điều độ ng 99 5.1.4 Các bi ện pháp làm gi ảm ảnh h ưởng c ủa sóng gió 100 5.2 Điều độ ng tàu trong bão 101 5.2.1 Nguyên nhân phát sinh bão 101 5.2.2 Nh ững tri ệu ch ứng c ủa bão 102 5.2.3 Ph ươ ng pháp xác định tâm bão và đườmg di chuy ển c ủa 103 bão 5.2.4 Công tác chu ẩn b ị cho tàu ch ống bão 106 5.2.5 Điều độ ng tàu tránh g ặp bão nhi ệt đớ i 107 5.2.6 Điều khi ển tàu ra kh ỏi khu v ực bão 109 5.2.7 Điều độ ng tàu trong b ăng 110 5.3 điều độ ng tàu trong t ầm nhìn xa b ị h ạn ch ế 112 5.3.1 Khái ni ệm và định ngh ĩa 112 5.3.2 Bi ện pháp điều độ ng 112 5.3.3 Các l ưu ý 113 5.3.4 Đồ gi ải tránh va b ằng Radar 113 Ch ươ ng 6 Điều độ ng tàu trong các tình hu ống đặ c bi ệt 116 6.1 điều độ ng tàu c ứu ng ươ ì r ơi xu ống n ước 116 6.1.1 Nh ững yêu c ầu chung 116 6.1.2 Các ph ươ ng pháp điều độ ng c ứu ng ười r ơi xu ống n ước 116 6.2 điều độ ng tàu c ứu th ủng 118 6.2.1 Nguyên nhân và cách xác định l ỗ th ủng 118 6.2.2 Các d ụng c ụ xác đị nh và ch ống th ủng, cách s ử d ụng chúng 119 cứu th ủng. 6.2.3 Điều độ ng tàu b ị th ủng 123 6.3 Điều độ ng tàu thoát c ạn 123 6.3.1 Nguyên nhân tàu b ị c ạn 123 6.3.2 Lựa ch ọn vào c ạn và các tính toán chung vào c ạn 124 6.3.3 Các l ực tác d ụng lên tàu khi b ị c ạn 126 6.3.4 Nh ững tính toán c ần thi ết khi tàu b ị c ạn 126 6.3.5 Các tính toán c ần thi ết c ứu tàu ra c ạn 127 6.3.6 Các ph ươ ng pháp t ự ra c ạn 129 6.3.7 Ra c ạn nh ờ tr ợ giúp c ủa ngo ại lực. 130 6.3.8 Kết h ợp các ph ươ ng pháp để đưa tàu ra c ạn 133 6.4 Điều độ ng tàu khi g ặp m ột s ố s ự c ố 133 6.4.1 Điều độ ng tàu khi b ị ho ả ho ạn 133 6.4.2 Điều độ ng khi tàu b ị nghiêng 133 Ch ươ ng 7 lai d ắt trên bi ển 134 7.1. Gi ới thi ệu công tác lai d ắt 134 4
7. 7.1.1 Gi ới thi ệu các ph ươ ng pháp lai d ắt 134 7.1.2 ưu nh ược điểm c ủa lai d ắt 136 7.2 Cơ s ở lý thuy ết c ủa lai kéo 136 7.2.1 Các yêu c ầu chung 136 7.2.2 Dao động c ủa tàu lai và b ị lai 136 7.3 Tính toán t ốc độ lai kéo và độ b ền c ủa dây lai 137 7.3.1 Tính toán l ực c ản 137 7.4 dây lai, cách l ựa ch ọn, bu ộc dây lai 139 7.4.1 Các lo ại dây lai và các ki ểu n ối dây lai 139 7.4.2 Lựa ch ọn dây lai 140 7.5 Điều độ ng tàu lai kéo và các chú ý 140 7.5.1 Bu ộc dây lai 140 7.5.2 Chu ẩn b ị và đư a dây lai 141 7.5.3 Điều độ ng và các chú ý khi lai kéo 141 7.5.4 Hi ện t ượng dao độ ng khi lai d ắt 141 Ph ần ph ụ l ục I 143 Ph ần ph ụ l ục II 146 5
8. Ch ươ ng 1 Tính n ăng điều độ ng tàu 1.1. Khái ni ệm V ề điều độ ng tàu Điều độ ng tàu là vi ệc thay đổ i h ướng đi hay t ốc độ d ưới tác d ụng c ủa bánh lái, chân v ịt và các thi ết b ị khác nh ằm tránh va an toàn, ti ếp c ận m ục tiêu, th ả neo, bu ộc tàu, trong nhi ều hoàn c ảnh và các tình hu ống khác nhau, đặ c bi ệt là khu v ực ch ật h ẹp, nông c ạn, khi t ầm nhìn xa b ị h ạn ch ế Năng l ực để điều khi ển m ột con tàu, đặc bi ệt là ở nh ững vùng n ước b ị h ạn ch ế là m ột trong nh ững yêu c ầu cao nh ất đòi h ỏi các k ỹ n ăng thành th ục c ủa ng ười đi bi ển. Không m ột thuy ền tr ưởng hay m ột s ĩ quan hàng h ải trên b ất k ỳ con tàu nào có th ể xem nh ư mình có đầy đủ n ăng l ực v ề hàng hải tr ừ khi ông ta có th ể điều khi ển con tàu c ủa mình đảm b ảo an toàn. Kinh nghi ệm lâu n ăm là c ần thi ết cùng v ới n ăng l ực c ủa b ản thân để ng ười điều khi ển tàu có th ể tính toán th ực hi ện vi ệc điều độ ng con tàu c ủa mình phù h ợp v ới th ực t ế. Có th ể nói điều khi ển tàu là m ột ngh ệ thu ật ph ải tr ải qua h ọc t ập và th ực hành mà có được. Nguyên lý c ơ b ản c ủa k ỹ thu ật điều độ ng các tàu là nh ư nhau, nh ưng đối v ới t ừng con tàu khác nhau thì có các đặc điểm riêng. Không th ể áp d ụng m ột cách máy móc k ỹ thu ật điều độ ng m ột con tàu nh ỏ v ới m ột con tàu l ớn ho ặc m ột tàu khách v ới m ột tàu hàng. Ngoài ra cùng m ột con tàu nh ưng v ới các điều ki ện th ời ti ết, khí t ượng thu ỷ v ăn khác nhau thì vi ệc điều khi ển nó c ũng s ẽ khác nhau. Không m ột cu ốn sách đơn l ẻ nào có kh ả n ăng bao trùm t ất c ả các v ấn đề mà ng ười đi bi ển s ẽ bắt g ặp khi điều độ ng tàu, c ũng không th ể có b ất k ỳ m ột thi ết b ị k ỹ thu ật đơn l ẻ nào phù h ợp v ới mọi điều ki ện th ực t ế x ẩy ra. Điều độ ng tàu là m ột công vi ệc uyên bác, nh ờ vào đó để ng ười điều động có th ể đưa ra m ột chu ỗi các kinh nghi ệm, xây d ựng nên các k ỹ x ảo c ần thi ết khác. Các con tàu đang được thay đổ i theo th ời gian, kích th ước trung bình c ủa các con tàu đã được t ăng lên. Nh ững con tàu ch ở xe ô tô và các tàu d ầu kh ổng l ồ không th ể được đố i x ử nh ư nh ững con tàu nh ỏ ch ở hàng thông th ường. Trong l ĩnh v ực điều độ ng tàu, m ỗi con tàu đòi h ỏi có m ột s ự quan tâm riêng. V ới ng ười điều khi ển tàu, m ỗi tình hu ống điều độ ng l ại là m ột th ử thách m ới. 1. 2. Các Y ếU T ố TRONG điều độ ng tàu 1.2.1. T ốc độ tàu Tốc độ tàu là m ột đạ i l ượng đặ c tr ưng cho s ự chuy ển độ ng c ủa con tàu. V ề m ặt toán h ọc thì: ∆S dS V = lim= , (1.1) ∆t→0 ∆t dt Trong đó: V :T ốc độ tàu (m/giây). S : Quãng đường con tàu di chuyển được (m). t : Th ời gian (giây). Tốc độ tàu là m ột trong nh ững đặ c tr ưng c ơ b ản quan tr ọng trong các y ếu t ố điều độ ng. K ết qu ả hoàn thành m ột điều độ ng ph ụ thu ộc r ất nhi ều vào độ chu ẩn xác tính toán t ốc độ (t ức là vi ệc ước lượng t ốc độ ). Tốc độ tàu là hình chi ếu c ủa véc-tơ t ốc độ chuy ển độ ng c ủa tàu trên h ướng song song v ới mặt ph ẳng tr ục d ọc tàu. Con tàu chuy ển độ ng được ph ải nh ờ l ực đẩ y c ần thi ết c ủa h ệ độ ng l ực sinh ra và duy trì để th ắng s ức c ản và chuy ển độ ng được v ới v ận t ốc V. Công su ất này c ủa máy g ọi là công su ất hi ệu dụng (N hd ) và được tính b ằng bi ểu th ức: Nhd = V R th , (1.2) Trong đó: V :T ốc độ tàu Rth : L ực c ản chuy ển độ ng t ổng h ợp Do có s ự t ổn hao qua các khâu truy ền độ ng t ới chân v ịt nên công su ất th ực t ế c ủa máy ph ải lớn h ơn công su ất hi ệu d ụng. T ỉ s ố gi ữa công su ất hi ệu d ụng và công su ất th ực t ế (N), g ọi là h ệ s ố hữu ích η , ta có : 7
9. N hd V.R η = ⇒ N = , N η Hệ s ố h ữu ích này ph ụ thu ộc vào ki ểu độ ng c ơ và chân v ịt, tr ạng thái k ỹ thu ật và ch ế độ làm vi ệc c ủa chúng. Các tàu hi ện nay có η =0,65÷0,80 (lo ại 1 chân v ịt); η = 6,0 ÷ 7,0 (lo ại 2 chân v ịt). Lực c ản chuy ển độ ng t ổng h ợp (R th ) ph ụ thu ộc kích th ước, hình dáng, m ớn n ước, di ện tích th ượng t ầng ki ến trúc, t ỉ l ệ gi ữa các kích th ước, v ận t ốc tàu và s ức c ản c ủa môi tr ường bên ngoài nh ư sóng, gió, ma sát c ủa n ước. L ực c ản chuy ển độ ng toàn ph ần khi tàu đã chuy ển độ ng ổn đị nh được xác đị nh b ằng bi ểu th ức sau: = + + + + Rth Rmasat Rsong Rhinhdang Rnhora Rgio , (1.3) 2 ρV Trong đó R n = R masát + R sóng + R hình dáng + R nhôra = ξ Ω . (1.4) 2 Th ực t ế, l ực c ản t ổng h ợp chính b ằng ứng l ực trên cáp kéo khi lai kéo tàu đi v ới v ận t ốc V. Trong biểu th ức (1.4) thì: ξ - H ệ s ố thu ỷ độ ng c ủa l ực c ản toàn ph ần là hàm c ủa các h ệ s ố Frut - F r , Renon - Re. V ới × 3 V =V L ⇒ = gL Fr = ; Re Re Fr . , trong đó γ : H ệ s ố nh ớt độ ng c ủa n ước gL γ γ (m 2/giây) 3 ρ - t ỉ tr ọng c ủa n ước (t/m ) , v - v ận t ốc tàu (m/s) 2 Ω - Di ện tích b ề m ặt ngâm n ước c ủa tàu (m ). L - Chi ều dài tàu (m). Ch ỉ s ố Frut được coi nh ư đặc tr ưng c ủa t ốc độ t ươ ng đối để xác đị nh m ức độ cao t ốc c ủa tàu. Ch ỉ s ố này được xác đị nh nh ư sau: Fr ≤ 0,25 : Cho các tàu ch ạy ch ậm Fr = 0,25 ÷ 0,40: Cho các tàu ch ạy trung bình Fr > 0,40 : Cho các tàu có t ốc độ cao Ví d ụ: M ột tàu có chi ều dài 200m và t ốc độ 20 h ải lý/gi ờ thì ch ỉ s ố Frut là: × = 20 1852 ,25 = Fr 0,23 3600 × 9,81× 200 Nh ư v ậy con tàu này được coi là tàu ch ạy ch ậm (Fr<0,25), nh ưng l ưu ý là trên th ực t ế t ốc độ nhanh hay ch ậm còn ph ụ thu ộc vào lo ại tàu. Ch ẳng h ạn t ốc độ 20 n ơ nh ư ví d ụ trên được coi là ch ậm khi tàu đó là tàu ch ở khách hay tàu quân s ự, nh ưng nó được coi là tàu có t ốc độ cao khi nó là tàu ch ở hàng thông th ường, tàu d ầu và là tàu có t ốc độ trung bình khi nó là tàu Container. 1.2.2. Các khái ni ệm v ề t ốc độ Tốc độ tàu t ươ ng ứng v ới các ch ế độ ho ạt độ ng xác đị nh c ủa máy. Ch ế độ máy Tốc độ k ỹ thu ật c ủa tàu theo t ốc độ đị nh m ức (V dm ) Kh ẩn c ấp : 110 ÷ 120% Hết máy : 100% Trung bình máy : 70 ÷ 75% Ch ậm : 40 ÷ 45% Th ật ch ậm : 20 ÷ 30% Đối v ới độ ng c ơ đi-ê-zen, t ốc độ ch ạy trong tr ường h ợp kh ẩn c ấp (Emergency) ch ỉ áp d ụng trong nh ững hoàn c ảnh đặ c bi ệt, nh ưng th ời gian không được phép để lâu vì s ẽ ảnh h ưởng đế n tình tr ạng ho ạt độ ng c ủa máy chính. Khi chuy ển độ ng, con tàu s ẽ đạ t t ốc độ l ớn nh ất theo theo yêu c ầu sau m ột kho ảng th ời gian nh ất đị nh tùy thu ộc vào lo ại máy. B ảng sau đây cho ta bi ết th ời gian t ối thi ểu để chuy ển đổ i các n ấc tốc độ trong điều độ ng. Lo ại tàu Th ời gian chuy ển đổ i các n ấc t ốc độ (giây) 8
10. Stop đến Tới h ết Tới h ết Lùi h ết Lùi h ết Tới h ết đến Stop đến Lùi h ết đến Stop đến T ới h ết Máy tua-bin h ơi 20 ÷30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 30 ÷ 60 60 ÷ 100 Máy đi-ê-zen ≥3 ≥2 10 ÷ 15 ≥2 10 ÷ 15 Nên nh ớ r ằng b ảng trên đây ch ỉ cho ta bi ết th ời gian lý thuy ết để chuy ển đổ i t ốc độ máy, ví dụ đố i v ới máy diezen c ần t ừ 10 đế n 15 giây để chuy ển t ừ ch ế độ “Tới h ết” đến “Lùi h ết”. Th ực t ế để có th ể đổ i chi ều quay m ột cách độ t ng ột t ừ ch ế độ máy đang “Tới h ết” nh ư v ậy sang ch ế độ “Lùi h ết” máy, chúng ta b ắt bu ộc ph ải đưa máy v ề ch ế độ “Stop ” r ồi m ới có th ể chuy ển v ề ch ế độ lùi. Đặc bi ệt lưu ý khi tàu đang ch ạy v ới t ốc độ cao, n ếu lùi đột ng ột có th ể gây nên xung l ực l ớn làm gãy tr ục chân v ịt ho ặc làm h ỏng máy chính. Kinh nghi ệm cho th ấy ch ỉ nên chuy ển sang ch ế độ lùi khi t ốc độ tới c ủa tàu nh ỏ h ơn m ột n ửa t ốc độ t ới h ết bình th ường c ủa tàu đó. Lưu ý: Khi b ắt đầ u ti ến hành điều độ ng không nên c ưỡng ép máy đạ t đế n t ốc độ cao ngay, mà c ần t ăng t ốc độ t ừ t ừ, t ừng n ấc m ột. Các máy hi ện đại ngày nay đều có ch ế độ b ảo v ệ, do v ậy ng ười điều khi ển dù mu ốn đạ t ngay được t ốc độ cao c ũng không được (tr ừ tàu quân s ự). Đặ c bi ệt khi điều độ ng các tàu l ớn và các tàu đang ch ở đầ y hàng. Kinh nghi ệm th ực t ế sau đây cho th ấy đố i v ới vi ệc t ăng t ốc độ c ủa m ột tàu c ỡ Panamax (kho ảng 80.000 t ấn): -Từ ch ế độ “Tới th ật ch ậm” sang ch ế độ “Tới ch ậm” c ần ít nh ất là 5 phút -Từ ch ế độ “Tới ch ậm” sang ch ế độ “Tới n ửa máy ” c ần ít nh ất là 10 phút -Từ ch ế độ “Tới n ửa máy ” sang ch ế độ “Tới h ết máy ” c ần ít nh ất là 10 phút ho ặc ph ải ch ờ cho đến khi t ốc độ tàu đã đạt được h ơn m ột n ửa t ốc độ t ới h ết bình th ường, ví d ụ ở tr ường h ợp này là kho ảng 8 n ơ. -Từ ch ế độ “Tới h ết máy ” sang ch ế độ “Run up ” hay còn g ọi là ch ế độ ch ạy bi ển “Navigation full ” c ần ít nh ất là 30 phút, và th ường ph ải sau 1 gi ờ vòng tua chân v ịt m ới ổn đị nh ở ch ế độ ch ạy bi ển. Hi ệu su ất lùi và t ới khác nhau, khi lùi th ường kém t ới m ột n ấc máy. Tốc độ xu ất x ưởng là t ốc độ ch ạy t ới trên tr ường th ử nh ằm bàn giao tàu sau khi đóng. Tốc độ k ỹ thu ật là t ốc độ c ủa tàu được xác đị nh vào t ừng chu k ỳ khai thác tàu, d ựa trên tình tr ạng v ỏ tàu và k ỹ thu ật c ủa máy chính. Khái ni ệm v ề t ốc độ khai thác: t ốc độ khai thác bình th ường c ủa m ột con tàu theo yêu c ầu được ghi rõ trong các h ợp đồ ng thuê tàu (charter party), theo đó ch ủ tàu tho ả thu ận v ới ng ười thuê tàu s ẽ cho phép h ọ khai thác con tàu v ới t ốc độ cao nh ất mà con tàu có th ể đạ t đựơc. T ốc độ này được phân ra hai tr ường h ợp: khi không hàng (ballast) và khi đầy hàng (laden), áp d ụng khi gió không quá c ấp 4, hay còn g ọi là điều ki ện “Calm sea speed ”. Tốc độ kinh t ế là t ốc độ mà l ượng tiêu hao nhiên li ệu ch ạy trên m ột h ướng nào đó là nh ỏ nh ất, d ựa trên tác động thu ận l ợi c ủa các điều ki ện ngo ại c ảnh nh ư các dòng h ải l ưu, sóng, gió Tốc độ nh ỏ nh ất là t ốc độ khi vòng quay chân v ịt ở m ức th ấp nh ất có th ể mà t ại đó tàu không mất kh ả n ăng điều khi ển b ằng bánh lái được g ọi là t ốc độ c ực ti ểu cho phép. V min = (0,10 ÷ 0,20) Vdm , c ần chú ý t ốc độ c ực ti ểu này còn ph ụ thu ộc vào điều ki ện ngo ại c ảnh tác độ ng nh ư sóng, gió, dòng ch ảy và tình tr ạng k ỹ thu ật c ủa máy. Khi t ăng t ốc độ bên ngoài thân v ỏ tàu s ẽ xu ất hi ện các sóng ngang và d ọc lan truy ền ph ức tạp, ở m ũi s ẽ xu ất hi ện sóng ngang, ở lái h ệ sóng s ẽ xu ất hi ện phân tán. Nh ằm gi ảm s ức c ản c ủa sóng, các tàu ngày nay th ường có c ấu trúc m ũi qu ả lê cho phép t ăng t ốc độ kho ảng 3 ÷ 5% . 1.2.3. Các ph ươ ng pháp xác định t ốc độ tàu Để xác đị nh chính xác t ốc độ tàu, ng ười ta th ường s ử d ụng tr ường th ử. Nh ằm lo ại tr ừ sai s ố, tr ường th ử c ần tuân theo m ột s ố yêu c ầu sau đây: Gió không quá c ấp 3 (Beufort) (kho ảng 5,2 m/giây). Sóng không quá c ấp 2 (kho ảng 0,75m). Không ảnh h ưởng c ủa nông c ạn, ngh ĩa là độ sâu n ơi th ử ph ải tho ả mãn: 2 H 〉 4 B × d (áp d ụng cho các tàu c ỡ l ớn) ho ặc H > 0,35V (áp d ụng cho các tàu c ỡ v ừa và nh ỏ). ở đây: 9
11. H: Độ sâu khu v ực th ử (m). B : Chi ều r ộng c ủa tàu (m). d : M ớn n ước c ủa tàu (m). V: T ốc độ tàu (h ải lý/gi ờ - knot). Tốc độ tàu được xác đị nh theo các m ức công su ất c ủa độ ng c ơ máy chính nh ư sau: 50% công su ất máy chính 74% công su ất máy chính 85% công suất máy chính 100% công su ất máy chính Tốc độ tàu có th ể xác đị nh b ằng nhi ều ph ươ ng pháp khác nhau nh ư: Sử d ụng chi ều dài thân tàu (ném phao xu ống bi ển để đo). Các m ục tiêu nhìn th ấy theo ph ươ ng pháp ng ắm (ng ắm theo ch ập t ự nhiên ho ặc thiên nhiên). Bằng Radar. Bằng các h ệ th ống đị nh v ị vô tuy ến nh ư: GPS; LORAN – C; Các l ần th ử xác đị nh t ốc độ đề u được xác đị nh ít nh ất là 2 l ần (ch ạy trên 1 h ướng thu ận ti ện nào đó, sau đó l ại ch ạy theo h ướng ng ược l ại). Ngoài ra còn ph ải xác đị nh t ốc độ tàu t ại các điều ki ện tàu đầy hàng và khi tàu không hàng (laden or ballast). Khi th ử tàu đóng m ới, ng ười ta còn xác định t ốc độ t ại m ột s ố n ấc công su ất máy (ví d ụ t ốc độ t ại 40%, 50%, 70%, 85% công su ất c ủa máy chính). 1.2.4. Chuy ển độ ng c ủa tàu trên m ặt n ước 1. 2.4.1.Tính chuy ển độ ng: Kh ả n ăng con tàu th ắng được s ức c ản c ủa n ước, gió và chuy ển độ ng được trên m ặt n ước v ới một t ốc độ đã định do h ệ th ống độ ng l ực t ạo ra được g ọi là tính chuy ển độ ng c ủa tàu. Để đơn gi ản, xét con tàu chuy ển độ ng t ịnh ti ến trên m ặt n ước d ưới tác d ụng c ủa l ực phát động do máy – chân v ịt t ạo ra , được th ể hi ện qua bi ểu th ức: dv P = M ⋅ + R . (1.5) e dt th Trong đó M là kh ối l ượng c ủa tàu và được tính theo công th ức: M = 1( + K) ⋅ D Trong đó: Pe - L ực phát độ ng c ủa máy (N); M - Kh ối l ượng c ủa tàu (Kg); Rth - L ực c ản chuy ển độ ng t ổng h ợp lên con tàu (N); D - L ượng r ẽ n ước c ủa tàu (Kg); K - H ệ s ố l ượng dãn n ước c ủa tàu, K =0 khi t ầu đứ ng yên trên m ặt n ước, K s ẽ có giá tr ị khi tàu chuy ển độ ng giá tr ị c ủa nó được xác đị nh bàng th ực nghi ệm. dv 2 - Gia t ốc dài theo h ướng tr ục c ủa tàu (m/s ). dt Do đó ph ươ ng trình chuy ển độ ng c ủa tàu có th ể bi ểu th ị d ưới d ạng sau: dv P − R = M , (1.7) d th dt Khi tàu đã chuy ển độ ng ổn đị nh th ẳng đề u thì thành ph ần quán tính c ủa l ực c ản b ị tri ệt tiêu dv = M 0 . Khi đó l ực phát độ ng c ủa máy (P e) s ẽ cân b ằng v ới l ực c ản t ổng h ợp. dt 1.2.4.2. Tính điều khi ển được (còn g ọi là tính nghe lái): Là tính n ăng hàng h ải c ủa con tàu, cho phép nó chuy ển độ ng v ới m ột qu ỹ đạ o đã định. Nh ững tính n ăng c ơ b ản c ủa tính điều khi ển là: Tính ổn đị nh trên h ướng đi Tính n ăng quay tr ở 10
12. Hai tính n ăng này có xu h ướng đố i l ập nhau, n ếu con tàu có tính ổn đị nh trên h ướng đi t ốt s ẽ khó kh ăn khi đổi h ướng ho ặc quay tr ở, ngh ĩa là làm gi ảm tính quay tr ở. Ng ược l ại, n ếu con tàu có tính quay tr ở quá m ức s ẽ làm khó kh ăn cho vi ệc gi ữ tàu ổn đị nh trên h ướng c ố đị nh, trong tr ường hợp này bánh lái ph ải ho ạt độ ng liên t ục m ới đả m b ảo gi ữ h ướng được. Tu ỳ theo yêu c ầu c ủa t ừng lo ại tàu mà nh ững nhà thi ết k ế có th ể cho ra đờ i các con tàu có tính ổn đị nh h ướng đi t ốt (các tàu ch ạy bi ển) ho ặc tính n ăng quay tr ở t ốt nh ư các tàu ch ạy trong sông, các tàu lai 1.2.4.3.Tính ổn đị nh trên h ướng đi: Tính ổn đị nh trên h ướng đi là kh ả n ăng con tàu gi ữ nguyên h ướng chuy ển độ ng th ẳng đã cho khi không có s ự tham gia c ủa ng ười lái ho ặc khi ch ỉ thông qua m ột góc lái r ất nh ỏ. Nguyên lý này là bắt bu ộc đố i v ới con tàu khi chuy ển độ ng trong m ọi điều ki ện th ời ti ết nh ư khi bi ển độ ng ho ặc bi ển êm, c ũng nh ư trong m ọi vùng n ước nông ho ặc sâu. Tính ổn đị nh h ướng ảnh h ưởng đế n các đặ c tính lái tàu, tùy theo m ức độ mà con tàu có th ể được ch ặn m ũi l ại khi đang quay và s ự thay đổ i t ốc độ quay c ủa nó khi đang ch ạy t ới n ếu để bánh lái ở s ố không. Quan sát th ủy độ ng h ọc v ề tính ổn đị nh h ướng c ủa tàu theo các cách khác, th ử m ức độ tính ổn đị nh h ướng mà con tàu đạt được b ằng cách để cho tàu trải qua m ột lo ạt điều độ ng dích d ắc (ki ểu ch ữ Z). Một con tàu có th ể có tính ổn đị nh h ướng d ươ ng ho ặc âm ho ặc trung tính. Khi bánh lái để s ố không mà tàu v ẫn duy trì th ẳng th ế thì con tàu đó có tính ổn đị nh h ướng d ươ ng. N ếu bánh lái để s ố không mà con tàu quay v ới t ốc độ quay tr ở t ăng lên thì nó có tính ổn đị nh h ướng âm. M ột con tàu có tính ổn đị nh h ướng trung tính khi nó ti ếp t ục quay v ới t ốc độ quay hi ện t ại ho ặc ti ếp t ục n ằm trên hướng hi ện th ời cho đế n khi có các ngo ại l ực tác độ ng vào. Nó không có khuynh h ướng ho ặc là t ăng ho ặc là gi ảm t ốc độ quay khi bánh lái ở v ị trí s ố không. Tính ổn đị nh h ướng c ủa tàu r ất quan tr ọng khi ta hành trình trong lu ồng ho ặc khi ta c ố g ắng lái tàu v ới m ức độ thay đổ i nh ỏ nh ất c ủa bánh lái ở trên bi ển. Ph ải để bánh lái ở góc l ớn trong m ột th ời gian dài h ơn để ch ặn vi ệc quay c ủa tàu không ổn định trên h ướng đi, còn h ơn là để nó quay r ồi m ới đè lái. Có th ể không th ể ch ặn vi ệc quay c ủa tàu khi nó không ổn đị nh h ướng tr ước khi nó r ời kh ỏi tr ục lu ồng, cho dù t ốc độ quay là hoàn toàn bình th ường đố i v ới m ột tàu trung bình. Để các góc lái l ớn h ơn và th ường xuyên chú ý là yêu c ầu để lái nh ững lo ại tàu này, đặc bi ệt là trong các vùng n ước b ị h ạn ch ế và khi có s ự thay đổ i h ướng. M ột s ố tàu được thi ết k ế có hình dáng béo h ơn, đặc bi ệt là các tàu m ở r ộng ở ph ần sau lái còn các m ặt c ắt ngang phía tr ước đầ y đặ n thì tính định h ướng âm tr ở nên ph ổ bi ến h ơn. Khi tàu b ị chúi s ẽ làm thay đổi toàn b ộ đặ c tính riêng c ủa con tàu và t ạo cho nó tính ổn đị nh hướng d ươ ng. Độ chúi thay đổ i làm thay đổi hình dáng đường n ước c ủa v ỏ tàu, thay đổi các di ện tích m ặt c ắt ngang l ớn nh ất chìm d ưới n ước. Vì lý do này, b ất k ỳ con tàu nào mà chúi m ũi đề u có tính ổn đị nh h ướng âm và ng ười đi bi ển nh ận th ấy r ằng đặ c điểm c ủa m ột con tàu có tính ổn đị nh âm sẽ gi ống nh ư nh ững tàu chúi m ũi. Để b ắt đầ u quay m ột con tàu nh ư v ậy c ần nhi ều th ời gian h ơn th ường l ệ, c ần ph ải để góc lái r ất l ớn và lâu h ơn để ch ặn l ại vi ệc quay đó. Khi con tàu không tuân theo ng ười lái, hãy chú ý! Tính ổn đị nh h ướng d ươ ng rõ ràng là m ột tình trạng mà ng ười đi bi ển đã quen thu ộc t ừ lâu. Nhi ều tàu có k ết c ấu v ỏ v ốn không có tính ổn đị nh h ướng, do đó chúng ta ph ải h ết s ức t ỉnh táo v ới tình tr ạng này. T ốt h ơn là nên d ự đoán đặ c tính c ủa tàu mình c ả khi t ự mình điều độ ng và khi có hoa tiêu, khi mà tính ăn lái được xem nh ư là m ột ch ức n ăng c ủa tính ổn đị nh h ướng. Sự thay đổ i tính ổn đị nh h ướng đáng chú ý khi m ớn n ước và độ chúi thay đổ i, do các tàu béo, có h ệ s ố béo th ể tích th ường b ị dìm m ũi nên nó có s ự thay đổ i l ớn, điều này đặc bi ệt quan tr ọng vì nh ững kh ả n ăng này thay đổi nên ph ải xem xét c ẩn th ận khi thay đổ i độ chúi cho tàu lúc đến c ảng. Tính ổn đị nh h ướng th ể hi ện: 1. T ăng lên khi m ớn n ước ở d ưới ki tàu t ăng. 2. Tr ở nên d ươ ng nhi ều h ơn khi chi ều dài tàu t ăng. 3. Tr ở nên d ươ ng nhi ều h ơn khi l ực c ản t ăng. 4. Gi ảm xu ống khi h ệ s ố béo th ể tích t ăng. 5. Gi ảm xu ống khi chi ều r ộng c ủa tàu t ăng lên so v ới chi ều dài (t ỉ s ố L/B dài/r ộng gi ảm). 6. Gi ảm xu ống khi di ện tích các m ặt c ắt phía tr ước t ăng lên t ươ ng đối so v ới di ện tích các 11
13. mặt c ắt phía sau (khi tâm quay c ủa tàu chuy ển v ề phía tr ước). Tính ổn đị nh trên h ướng đi được th ể hi ện qua tính ch ất c ơ b ản c ủa nó là tính ổn đị nh ph ươ ng hướng và được đánh giá qua ch ỉ s ố ổn đị nh ph ươ ng h ướng c ủa tàu. Đây là m ối quan h ệ gi ữa độ dài của đường đi hình sin và chi ều dài tàu. S E= m (1.8) L Trong đó: E: Ch ỉ s ố ổn đị nh trên h ướng đi. Sm: Độ dài đường đi hình sin (m). L: Chi ều dài tàu (m). Để xác đị nh ch ỉ s ố ổn đị nh trên h ướng đi ng ười ta ch ọn m ột tr ường th ử, n ếu không có tr ường th ử thì n ơi th ử nghi ệm được ch ọn nh ư n ơi xác định t ốc độ ho ặc quán tính tàu. Cho tàu ch ạy theo đường hình sin, trong khi ch ạy đồ ng th ời b ẻ lái v ề hai bên v ới m ột góc tu ỳ ý ta s ẽ thu được độ dài Sm c ủa đường hình sin t ươ ng ứng. Khi xác đị nh c ần chu ẩn b ị tr ước đồ ng h ồ b ấm giây và t ốc độ tàu đã được xác đị nh chính xác tr ước đó. Cách ti ến hành xác định được th ực hi ện nh ư sau: Cho tàu ch ạy theo m ột h ướng nào đó, t ốt nh ất là ch ạy theo m ột ch ập tiêu. Tại th ời điểm xác o 0 0 định, b ẻ lái sang m ột bên v ới góc lái ọ tu ỳ ý (th ường ọ ≥ 10 ). Sau khi b ẻ lái, m ũi tàu s ẽ t ừ t ừ quay 0 o o theo h ướng b ẻ lái, t ại th ời điểm m ũi tàu đã quay được m ột góc ỏ = ọ ( giá tr ị góc ọ có th ể l ấy b ằng 0 0 0 o 10 , 20 ho ặc 30 ) thì ta chuy ển bánh lái v ề phía ng ược l ại m ột góc - ọ . Sau m ột th ời gian, m ũi tàu s ẽ nghe lái và ng ả m ũi v ề phía b ẻ lái, khi tàu v ừa quay v ừa ti ến c ắt đường ch ập tiêu l ần th ứ nh ất 0 o ta b ấm đồ ng h ồ cho ch ạy, khi tàu quay sang m ột góc -ỏ = -ọ ta l ại b ẻ lái theo h ướng ng ược l ại. Cứ làm nh ư v ậy cho t ới th ời điểm th ứ ba khi tàu c ắt đường chập tiêu ta STOP đồng h ồ b ấm giây. Giá tr ị th ời gian đọ c trên đồng h ồ b ấm giây cho ta th ời gian m ột chu k ỳ tàu ch ạy theo đường hình sin, đường này được g ọi là đường zích z ắc. Độ ng tác này được l ặp đi l ặp l ại t ừ 5 đế n 6 l ần để lo ại tr ừ sai s ố ng ẫu nhiên và để tìm th ời gian c ủa m ột dao độ ng hình sin hoàn ch ỉnh trung bình, sau đó nhân v ới t ốc độ c ủa tàu s ẽ cho ta độ dài c ủa m ột đường hình sin hoàn ch ỉnh. G ọi S m là độ dài c ủa đường hình sin hoàn ch ỉnh, ta có: Sm = T m. V t , (1.9) Qua các l ần th ử nghi ệm chúng ta thu được s ư ph ụ thu ộc h ướng di chuy ển c ủa t ầu vào góc b ẻ lái và th ời gian nh ư hình 1.1. ỏ(độ) ọ(độ ) 15-15 0 -1010 0 -550 t (giây) 0 Ä Ä 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 50-5 10-10 0 15-150 Chu k ỳ dao độ ng (giây) Hình 1.1. Đánh giá tính ổn đị nh h ướng qua đường cong hình sin Qua thử nghi ệm th ấy r ằng, n ếu đặ t bánh lái ở m ạn này và m ạn kia m ột góc nh ư nhau thì đường zích z ắc ch ạy tàu s ẽ đố i x ứng nhau qua tr ục trung gian, được g ọi là zích z ắc đố i x ứng. Ngoài ra, n ếu giá tr ị góc b ẻ lái ở m ạn này và m ạn kia không b ằng nhau ta s ẽ thu được m ột đường zích z ắc không đối x ứng, tr ường h ợp này ch ỉ s ử d ụng cho các tàu có tính n ăng điều độ ng cao. T ừ th ực 12
14. nghi ệm ta rút ra ch ỉ s ố ổn đị nh h ướng, n ếu ch ỉ s ố ổn đị nh h ướng E = 8 thì con tàu đó có tính ổn đị nh hướng t ốt. N ếu E βb 8 RPx RPy RP Điểm đặ t G sau R Điểm đặ t G tr ước R Hình 1.2. Hi ện t ượng đả o lái (a): Điểm đặ t tr ọng tâm sau l ực c ản (b) : i m t tr ng tâm tr c l c c n Trên hình 1.2 gi thi t r ngĐ ể d đặ i tácọ d ng c ướa l ực nàyả làm tàu l ch kh i h ng i ã nh ả ế ằ ướ ụ ủ ự ệ ỏ ướ đ đ đị một góc ( α). Gọi t ổng l ực c ản tác d ụng lên chuy ển độ ng c ủa tàu là R ( được đặ t vào điểm O) và t ổng các ngo ại l ực tác d ụng lên con tàu là P được đặ t vào tâm tr ọng l ực G. C ả hai tr ường h ợp R và P đều được phân tích ra hai thành ph ần theo tr ục d ọc (x) và tr ục ngang (y) c ủa tàu, được kí hi ệu là P x, P y và R x, R y. Rõ ràng, trong c ả 2 tr ường h ợp, các thành ph ần R x và P x không ảnh h ưởng đế n tính quay tr ở c ủa tàu. Còn các thành ph ần Ry và Py t ạo thành m ột mô men l ực có cánh tay đòn OG. Tu ỳ thu ộc 13
15. điểm đặ t c ủa O và G mà mô men này có th ể làm t ăng đảo lái (a) và gi ảm đả o lái (b). Tr ường h ợp 1.2a, mô men do c ặp ng ẫu l ực (P y, R y) gây ra cùng chi ều v ới chi ều l ệch h ướng c ủa tàu. Nh ư v ậy nó s ẽ t ăng thêm hi ện t ượng đả o lái. Tr ường h ợp 1.2b, mô men do c ặp ng ẫu l ực (P y, R y) gây ra ng ược chi ều v ới chi ều l ệch h ướng của tàu. Nh ư v ậy nó s ẽ làm gi ảm hi ện t ượng đả o lái, tàu ổn đị nh trên h ướng đi h ơn nh ưng tính n ăng quay tr ở kém. Bằng th ực nghi ệm ng ười ta th ấy r ằng con tàu đạt tính n ăng điều độ ng t ốt nh ất khi tâm điểm của l ực c ản và tâm điểm c ủa ngo ại l ực trùng ho ặc g ần trùng nhau (O ≡ G ho ặc O n ằm sau G m ột chút). Do v ậy khi tính toán x ếp hàng, không nên để tàu chúi m ũi (làm cho điểm O n ằm v ề phía tr ước so v ới điểm G) mà nên để chúi lái m ột ít. Để đư a tàu v ề h ướng đi ban đầ u ph ải b ẻ lái m ột góc lái β , rõ ràng ta ph ải b ẻ lái ở tr ường > hợp a l ớn h ơn tr ường h ợp b (hình 1.2 βa βb ). Ngày nay h ầu h ết các tàu đều trang b ị h ệ th ống lái t ự độ ng v ới hai ch ức n ăng c ơ b ản là gi ữ tàu ổn đị nh trên h ướng đi hay thay đổ i h ướng đi chuy ển độ ng theo m ột quy lu ật do yêu c ầu c ủa ng ười điều khi ển. 1.3. Tính n ăng c ủa bánh lái 1.3.1. L ực c ủa bánh lái Bánh lái là m ột thi ết b ị không th ể thi ếu được trong điều độ ng tàu. Bánh lái gi ữ cho tàu chuy ển độ ng trên h ướng đi đã định ho ặc thay đổ i h ướng c ủa tàu theo ý mu ốn c ủa ng ười điều khi ển. Bánh lái được đặ t phía sau chân v ịt và n ằm trong m ặt ph ẳng tr ục d ọc c ủa tàu. Bánh lái có th ể quay o o đi m ột góc nh ất đị nh sang ph ải ho ặc sang trái (kho ảng t ừ -45 đến +45 ) . Bánh lái có th ể được ch ế tạo b ằng các nguyên li ệu khác nhau, nh ưng m ỗi bánh lái đề u có hai b ộ ph ận c ơ b ản là tr ục lái và m ặt bánh lái. Khi tàu ch ạy t ới ho ặc khi ch ạy lùi thì dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái ho ặc dòng n ước ch ảy t ừ lái v ề m ũi s ẽ tác d ụng vào m ặt tr ước ho ặc m ặt sau c ủa bánh lái m ột áp l ực P. B ằng th ực nghi ệm, ng ười ta xây d ựng công th ức để tính áp l ực đó nh ư sau: K ×sin α P = 1 × S ×V 2 (1.10) ,0 195 + ,0 305 sin α Trong đó: α : Góc b ẻ lái ( độ ). V: V ận t ốc tàu (m/s). 2 S : Di ện tích m ặt bánh lái (m ). K1 : H ệ s ố c ủa bánh lái ph ụ thu ộc vào s ố chân v ịt và được l ấy nh ư sau: ÷ 2 K1 = 38 42 (Kg/m ) v ới tàu 1 chân v ịt. ÷ 2 K1 = 20 22,5 (Kg/m ) v ới tàu 2 chân v ịt. Lực c ản ph ụ thu ộc vào ph ần chìm c ủa tàu, mu ốn có tác d ụng t ốt thì bánh lái ph ải có di ện tích tỉ l ệ thích đáng v ới ph ần chìm c ủa tàu, do đó di ện tích m ặt bánh lái ph ải được ch ọn theo t ỉ l ệ phù hợp v ới con tàu. Ng ười ta có th ể tính di ện tích m ặt bánh lái d ựa trên công th ức: L ×T S = (1.11) K2 Trong đó : L: Chi ều dài c ủa tàu (m). T : m ớn n ước c ủa tàu (m) ÷ K2: Ph ụ thu ộc lo ại tàu, th ường K 2 = 50 70. 1.3.2. Tác d ụng c ủa bánh lái khi tàu ch ạy t ới Khi tàu chuy ển độ ng th ẳng đề u thì nó ch ỉ ch ịu tác d ụng c ủa l ực đẩ y và l ực c ản. Khi b ẻ bánh lái 1 góc ọ nào đó, gi ả s ử nh ư hình 1.3 (b ẻ lái sang ph ải). Lúc này do tác d ụng c ủa dòng ch ảy bao và dòng do chân v ịt t ạo ra trên m ặt c ủa bánh lái n ảy sinh s ự phân b ố l ại áp l ực, m ặt bánh lái h ướng t ới 14
16. dòng ch ảy bao thì áp l ực t ăng, m ặt kia gi ảm. Điểm đặ t c ủa t ổng các l ực P này g ần v ề phía s ống lái và vuông góc v ới m ặt bánh lái: = + P Px Py (1.12) Để hi ểu rõ ảnh h ưởng c ủa l ực sinh ra khi b ẻ lái đi m ột góc, gi ả s ử t ại tr ọng tâm tàu G được = = ↑↓ đặt m ột c ặp l ực P1 ' & P2 ', v ề độ l ớn thì P1 ' P2 ' Py .; còn v ề chi ều tác d ụng thì P1 ' P2 '. Rõ ràng, ' cặp ng ẫu l ực Py ,P2 làm cho m ũi tàu quay v ề phía b ẻ lái, l ực P 1’ làm tàu d ạt ra ngoài vòng quay tr ở còn P x làm gi ảm chuy ển độ ng t ới c ủa tàu. Th ường thì điểm đặ t c ủa áp l ực P và các lực thu ỷ độ ng không cùng n ằm trên m ột m ặt ph ẳng nằm ngang, nên khi quay tr ở, con tàu ngoài vi ệc chuy ển d ịch ngang còn b ị nghiêng và chúi. Tóm l ại, qu ỹ đạ o chuy ển độ ng c ủa tàu do b ẻ lái là 1 đường cong do tr ọng tâm tàu v ạch ra. Dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái P' 1 v P Py α Px P' 2 ω Dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái qt O1 1.3.3. Tác d ụngHình c ủa 1.3.bánh L ự láic xu khiất hich ệạny do lùi b ẻ lái và tác d ụng c ủa nó khi tàu ch ạy t ới Gi ả s ử cho tàu ch ạy lùi, khi tàu đã có tr ớn lùi, ta b ẻ lái 1 góc ọ nào đó (hình 1.4 b ẻ lái sang ph ải). Lúc này do tác d ụng c ủa dòng ch ảy bao và dòng do chân v ịt t ạo ra trên m ặt c ủa bánh lái n ảy sinh s ự phân b ố l ại áp l ực, m ặt bánh lái h ướng t ới dòng ch ảy bao thì áp l ực t ăng, m ặt kia gi ảm. Điểm đặt c ủa t ổng các l ực P này g ần v ề phía s ống lái và vuông góc v ới m ặt bánh lái: = + P Px Py (1.13) Để hi ểu rõ ảnh h ưởng c ủa l ực sinh ra khi b ẻ lái đi m ột góc, t ươ ng t ự nh ư khi ch ạy t ới, t ại = = tr ọng tâm tàu G đặt m ột c ặp l ực P1 ' & P2 '. V ề độ l ớn thì P1 ' P2 ' Py . Còn v ề chi ều tác d ụng thì ↑↓ ' P1 ' P2 '. Rõ ràng, c ặp ng ẫu l ực Py ,P1 làm cho m ũi tàu quay ng ược v ề phía b ẻ lái, l ực P 2’ làm tàu dạt ra ngoài vòng quay tr ở còn P x làm gi ảm chuy ển độ ng lùi c ủa tàu. Do điểm đặ t c ủa áp l ực P và các l ực thu ỷ độ ng không cùng n ằm trên m ột m ặt ph ẳng n ằm ngang, nên khi quay tr ở, con tàu ngoài vi ệc chuy ển d ịch ngang còn b ị nghiêng và chúi. Qu ỹ đạ o chuy ển độ ng c ủa tàu khi ch ạy lùi và b ẻ lái là m ột đường cong do tr ọng tâm tàu v ạch ra. Dòng n c ch y t lái v m i ướ ả ừ ề ũ v P' 1 15 Px α
17. 1.3.4. ảnh h ưởng hình d ạng bánh lái đế n l ực bánh lái 1.3.4.1. Bánh lái th ường: Là lo ại bánh lái mà toàn b ộ di ện tích c ủa m ặt bánh lái được đặ t sau tr ục cu ống lái (hình 1.5). Khi cho m ặt bánh lái l ệch kh ỏi m ặt ph ẳng tr ục d ọc tàu 1 góc ọ , phát sinh ra m ột mô-men quay tác dụng lên tr ục bánh lái là: Mq = Pxb (1.14) Trong đó: P : L ực tác d ụng lên m ặt bánh lái . b : Kho ảng cách t ừ điểm đặ t l ực tác d ụng P t ới tr ục cu ống lái (m). Giá tr ị b được tính nh ư sau: b = (0,2 + 0,3sin α)x l (1.15) l : Chi ều r ộng c ủa bánh lái (m) ọ : Góc b ẻ lái ( độ ). Bánh lái th ường ph ải ch ịu m ột mô men xo ắn r ất l ớn khi làm vi ệc. Trên các tàu l ớn hi ện nay, bánh lái n ặng hàng ch ục t ấn, t ốc độ tàu l ại l ớn, do đó ph ải t ạo ra m ột l ực b ẻ lái r ất l ớn. Để b ẻ lái ph ải thông qua h ệ th ống điện ho ặc điện thu ỷ l ực. P b ọ Bánh lái lo ại này cóHình tính 1.5. ăn Bánhlái t ố t,lái nh thưườngng c ồ ng k ềnh, do tr ục lái ch ịu mô men xo ắn l ớn nên ít trang bị trên các tàu bi ển có t ốc độ cao mà ch ủ y ếu trang b ị trên các lo ại tàu bi ển nh ỏ, t ốc độ ch ậm và các xà lan, các xu ồng. 1.3.4.2. Bánh lái bù tr ừ: Bánh lái bù tr ừ là lo ại bánh lái mà m ặt c ủa t ấm lái n ằm c ả v ề hai phía tr ục bánh lái. Di ện tích ÷ phía tr ước tr ục lái kho ảng 15 30% di ện tích toàn b ộ m ặt lái (hình 16). Mô men quay (M q) sinh ra khi bánh lái l ệch kh ỏi m ặt ph ẳng tr ục d ọc m ột góc ọ được tính theo công th ức: Mq = P 1b1 - P 2b2 (1.16) Trong đó: P1 và P 2 : L ực tác d ụng lên m ặt phía tr ước và m ặt phía sau c ủa bánh lái (Kg) b1 và b 2 : Kho ảng cách t ươ ng ứng t ừ điểm đặ t các l ực P 1 và P 2 (m) đến tr ụ lái. b1 b2 P2 P1 16 ọ Hình 1.6. Bánh lái bù tr ừ
18. Với k ết c ấu nh ư v ậy, bánh lái bù tr ừ kh ắc ph ục được nh ược điểm c ủa bánh lái th ường, mô men xo ắn gây nên ở tr ục lái gi ảm h ơn so v ới bánh lái th ường. Vì khi bánh lái làm vi ệc thì c ả m ặt tr ước và m ặt sau tr ục lái đề u ch ịu áp l ực c ủa n ước. Bánh lái bù tr ừ có tính ăn lái t ốt, b ẻ lái nh ẹ, d ễ điều khi ển. Th ường dùng cho tàu bi ển hi ện nay. 1.3.4.3. Bánh lái n ửa bù tr ừ: Bánh lái n ửa bù tr ừ là lo ại bánh lái bù tr ừ nh ưng ch ỉ bù tr ừ m ột n ửa phía d ưới (hình 1.7). Do đó, ngoài nh ững ưu điểm c ủa bánh lái bù tr ừ thì bánh lái n ửa bù tr ừ khi b ẻ lái s ẽ nh ẹ h ơn. T ăng l ực tác d ụng do dòng n ước c ủa chân v ịt tác d ụng vào m ặt bánh lái. Bánh lái này th ường dùng cho tàu có tốc độ l ớn. 1.3.5. Xác định góc b ẻ lái Trong công th ức tính áp l ực c ủa n ước tác d ụng vào m ặt bánh lái, ta th ấy góc b ẻ lái và áp l ực nước không hoàn toàn t ỉ l ệ thu ận v ới nhau, không ph ải góc b ẻ lái càng t ăng thì áp l ực P c ủa n ước tác dụng vào bánh lái càng t ăng. Vi ệc phân tích áp l ực P ra hai thành ph ần phân l ực theo chi ều d ọc và chi ều ngang tàu cho th ấy thành ph ần l ực theo chi ều d ọc (P x) có xu h ướng làm gi ảm chuy ển độ ng t ới ho ặc lùi c ủa tàu. Thành ph ần l ực theo chi ều ngang (P y) có tác d ụng tích c ực cho vi ệc quay tr ở. Trong kỹ thu ật điều độ ng tàu, yêu c ầu các y ếu t ố tác độ ng ph ải làm cho con tàu điều khi ển d ễ dàng, t ốc độ đảm b ảo. Do đó, c ần ph ải s ử d ụng góc lái h ợp lý để t ăng giá tr ị c ủa l ực ngang P y, đồng th ời ph ải gi ảm giá tr ị l ực theo chi ều d ọc t ới m ức th ấp nh ất. Hình 1.7. Bánh lái n ửa bù tr ừ Để xác đị nh giá tr ị góc b ẻ lái thích h ợp ta phân tích ba tr ường h ợp góc b ẻ lái, đó là góc b ẻ lái 0 0 0 15 ; 45 và 75 . Trong c ả ba tr ường h ợp gi ả s ử các điều ki ện tác độ ng bên ngoài nh ư nhau và t ốc độ tàu không thay đổi (hình 1.8). Py Py 0 0 Py 0 ọ=75 ọ = 15 ọ= 45 P Px Px P P Px (a) (b) (c) 0 0 0 Hình 1.8. Giá tr ị góc lái ở ba tr ường h ợp: (a) ọ =15 ; (b) ọ = 45 và (c) ọ = 75 Phân tích l ực tác d ụng lên bánh lái ở c ả ba tr ường h ợp ta th ấy r ằng: 0 ở góc bẻ lái ọ =15 : l ực c ản chuy ển độ ng t ới P x nh ỏ, m ức độ ảnh h ưởng t ới t ốc độ tàu không đáng k ể. Thành ph ần l ực P y c ũng không l ớn nên tàu quay tr ở ch ậm. 17
19. 0 ở góc bẻ lái ọ =45 : l ực c ản chuy ển độ ng t ới P x c ũng l ớn, nên ảnh h ưởng t ới t ốc độ tàu. Nh ưng thành ph ần l ực P y khá l ớn nên tàu quay tr ở nhanh. 0 ở góc bẻ lái ọ =75 : l ực c ản chuy ển độ ng t ới P x l ớn h ơn nhi ều, ảnh h ưởng t ới t ốc độ tàu r ất lớn. Nh ưng thành ph ần l ực P y không l ớn nên tàu quay tr ở c ũng không nhanh. 0 Qua phân tích ba góc lái trên, nh ận th ấy góc b ẻ lái ọ =45 làm tàu quay tr ở nhanh nh ất, nh ưng v ẫn ch ưa t ốt vì t ốc độ tàu b ị tác độ ng nhi ều (gi ảm đáng k ể). K ết h ợp gi ữa lý thuy ết và th ực t ế, 0 ng ười ta th ấy r ằng góc b ẻ lái t ốt nh ất cho các tàu nên t ừ 30 ÷ 40 . Các tàu ngày nay th ường được 0 0 thi ết k ế góc b ẻ lái sang hai bên t ừ 0 ÷ 45 . Nh ưng góc b ẻ lái t ốt nh ất nên s ử d ụng t ừ 0 ÷ 35 . 1.4.chuy ển độ ng quay tr ở c ủa tàu 1.4.1. Định ngh ĩa và quá trình quay tr ở c ủa tàu Khi tàu đang chuy ển độ ng, n ếu ta b ẻ lái v ề m ột bên m ạn v ới m ột góc độ nào đó so v ới v ị trí số không, con tàu s ẽ v ẽ lên m ột qu ĩ đạ o cong, đó chính là vòng quay tr ở v ới bán kính xác đị nh. Giá tr ị bán kính này ph ụ thu ộc vào t ốc độ tàu và góc b ẻ lái. Định ngh ĩa: Vòng quay tr ở c ủa tàu là qu ỹ đạ o chuy ển độ ng c ủa tr ọng tâm (G) c ủa tàu khi ta b ẻ lái sang một bên m ạn v ới m ột góc lái ọ nh ất đị nh nào đó. Sx ọ=10 o ọ=17 o5 ọ=35 o o 35 Sy  ọ= o 17 5  o 10 Hình 1.9. Các góc lái khác nhau và qu o quay tr t ng ng ĩ đạ ở ươ ứ Khi chân v ịt quay trong n ước sinh ra m ột lực đẩ y làm tàu chuy ển độ ng. N ếu b ẻ lái cho tàu quay tr ở thì l ực này v ẫn t ồn t ại và giá tr ị c ủa nó được xác đị nh theo công th ức: N U = (1.17) dcv 9V Trong đó: Udcv : L ực đẩ y c ủa chân v ịt. N : Công su ất hi ệu d ụng c ủa máy. V : T ốc độ tàu. Khi b ẻ lái sang m ột bên thì dòng n ước ch ảy bao xung quanh v ỏ tàu và dòng n ước do chân v ịt đẩy s ẽ tác d ụng vào m ặt bánh lái, gây nên áp l ực P làm tàu quay tr ở và gi ảm chuy ển độ ng th ẳng c ủa tàu. M ỗi góc lái khác nhau thì tr ọng tâm tàu v ạch nên các qu ỹ đạ o khác nhau. Góc lái ọ càng l ớn qu ỹ đạ o v ạch ra càng h ẹp. V ận t ốc nh ỏ thì đường kính vòng quay tr ở nh ỏ nh ưng th ời gian quay tr ở t ăng (xem hình 1.9). Quá trình quay tr ở c ủa tàu: 0 0 Giai đoạn 1: Còn g ọi là giai đoạn , là th ời gian c ần thi ết b ẻ bánh lái t ừ s ố không (0 ) đến góc lái ọ nào đó. T ức là t ừ khi b ắt đầ u b ẻ lái cho đế n khi b ẻ lái xong. Trung bình, giai đoạn này kéo dài t ừ 10 ÷ 15 giây. ở giai đoạn này b ắt đầ u xu ất hi ện và phát tri ển thành ph ần thu ỷ độ ng h ọc tác d ụng lên 18
20. bánh lái, hay còn g ọi là áp l ực c ủa n ước. áp l ực này ban đầu không cân b ằng v ới áp l ực c ủa n ước tác động vào ph ần tr ước c ủa thân v ỏ tàu bên m ạn cùng v ới h ướng b ẻ lai. Lúc đó tàu v ừa chuy ển độ ng o ti ến lên, v ừa d ịch chuy ển ng ược v ới phía b ẻ lái và nghiêng v ề phía b ẻ lái m ột góc kho ảng 2 ÷ 3 . S ự dịch chuy ển này s ẽ gi ảm d ần và m ất h ẳn khi b ắt đầ u xu ất hi ện góc quay, lúc này tàu có xu h ướng ng ả m ũi v ề phía b ẻ lái. Giai đoạn này còn g ọi là giai đoạn ch ết vì tàu ch ưa nghe lái. Giai đoạn 2: Còn g ọi là giai đoạn ti ến tri ển, tính t ừ khi b ẻ lái xong cho đến khi tàu b ắt đầ u có s ự o chuy ển độ ng tròn đều, lúc n ằy v ận t ốc góc quay tr ở đạ t giá tr ị c ố đị nh (tàu đã quay được 90 ÷100 ), lúc này l ực c ản đã cân b ằng. ở giai đoạn này xu ất hi ện góc nghiêng ngang ố cùng h ướng v ới m ạn b ẻ lái. Giai đoạn 3: Gọi là giai đoạn l ượn ổn đị nh hay là giai đoạn quay tr ở ổn đị nh: t ừ lúc v ận t ốc góc bằng h ằng s ố, n ếu không thay đổ i góc b ẻ lái, không ảnh h ưởng môi tr ường bên ngoài. Vòng quay tr ở c ủa tàu được bi ểu di ễn nh ư hình. 1.11. β=Drift Angle Turning center Pivot Point β Point of Gravity Turning Radius Pivot Point Track Bow Track Point of Gravity Track Hình 1.10. Con tàu khi quay tr ở Stern Track 1.4.2. Các y ếu tố c ủa vòng quay tr ở 1.4.2.1. Đường kính quay tr ở và đường kính l ớn nh ất c ủa vòng quay tr ở: Đường kính vòng quay tr ở (ký hi ệu D n): Đường kính vòng quay tr ở là đường kính c ủa vòng tròn do tr ọng tâm tàu v ạch ra sau khi tàu quay tr ở v ới m ột góc b ẻ lái nh ất đị nh, th ường là góc lái t ối đa (g ọi là đường kính vòng quay tr ở ổn định),. B ằng th ực nghi ệm thì: L2 ×T Dn = (1.13) 10 S Trong đó: L: Chi ều dài tàu (m). 19
21. T: M ớn n ước c ủa tàu (m). 2 S : Di ện tích bánh lái (m ). Chúng ta có th ể xác đị nh đường kính vòng quay tr ở theo chi ều dài tàu, ho ặc d ựa vào h ệ s ố kinh nghi ệm cho t ừng lo ại tàu và th ực t ế. Nó bi ểu th ị tính n ăng quay tr ở c ủa tàu. Đường kính l ớn nh ất c ủa vòng quay tr ở (ký hi ệu D max ): Đường kính l ớn nh ất c ủa vòng quay tr ở là kho ảng cách di chuy ển theo chi ều ngang tính t ừ o tr ọng tâm tàu lúc b ẻ lái đế n khi con tàu đã quay được 180 . Th ực nghi ệm cho th ấy Dmax > D n. Nó bi ểu th ị kh ả n ăng tránh va v ề phía m ạn quay tr ở theo chi ều ngang. ≤ Theo qui định c ủa IMO “IMO A 751(18) ”, tàu đóng sau 01/07/1994 thì Dmax 5L. TRANSFER 9 KTS 8 KTS ADVANCE TACTICAL TOTAL ADVANCE DIAMETER Dn 12 KTS HìnhDRIFT 1.11. Vòng quay tr ở c ủa tàu ANGLE 1.4.2.2. Nghiêng ngang khi quay tr ở: Gi ả s ử con tàu được b ẻ lái quay ph ải nh ư hình 1.12, tàu chuy ển độ ng quay v ới t ốc độ góc ω. Gọi F lt là l ực li tâm, l ực li tâm này được đặ t vào tr ọng tâm G c ủa tàu và đẩy con tàu ra xa vòng quay, R là l ực c ản tác d ụng vào ph ần chìm c ủa tàu, P là áp l ực n ước tác độ ng lên m ặt bánh lái. Giá tr ị góc nghiêng ngang ố ph ụ thu ộc góc b ẻ lái ọ và t ốc độ c ủa tàu - V. o Ta bi ết r ằng lúc đầ u góc ố = 2 ÷ 3 về phía b ẻ lái, khi quán tính còn nh ỏ. Giá tr ị này có xu hướng t ăng, sau đó theo s ự t ăng lên c ủa l ực quán tính đặ t vào tr ọng tâm tàu làm cho tàu cân b ằng, điều này s ẽ làm cho tàu nghiêng ngang v ề phía ngoài vòng quay tr ở. L ực quán tính gây nghiêng ngang khi quay tr ở được g ọi là l ực nghiêng ngang động, th ực t ế góc nghiêng ngang động có th ể đạ t đến giá tr ị khá l ớn. Tàu s ẽ ti ếp t ục chuy ển độ ng trên vòng quay tr ở, lúc vòng quay tr ở ổn đị nh thì ố gi ảm xu ống và đạt m ột giá tr ị ổn đị nh nào đó, giá tr ị góc nghiêng này là hàm s ố c ủa t ốc độ quay tr ở ω (ố = f ( )). L ực li tâm F lt làm cho t ầu có xu h ướng b ị đẩ y tr ọng tâm tàu ra xa tâm vòng quay tr ở. ω W1 W L0 0 20 Flt G ố B R L1
22. Từ công th ức tính l ực li tâm : m ×V 2 Flt = (1.14). r Gọi mô men h ồi ph ục c ủa tàu là M n, giá tr ị M n được tính theo công th ức : Mn = Dxhxsin ố . ⋅ ⋅ 2 m g V − d Hay M n= Dhsin ố = (Z G ) cos ố g × r 2 ⋅ ⋅ 2 m g V − d θ => θ ≈ θ => tg ố = (Z G ) nhá tg D × h × r × g 2 2 o V − d => ốmax = 1,4 (ZG ) (1.15) (công th ức G.A Fzirso) h× L 2 Ho ặc công th ức th ực nghi ệm: V 2 × b θ 0 =1,54 (1.16) max r × h Trong đó : M : Kh ối l ượng c ả con tàu. D : L ượng r ẽ n ước c ủa tàu. 2 g : Gia t ốc tr ọng tr ường (9,81m/giây ). V: T ốc độ tàu (m/giây). Flt : L ực li tâm. ố: Góc nghiêng ngang khi quay tr ở. r: Bán kính quay tr ở. h: Chi ều cao th ế v ững ban đầ u. d: M ớn n ước trung bình c ủa tàu. ZG : Cao độ tr ọng tâm tàu. b : Kho ảng cách gi ữa tr ọng tâm G và tâm n ổi B c ủa tàu. Nhìn vào công th ức 1.15 và 1.16 ta th ấy góc nghiêng ngang t ối đa khi quay tr ở t ỉ l ệ thu ận v ới bình ph ươ ng t ốc độ và t ỉ l ệ ngh ịch v ới chi ều cao th ế v ững ban đầu. Điều này cho th ấy khi quay tr ở với v ận t ốc l ớn d ễ b ị l ật tàu, nh ất là tàu có chi ều cao th ế v ững nh ỏ nh ư tàu ch ở container, tàu ch ở g ỗ Điều này c ần đặ c bi ệt quan tâm khi quay tr ở tàu trong điều ki ện sóng gió. N ếu tàu có góc nghiêng ban đầu ( ốo) thì nó ảnh h ưởng đế n góc nghiêng ngang t ối đa trên vòng quay tr ở. Tu ỳ thu ộc bên quay o tr ở mà đường kính quay tr ở có th ể gi ảm ho ặc t ăng (tàu ch ở g ỗ tr ước kia th ường có ố ban đầu). o Tàu hàng khô theo quy định góc nghiêng ngang ban đầu do quay tr ở ố ≤ 12 , tàu khách và o quân s ự ố ≤ 17 . ố 16 12 ốđ 0 Khi21 ố ổn đị nh 8 4
23. 1.4.2.3. Kho ảng d ịch chuy ển theo chi ều ngang - Transfer (kí hi ệu Tr): Kho ảng d ịch chuy ển theo chi ều ngang là kho ảng cách tính t ừ tr ọng tâm tàu khi nó đã quay o được 90 đến h ướng ban đầ u theo chi ều ngang. Th ực nghi ệm cho th ấy giá tr ị Tr = (0,25 ÷ 0,5)D n, Tr bi ểu th ị kh ả n ăng tránh va theo chi ều ngang, kh ả n ăng tàu chuy ển h ướng sang h ướng m ới, giúp ta tránh va ch ướng ng ại theo phía tr ước ho ặc tính toán quãng đường để chuy ển sang h ướng m ới. 1.4.2.4. Kho ảng d ịch chuy ển theo chi ều d ọc – Advance ( kí hi ệu A d) : o Kho ảng cách tính t ừ tr ọng tâm tàu t ại v ị chí khi b ắt đầ u b ẻ lái đế n khi quay được 90 theo chi ều d ọc tính trên h ướng chuy ển d ịch, g ọi là kho ảng d ịch chuy ển d ọc. B ằng th ực nghi ệm cho th ấy giá tr ị A d = (0,6 ÷ 1,2)D n. Kho ảng d ịch chuy ển theo chi ều d ọc cho ta kh ả n ăng tránh va theo chi ều d ọc, ngoài ra còn cho phép tính kho ảng cách và góc quay c ần thi ết để đi vào h ướng m ới khi quay tr ở ở đoạn cong, khúc ngo ặt, kênh lu ồng Theo qui định c ủa IMO “IMO A 751(18) ”, tàu đóng sau 01/07/1994 thì A d≤ 4,5 L. 1.4.2.5. Kho ảng d ịch chuy ển ng ược : Đoạn d ịch chuy ển tính t ừ tr ọng tâm tàu theo chi ều ngang ng ược v ới h ướng b ẻ lái g ọi là kho ảng d ịch chuy ển ng ược. B ằng th ực nghi ệm c ũng cho th ấy kho ảng d ịch chuy ển ng ược = (0,05 ÷ B 0,1)D n hay ≤ . 2 Kho ảng d ịch chuy ển ng ược bi ểu th ị kh ả n ăng tránh va theo phía ng ược v ới phía quay tr ở. 1.4.2.6. Góc d ạt và tính n ăng quay tr ở : Góc d ạt β là góc gi ữa m ặt ph ẳng tr ục d ọc tàu và đường th ẳng ti ếp tuy ến v ới vòng quay tr ở đi o qua tr ọng tâm t ầu. Th ường β = 10 ÷ 15 , β càng l ớn th ể hi ện tính n ăng quay tr ở c ủa con t ầu càng cao. Góc β xu ất hi ện khi tàu b ẻ lái xong và luôn ở m ạn phía ngoài vòng quay tr ở. 1.4.2.7. V ận t ốc và th ời gian quay tr ở : Vận t ốc dài trên vòng quay tr ở coi nh ư v ận t ốc dài c ủa tr ọng tâm tàu, V dài ở các điểm khác nhau thì khác nhau. Th ời gian c ủa m ột chu k ỳ quay tr ở là T qtr ở . Quãng đường c ủa 1 chu k ỳ quay tr ở 360 ' = × được tính nh ư sau: S quaytro Tquaytro vquaytro 1.4.2.8. T ốc độ b ị gi ảm khi quay tr ở : Qua vi ệc th ử nghi ệm th ấy r ằng 1 con tàu ch ở d ầu lo ại r ất l ớn VLCC “Very Large Cruide 0 Carrier ” m ất tr ớn t ới t ừ 25 ÷30% m ỗi l ần đổ i h ướng 9 . N ếu đang ch ạy v ới t ốc độ 12 h ải lý/gi ờ, khi kết thúc 1 vòng quay t ốc độ ch ỉ còn 2 ÷3 h ải lý/gi ờ (gi ả s ử b ẻ lái h ết v ề m ột bên). Hình 1.14 miêu t ả một con tàu khi b ẻ h ết lái để quay tr ở, t ốc độ ban đầ u khi ti ến hành b ẻ lái quay là 12 h ải lý/gi ờ, sau 0 khi quay được 90 độ t ốc độ gi ảm còn 6,5 h ải lý/gi ờ và khi quay được 180 t ốc độ ch ỉ còn 4,5 h ải lý/gi ờ. 0 Thay đổi h ướng 90 . T ốc độ = 6,5 n ơ. Thay đổi h ướng 180 0 .T ốc độ = 4,2 n ơ. Th ời Th ời gian: 4 phút 30 giây gian trôi qua: 9 phút 20 giây Chi ều dài tàu 22 Tổng th ời gian m ất 21 phút 5 giây
24. 1.4.3. Tâm quay và v ị trí c ủa nó 1.4.3.1. Khái ni ệm, đị nh ngh ĩa v ề tâm quay: Khi con tàu quay tr ở, nó s ẽ quay xung quanh m ột điểm n ằm trên tr ục d ọc c ủa tàu, điểm đó được g ọi là tâm quay (Pivot point). Khi tàu chuy ển độ ng t ới, tâm quay n ằm ở kho ảng 1/4 chi ều dài tàu tính t ừ m ũi, còn khi lùi tâm quay n ằm ở 1/4 chi ều dài tàu tính t ừ lái. 1.4.3.2. Các y ếu t ố ảnh h ưởng đế n tâm quay và l ưu ý trong điều độ ng: Tốc độ chuy ển độ ng c ủa tàu: khi tàu b ắt đầ u chuy ển độ ng tâm quay ở vào kho ảng 1/3 chi ều dài c ủa tàu tính t ừ m ũi ho ặc lái (t ới ho ặc lùi), khi t ốc độ tàu đã ổn đị nh tâm quay s ẽ ở vào kho ảng 1/4 chi ều dài c ủa t ầu tính t ừ m ũi ho ặc lái. Khi chúi đuôi: Tâm quay có su h ướng d ịch chuy ển v ề phía gi ữa tàu Khi chúi m ũi: Tâm quay chuy ển d ịch v ề phía tr ước 1.4.4. Các y ếu t ố ảnh h ưởng đế n quay tr ở và đánh giá tính n ăng điều độ ng t ừ độ l ớn vòng quay tr ở Các y ếu t ố ảnh h ưởng đế n quay tr ở: - ảnh h ưởng c ủa nông c ạn: Gọi H là độ sâu n ơi quay tr ở và T là m ớn n ước c ủa tàu lúc quay tr ở, ng ười ta th ấy r ằng khi t ỉ số H/T < 2,5 b ắt đầ u có ảnh h ưởng của nông c ạn. Qua th ực nghi ệm cho th ấy đường kính vòng quay tr ở t ăng lên. Tàu quay nhanh h ơn n ước sâu vì trong lúc quay t ốc độ tàu gi ảm không nhanh nh ư ở nước sâu (hình 1.15). - ảnh h ưởng c ủa chi ều quay chân v ịt: Với tàu chân v ịt chi ều ph ải, bán kính quay tr ở khi quay sang trái s ẽ nh ỏ h ơn khi quay sang ph ải do tác độ ng c ủa thành ph ần l ực đẩ y ngang. Tuy nhiên, độ chênh l ệch này r ất nh ỏ. - ảnh h ưởng c ủa m ớn n ước: Khi tàu x ếp đầ y hàng đường kính vòng quay tr ở s ẽ l ớn h ơn so v ới không hàng khi quay cùng tốc độ và cùng điều ki ện ngo ại c ảnh. - ảnh h ưởng do chúi: Nếu chúi m ũi, đường kính quay tr ở nh ỏ h ơn chúi lái nh ưng t ốc độ quay ch ậm h ơn so v ới chúi lái. - ảnh h ưởng do nghiêng: Tàu d ễ quay v ề phía m ạn cao và vòng quay tr ở v ề phía m ạn đó s ẽ nh ỏ h ơn khi quay v ề phía m ạn th ấp. s N c nông ướ Độ sâu trung bình Nước sâu 23
25. Đánh giá tính n ăng điều độ ng tàu t ừ độ l ớn vòng quay tr ở: Tính n ăng quay tr ở là m ột trong nh ững tính n ăng điều độ ng tàu quan tr ọng mà ng ười điều khi ển c ần ph ải n ắm được. Vòng quay tr ở c ủa m ột con tàu càng nh ỏ th ể hi ện tính n ăng quay tr ở càng tốt. 1.4.5. Xác định vòng quay tr ở c ủa tàu 1.4.5.1. S ử d ụng Radar v ới 1 phao ho ặc m ục tiêu c ố đị nh ( đo ph ươ ng v ị và kho ảng cách t ới 1 m ục tiêu): -Cơ s ở c ủa ph ươ ng pháp: Từ m ột v ị trí được ch ọn để xác đị nh vòng quay tr ở, b ẻ h ết lái về m ột bên, liên t ục đo ph ươ ng v ị và kho ảng cách t ới m ục tiêu. T ừ m ục tiêu thao tác ph ươ ng v ị ngh ịch. T ập h ợp các v ị trí quan sát (ph ươ ng v ị và kho ảng cách cho ta v ị trí tàu). -Cách xác định thông s ố: Khi b ắt đầ u cho tàu ch ạy, b ẻ bánh lái sang 1 bên t ối đa và gi ữ nguyên góc b ẻ lái. C ứ kho ảng 10 giây đọ c s ố li ệu ph ươ ng v ị và kho ảng t ới m ục tiêu đã ch ọn, sau đó ghi vào b ảng sau: Stt Ph ươ ng v ị ( độ ) Kho ảng cách (h ải lý) Ph ươ ng v ị ngh ịch ( độ ) 01 02 40 -Cách v ẽ: 0 Trên tr ục th ẳng đứ ng trùng v ới h ướng 000 , l ấy v ị trí ban đầ u c ủa tàu. T ừ v ị trí đó k ẻ các ph ươ ng v ị, trên đó l ấy độ dài b ằng kho ảng cách t ừ v ị trí ban đầ u c ủa tàu đến m ục tiêu. Xác định các vị trí ti ếp theo trên c ơ s ở c ủa ph ươ ng pháp, n ối các v ị trí l ại v ới nhau cho ta vòng quay tr ở. 1.4.5.2. Ph ươ ng pháp h ướng và t ốc độ : -Cơ s ở c ủa ph ươ ng pháp: Với 2 thông s ố h ướng và t ốc độ c ủa tàu đã đo được, ta xác đị nh trên m ỗi h ướng c ụ th ể, trong vòng 10 giây tàu ta đi được quãng đường là: Tốc độ t àu X 1852 Tốc độ t àu X 1852 X 10 = 3600 360 Với 2 thông s ố h ướng và quãng đường tàu đi được trong 10 giây trên h ướng đi đó, ta s ẽ xác định được qu ĩ đạ o v ị trí tàu, t ập h ợp các v ị trí đó cho ta vòng quay tr ở cu ả tàu. -Xác định thông s ố: Cho tàu ch ạy, b ẻ bánh lái h ết v ề m ột bên và gi ữ nguyên góc lái đó. C ứ 10 giây m ột l ần ghi 0 lại h ướng và t ốc độ tàu. Khi tàu quay được 360 so v ới h ướng ban đầ u thì thôi. Các thông s ố ghi chép vào b ảng sau: Stt Hướng ( độ ) Tốc độ (h ải lý/gi ờ) Kho ảng cách (mét) 01 02 24
26. 40 -Cách v ẽ: Đối s ố h ướng và kho ảng cách, ch ọn 1 tr ục th ẳng đứ ng trùng v ới h ướng 000 0, l ấy g ốc t ọa độ (O) là v ị trí tàu lúc b ắt đầ u b ẻ lái. T ừ điểm O k ẻ h ướng C 1 và xác định quãng đường tàu đi được trong 10 giây trên h ướng C 1, tìm được điểm A 1, c ứ l ần l ượt nh ư v ậy ta được các điểm A 2, An, n ối lại cho ta vòng quay tr ở c ủa tàu (th ường kho ảng 40 điểm). 1.4.5.3. S ử d ụng GPS: -Cơ s ở c ủa ph ươ ng pháp: Cơ s ở chuy ển v ị trí tàu t ừ m ặt c ầu sang m ặt ph ẳng (t ọa độ Đề các) (do vi ệc ta không th ể tr ực ti ếp ch ấm các điểm v ị trí t ừ GPS lên h ải đồ mà ph ải v ẽ trên 1 t ờ gi ấy). Từ t ọa độ ( ϕ, λ) trong b ảng ta thể hi ện v ị trí tàu trên t ọa độ Đề các (Oxy) theo công th ức: Yi = ∆ϕi X 1852 (m) ∆ϕi = ϕi - ϕ1 Xi = ∆λi X 1852 X Cos ϕi (m) ∆λi = λi - λ1 Th ể hi ện t ừng c ặp t ọa độ (X i, Y i) t ươ ng ứng trên h ệ t ọa độ Đề các cho v ị trí tàu, t ập h ợp các vị trí tàu này cho ta vòng quay tr ở. - Xác định các thông s ố: Khi b ắt đầ u cho tàu ch ạy, ng ười b ẻ lái đồ ng th ời b ẻ lái sang ph ải (ho ặc trái) v ới góc b ẻ lái t ối đa và gi ữ nguyên bánh lái ở góc b ẻ lái đó. C ứ sau kho ảng 10 giây ghi l ại t ọa độ ( ϕi, λi) c ủa tàu 1 l ần. Ghi liên t ục nh ư v ậy vào b ảng d ưới đây khi tàu quay được 360 0 so v ới h ướng b ẻ lái ban đầ u thì thôi. Stt ϕi ( độ) λi ( độ) ∆ϕi (%/phút) ∆λi(%/phút) Xi (m) Yi (m) 01 02 40 -Cách v ẽ: Sau khi xác định được X i và Y i. Trên tr ục hoành Ox ta l ấy hoành độ X i Trên tr ục tung Oy ta l ấy tung độ Y i 1.4.5.4. Các ph ươ ng pháp khác: - S ử d ụng góc k ẹp ngang - S ử d ụng v ết ảnh t ầu chuy ển độ ng trên màn hình RADAR. 1.4.5.5. Ví d ụ minh ho ạ cho vòng quay tr ở c ủa 1 tàu hàng: Các thông s ố : LOA=143,402m; Lpp=134,112m; Breadth=19,812m; Depth=12,344m; Full Draft=9,054m; Full load Displacement= 19.126T; Máy chính MCR =5.130BHP X 500RPM., NOR=4.540 X 480RPM; Bridge to Bow = 113,5m; Bridge to stern=30m turning circle Full load Ballast Advance Transfer Time Advance Transfer Time Full ah ’d Port 1,795ft 770ft 2m-05s 1,365ft 735ft 1m-54s 10.9kts Stb 1,630ft 830ft 2m-00s 1,345ft 630ft 1m-50s Half ah ’d Port 1,780ft 770ft 2m-21s 1,315ft 670ft 2m-15s 9.6 kts Stb 1,610ft 830ft 2m-15s 1,320ft 735ft 2m-09s Warning: The response of the above named vessel may be difference from that listed above if any of the following conditions, upon which maneuvering information is based are varied 1. Calm weather-wind 10 knots or less, calm sea. 2. No current. 3. Water depth twice the vessel ’s draft greater 25
27. 4. Clean hull. 5. Intermediate draft or unusual trim. 1.5. Chân v ịt và tác d ụng c ủa nó trong điều độ ng tàu 1.5.1. L ực đẩ y phát sinh khi chân v ịt quay 1.5.1.1. Khái ni ệm: Chân v ịt là b ộ ph ận cu ối cùng chuy ển công su ất c ủa máy thành l ực đẩ y cho tàu chuy ển độ ng tới ho ặc lùi. M ặt khác, chân v ịt còn ảnh h ưởng t ới tính n ăng quay tr ở c ủa tàu. V ề v ấn đề này, ng ười điều khi ển tàu c ần ph ải n ắm v ững để l ợi d ụng các ưu nh ược điểm c ủa nó trong quá trình điều độ ng. Chân v ịt c ủa tàu có 3, 4 hay nhi ều cánh. S ố l ượng cánh nhi ều hay ít không ảnh h ưởng đế n tính n ăng quay tr ở, chân v ịt nhiều cánh khi ho ạt độ ng s ẽ gi ảm độ rung c ủa tàu so v ới chân v ịt ít cánh. Với tàu 1 chân v ịt, thì chân v ịt được đặ t ở sau lái tàu, n ằm trong m ặt ph ẳng tr ục d ọc và ở tr ước bánh lái. Pha c ủa chân v ịt hay còn g ọi là b ước c ủa chân v ịt đó là kho ảng cách m ột điểm trên đầu c ủa cánh chân v ịt t ịnh ti ến được khi chân v ịt đó quay được m ột vòng trong th ể đặ c. Giá tr ị th ực d ụng c ủa bước chân v ịt được tính theo công th ức sau đây: = ScVc ηc (1.17) 75 Nh Trong đó: Sc : áp l ực c ủa chân v ịt Vc : T ốc độ chuy ển độ ng c ủa chân v ịt Nh : Công su ất h ữu ích c ủa máy. Khi tàu ch ạy t ới, n ếu đứ ng t ừ lái tàu nhìn v ề phía m ũi mà th ấy cánh chân v ịt quay theo chi ều thu ận chi ều kim đồ ng h ồ thì được g ọi là chân v ịt chi ều ph ải. Chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, khi tàu ch ạy t ới, n ếu đứng t ừ lái tàu nhìn v ề phía m ũi mà th ấy cánh chân v ịt quay theo chi ều ng ược chi ều kim đồng h ồ thì được g ọi là chân v ịt chi ều trái (hình 1. 16). Tàu ch ạy t ới - Chân v ịt chi ều ph ải Tàu ch ạy t ới - Chân v ịt chi ều trái Hình 1.16. Chân v ịt chi ều ph ải và chân v ịt chi ều trái 1.5.1.2. L ực đẩ y phát sinh khi chân v ịt quay: Khi chân v ịt quay trong n ước dòng n ước sinh ra do thành ph ần phân l ực ngang luôn bao quanh bánh lái ngay c ả khi bánh lái n ằm trong m ặt ph ẳng tr ục d ọc c ủa tàu, ngh ĩa là khi bánh lái để số không. - Thành ph ần phân l ực ngang C: Để th ấy rõ ảnh h ưởng c ủa chi ều quay chân v ịt t ới tính n ăng quay tr ở ta ti ến hành xét m ột chân v ịt chi ều ph ải 4 cánh, v ị trí các cánh được kí hi ệu là I, II, III, IV và các phân l ực ngang do các cánh sinh ra được kí hi ệu là C 1, C 2, C 3, C 4 t ươ ng ứng khi tàu ch ạy t ới. (hình 1.17). Cánh I đẩy lu ồng n ước phía trên quay sang ngang và xu ống d ưới, t ạo ra phân l ực ngang C 1, 26
28. phân l ực ngang C 1 có chi ều t ừ trên xu ống d ưới theo chi ều th ẳng đứ ng nên không gây ảnh h ưởng đế n quay tr ở c ủa tàu, ph ản l ực c ủa n ước D 1 có chi ều ng ược l ại, có tác d ụng nâng lái t ầu lên. Cánh II n ằm ở bên ph ải quay t ừ trên xu ống và sang ngang qu ạt m ột lu ồng n ước t ừ ph ải qua trái, phân l ực ngang C 2 tác d ụng tr ực ti ếp vào ph ần d ưới m ặt bên ph ải c ủa bánh lái, làm cho lái tàu dịch chuy ển sang trái. Ph ản l ực n ước D 2 có tác d ụng làm cho lái tàu d ịch chuy ển v ề phía bên ph ải. Cánh III n ằm ở phía d ưới, quay t ừ d ưới lên trên t ạo ra phân l ực ngang C 3 có chi ều sang ngang và lên trên. Phân l ực ngang C 3 không ảnh h ưởng gì đến quay tr ở c ủa tàu. Ph ản l ực c ủa n ứơc D2 có tác d ụng dìm lai tàu xu ống. ω C2 D3 C D4 1 I IV II C4 C3 D2 III D 1 Hình 1.17. Thành ph ần l ực ngang C sinh ra khi chân v ịt chi ều trái ch ạy t ới Cánh IV n ằm ở bên trái qu ạt m ột kh ối n ước t ừ d ưới lên trên v ới phân l ực ngang C 4 đập tr ực ti ếp vào m ặt trên bên trái c ủa bánh lái. Phân l ực ngang C 4 có tác d ụng làm ph ần lái tàu ng ả sang ph ải, ph ản l ực n ước D 4 t ươ ng ứng có tác d ụng đẩ y lai tàu sang phía bên trái. Qua phân tích trên th ấy r ằng l ực C 1 và C 3 không gây ảnh h ưởng gì đến quay tr ở mà ch ỉ có C 2 và C 4 m ới có tác d ụng. Hai l ực này ng ược chi ều nhau và có ph ươ ng vuông góc v ới m ặt ph ẳng tr ục dọc c ủa tàu. Ta th ấy cánh II làm vi ệc sâu h ơn cánh IV nên lực C 2 > C 4. N ếu g ọi l ực t ổng h ợp c ủa chúng là C thì ta có th ể vi ết C = C 2 - C 4. Nh ư v ậy t ổng h ợp l ực C cùng chi ều v ới C 2, làm cho lái tàu chuy ển d ịch v ề phía bên trái. Cũng qua phân tích trên ta th ấy r ằng l ực D 1 và D 3 không gây ảnh h ưởng gì đến quay tr ở mà ch ỉ có D 2 và D 4 m ới có tác d ụng. Hai l ực này ng ược chi ều nhau và có độ l ớn khác nhau. Ta th ấy cánh II làm vi ệc sâu h ơn cánh IV nên l ực D 2 > D 4. N ếu g ọi l ực t ổng h ợp c ủa chúng là D thì ta có th ể vi ết D = D 2 - D 4. Nh ư v ậy t ổng h ợp l ực D cùng chi ều v ới D 2 làm cho lai tàu d ịch chuy ển v ề bên ph ải. 1.5.2.Các dòng n ước sinh ra khi chân v ịt quay 1.5.2.1. Dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái: Khi chân v ịt quay đẩ y tàu chuy ển độ ng t ới thì xu ất hi ện dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái, n ếu bánh lái để s ố không thì áp l ực c ủa n ước tác d ụng cân b ằng trên 2 m ặt bánh lái, vì v ậy s ẽ không gây ảnh h ưởng đế n quay tr ở c ủa tàu mà ch ỉ làm cho tàu luôn chuy ển độ ng th ẳng. N ếu b ẻ lái v ề m ột bên mạn nào đó thì dòng này k ết h ợp v ới thành ph ần ph ản l ực d ọc c ủa dòng n ước xoáy tròn do chân v ịt tạo ra s ẽ t ạo nên áp l ực n ước trên m ặt bánh lái làm cho tàu ng ả m ũi v ề m ạn b ẻ lái. 1.5.2.2. Thành ph ần xoáy tròn do chân v ịt t ạo ra: Khi chân v ịt quay đạ p lu ồng n ước v ề phía sau để đẩ y tàu chuy ển độ ng v ề phía tr ước, lu ồng nước này t ạo thành m ột dòng n ước cu ộn tròn theo chi ều ngang c ủa chân v ịt. Các ph ần t ử c ủa dòng bị đẩ y lui, đồ ng th ời tham gia 2 chuy ển độ ng, v ừa chuy ển độ ng quay v ừa chuy ển độ ng th ẳng. Khi đó, dòng b ị đẩ y lùi có th ể chia thành 2 thành ph ần t ươ ng ứng và có 2 ph ần l ực đó là: Thành ph ần phân lực ngang, ký hi ệu C, Thành ph ần phân l ực d ọc, ký hi ệu d. 27
29. 1.5.2.3. Dòng n ước hút theo tàu: Khi đứng yên, thân tàu s ẽ chi ếm m ột l ượng r ẽ n ước đúng b ằng th ể tích ph ần chìm c ủa nó. Nếu chân v ịt đạ p n ước đẩ y tàu ti ến v ề phía tr ước thì ph ần chìm đó s ẽ để l ại phía sau m ột vùng tr ống. Do s ự chênh l ệch v ề áp su ất mà n ước ở xung quanh nhanh chóng tràn vào l ấp ch ỗ tr ống đó và khi tàu ti ếp t ục ch ạy t ới thì các kho ảng tr ống được hình thành n ối ti ếp nhau. N ước c ũng ti ếp t ục chuy ển động tràn vào l ấp nh ững kho ảng tr ống trên. Khi đó s ẽ hình thành m ột dòng n ước đuổi theo s ự chuy ển độ ng c ủa tàu để l ấp ch ỗ tr ống đó do ph ần chìm c ủa v ỏ tàu để l ại. Ng ười ta g ọi dòng n ước này là dòng n ước hút theo tàu. T ốc độ c ủa dòng n ước hút theo m ạnh nh ất ở g ần m ặt n ước, gi ảm d ần và đạt giá tr ị g ần b ằng không ở d ưới ki tàu. Nếu tàu có chân v ịt chi ều ph ải khi ch ạy t ới, dòng n ứoc tràn vào này s ẽ sinh ra m ột l ực có tác dụng đẩ y lái tàu qua trái. L ực này ký hi ệu là b. M ặt khác, dòng này vì có chuy ển độ ng xuôi theo tàu nên m ột ph ần nào đó đã sinh ra l ực c ản dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái, làm gi ảm áp l ực tác d ụng lên mặt bánh lái khi bánh lái b ẻ sang m ột m ạn nào đó. Khi tàu đứng yên, dòng này không t ồn t ại, nó ch ỉ xu ất hi ện khi tàu b ắt đầ u chuy ển độ ng và tăng theo v ận t ốc tàu. Tàu có hình h ộp thì dòng theo m ạnh, vì v ậy các tàu có ph ần lái vuông, đáy bằng ph ẳng th ường khó nghe lái h ơn tàu có đáy và đuôi thon. 1.5.3. Hi ệu ứng chân v ịt t ới đặ c tính điều độ ng tàu 1.5.3.1. Khi tàu ch ạy t ới bánh lái để s ố không: - Xét m ột chân v ịt chi ều ph ải: 1. Thành phần phân l ực ngang C: Nh ư m ục 1.5.1.2. đã trình bày, t ổng h ợp thành ph ần phân l ực ngang C cùng chi ều v ới chi ều tác d ụng c ủa C 2, C = C 2 - C 4, thành ph ần này có tác d ụng đẩ y lái tàu sang trái, m ũi tàu sang ph ải (v ới chân v ịt chi ều ph ải) (hình 1.18), còn v ới chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, t ổng h ợp l ực C s ẽ đẩ y lái tàu sang ph ải còn m ũi tàu sang trái) 2. Thành ph ần ph ản l ực c ủa n ước D: Thành ph ần này sinh ra khi tàu có tr ớn t ới. T ổng h ợp D cùng chi ều v ới chi ều tác d ụng c ủa D3, D = D 3 - D 1, thành ph ần này có tác d ụng đẩ y lái tàu sang ph ải, m ũi tàu sang trái (v ới chân v ịt chi ều ph ải) (hình 1.18), còn v ới chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, t ổng h ợp l ực D s ẽ đẩ y lái tàu sang trái, m ũi tàu sang ph ải. 3. Thành ph ần dòng n ước hút theo tàu b: Nh ư m ục 1.5.2.3. đã trình bày, dòng n ước hút theo tàu b có tác d ụng đưa m ũi sang ph ải, lái tàu sang trái (v ới chân v ịt chi ều ph ải), v ới chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, dòng hút theo tàu có tác dụng đẩ y lái tàu qua ph ải, m ũi tàu sang trái. Ng ười ta nh ận th ấy r ằng, khi chân vịt chi ều ph ải quay, tàu có tr ớn t ới thì t ổng h ợp thành ph ần phân l ực ngang C và thành ph ần do dòng n ước hút theo tàu b s ẽ l ớn h ơn ph ản l ực D. Hay nói cách khác C + b > D, t ức là làm cho lái tàu sang trái m ũi sang ph ải. N ếu chân v ịt chi ều trái thì ng ược lại, t ổng h ợp C + b > D, nh ưng lái tàu l ại ng ả ph ải còn m ũi ng ả trái. ω C2 D3 C1 D4 I IV II C4 III C3 D2 D1 Hình 1.18. Hi ệu ứng chân v ịt t ới đặ c tính điều độ ng tàu (chân v ịt chi ều ph ải, tàu ch ạy t ới, bánh lái để s ố không) 28
30. Cần l ưu ý r ằng hi ện t ượng này x ảy ra khi tàu có tr ớn còn n ếu ch ưa có tr ớn t ới thì b ch ưa xu ất hi ện và m ũi ng ả trái. T ức là ban đầu ng ả trái sau đó có tr ớn thì m ũi có xu h ướng ng ả ph ải. Hi ện tượng này g ọi là hi ệu ứng chân v ịt và ta c ần l ưu ý đặc bi ệt khi tàu ch ạy ballast, khi tàu chúi đuôi l ớn. Các l ực có th ể khác nhau v ề độ l ớn do đó hi ệu ứng s ẽ khác nhau. 1.5.3.2. Khi tàu ch ạy lùi bánh lái để s ố không: Dòng n ước do chân v ịt sinh ra đậ p vào lái tàu không đều t ại m ọi điểm. Dòng này ch ủ y ếu không cu ộn quanh bánh lái mà đập tr ực ti ếp vào các bên m ạn hông tàu phía d ưới đường n ước. 1. Thành ph ần phân l ực ngang C: Cánh I sinh ra phân l ực ngang C 1’. Kh ối nước do cánh I sinh ra t ừ ph ải sang trái và xuôi xu ống phía d ưới song song v ới m ặt bánh lái, do v ậy C 1’ không có tác d ụng quay tr ở. Cánh II qu ạt kh ối n ước t ừ ph ải sang trái đậ p vào hông tàu m ạn ph ải sinh ra C 2’ có tác d ụng làm đuôi tàu sang trái, m ũi sang ph ải. Cánh III qu ạt kh ối n ước t ừ d ưới lên t ạo ra C 3’ song song v ới m ặt bánh lái không có tác d ụng quay tr ở. Cánh IV qu ạt kh ối n ước t ừ trên xu ống d ưới và sang ph ải t ạo ra C 4’ đập vào hông tàu m ạn trái làm cho đuôi tàu qua ph ải m ũi qua trái. Qua phân tích th ấy C 4’ > C 2’ vì cánh II quay kh ối n ước hoàn toàn đập vào hông tàu m ạn ph ải phía trên còn cánh IV thì m ột ph ần kh ối n ước lu ồn qua ki tàu sang bên ph ải, ph ần còn l ại đậ p vào hông tàu m ạn trái. Do v ậy tác d ụng c ủa t ổng h ợp phân l ực ngang C ’ làm m ũi tàu sang phải. 2. Thành ph ần ph ản l ực D: Tươ ng t ự, thành ph ần D 3’ ch ỉ có tác d ụng dìm lái tàu xu ống và D 1’ ch ỉ có tác d ụng nâng lái tàu lên. Còn D 2’ làm cho m ũi ng ả trái; D 4’ làm m ũi ng ả ph ải vì D 4’ > D 2’ t ổng h ợp D ’ = D 4’ - D 2’ làm cho đuôi tàu ng ả trái m ũi ng ả ph ải. 3. Thành ph ần dòng n ước ch ảy t ừ m ũi v ề lái: Dòng ch ảy t ừ lái v ề m ũi không có tác d ụng quay tr ở. Nh ư v ậy t ổng h ợp các l ực C, D đề u cùng chi ều và có tác d ụng làm cho m ũi tàu ng ả ph ải, lái tàu sang trái (v ới chân v ịt chi ều ph ải), v ới chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, khi lùi thì m ũi ng ả trái. Tóm l ại khi ch ạy lùi, m ũi có xu h ướng ng ả ph ải ho ặc trái m ạnh h ơn r ất nhi ều so v ới khi t ới. ω ’ D 3 ’ ’ C 4 ’ D 2 C 1 I IV II ’ D’ C 3 4 III ’ ’ D 1 C 2 Hình 1.19. Chân v t chi u ph i, tàu ch y lùi, bánh lái s không ị ề ả ạ để ố 1.5.4. Mối t ươ ng quan c ủa chân v ịt đố i v ới s ự thay đổ i ch ế độ ho ạt độ ng c ủa máy tàu. Điều ki ện xét ở đây là tàu có trang b ị chân v ịt chi ều ph ải, thân v ỏ tàu không ch ịu ảnh h ưởng của sóng, gió dòng ch ảy. 1.5.4.1. Tàu ti ến ổn đị nh: Lúc này máy đã làm vi ệc ổn đị nh, t ốc độ tàu t ươ ng ứng v ới ch ế độ quy đị nh c ủa máy, bánh lái để s ố không. Lực đẩ y c ủa máy P e đẩy tàu ti ến th ẳng. 29
31. Lực do dòng n ước theo b đẩ y đuôi tàu sang trái m ũi sang ph ải. Lực do chân v ịt quay t ạo ra dòng n ước g ọi là C đẩy đuôi tàu sang trái m ũi sang ph ải. Ph ản l ực D đẩ y đuôi tàu sang ph ải m ũi sang trái. Khi ti ến ổn đị nh, ph ản l ực D gi ảm nên C + b > D t ức là làm cho đuôi tàu sang trái m ũi sang ph ải (v ới chân v ịt chi ều ph ải), chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, m ũi sang trái, đuôi sang ph ải. 1.5.4.2. Tàu lùi ổn đị nh: Bánh lái để s ố không, chân v ịt đổ i chi ều quay, tàu lùi ổn đị nh, lúc này ta th ấy: Lực đẩ y do máy sinh ra P làm tàu lùi th ẳng. Lực do dòng n ước chân v ịt quay t ạo ra C ’ làm m ũi tàu sang ph ải. Ph ản l ực D ’ đẩy đuôi tàu sang trái m ũi ph ải. Tổng h ợp các l ực C ’ + D ’ làm cho m ũi tàu ng ả ph ải m ạnh (chân v ịt chi ều ph ải), chân vịt chi ều trái thì ng ược l ại, m ũi ng ả trái m ạnh. 1.5.4.3. Tàu đang d ừng, ti ến máy: Lực đẩ y c ủa máy P đẩ y tàu ti ến Ph ản l ực D xu ất hi ện l ớn nh ất đẩ y đuôi sang ph ải m ũi tàu sang trái. Lực do cánh chân v ịt t ạo ra C b ắt đầ u tác độ ng nên ch ưa l ớn l ắm và đẩy đuôi tàu sang trái mũi sang ph ải. D > C nên đuôi tàu sang ph ải m ũi sang trái, chân v ịt chi ều trái thì ng ược l ại, đuôi tàu sang trái, m ũi sang ph ải. 1.5.4.4. Tàu đang d ừng lùi máy: Lực đẩ y P đẩ y tàu lùi Ph ản l ực D ’ xu ất hi ện l ớn nh ất đẩ y đuôi tàu sang trái m ũi sang ph ải. Lực do cánh chân v ịt t ạo ra C ’ b ắt đầ u tác độ ng nên không l ớn l ắm và đẩy đuôi tàu sang trái mũi sang ph ải. D’ và C ’ tác động cùng chi ều nên m ũi ng ả ph ải m ạnh. 1.5.4.5. Thay đổi máy t ừ ti ến sang lùi: Nếu máy đang ti ến ta stop và chuy ển sang lùi ngay thì tàu v ẫn ti ếp t ục ti ến do quán tính. Do đổi chi ều máy nên các l ực tác d ụng làm l ệch h ướng tàu c ũng thay đổ i. Khi stop máy (chân v ịt ng ừng quay). Các l ực P, C, D không còn nh ưng đến khi quay lùi l ại xu ất hi ện các l ực sau: Lực đẩ y c ủa máy P đẩ y tàu lùi phá tr ớn. Lực C ’ đẩy đuôi tàu sang trái, m ũi sang ph ải. Ph ản l ực D ’ đẩy đuôi tàu sang trái, m ũi sang ph ải. 1.5.4.6.Thay đổi máy t ừ lùi sang ti ến: Khi máy đang lùi ta stop, các l ực P, C ’, D ’ ng ừng tác độ ng, tàu ti ếp t ục chuy ển độ ng lùi, chuy ển sang máy tiến thì: Ph ản l ực D đưa đuôi tàu sang ph ải m ũi sang trái. Lực C đưa đuôi sang trái m ũi sang ph ải. Do D > C nên đuôi tàu v ẫn l ệch ph ải, m ũi sang trái 1.5.4.7. K ết lu ận: Khi đứng yên, cho máy ch ạy t ới đuôi tàu s ẽ l ệch v ề phía chân v ịt quay (chi ều ph ải thì sang ph ải, trái thì sang trái) m ũi sang ph ải. Khi quay tàu nên quay v ề theo chi ều chân v ịt nên để th ời gian l ượn vòng ng ắn. Khi lùi khó gi ữ tàu th ẳng h ướng, đuôi tàu l ệch theo chi ều quay lùi, cho nên v ới tàu có chân vịt chi ều ph ải nên c ặp c ầu m ạn trái t ốt nhất vì khi d ừng máy để lùi v ừa phá tr ớn v ừa đẩ y đuôi tàu ép vào c ầu - chú ý gió. 1.5.5.1. Tàu không tr ớn so v ới n ước, máy ch ạy t ới: Q Q Q ∞ ∞ ∞ 30 Lái h ết trái Lái s ố không Lái h ết ph ải
32. 1.5.5.2. Tàu không tr ớn so v ới n ước, máy ch ạy lùi: Q Q Q ∞ + ∞ ∞ C D + + P C D C D Lái h ết trái Lái s ố không Lái h ết ph ải ph ải N N N Q C + D Q Q C + D P C + D P Đuôi sang trái, m ũi ph ải Đuôi trái, m ũi ph ải Đuôi ph ải, m ũi trái Hình 1.21. Tàu không có tr ớn so v ới n ước, máy ch ạy lùi 1.5.5.3. Tàu có tr ớn, máy ch ạy t ới: Q Q Q ∞ C + b ∞ ∞ + + C b C b P P Lái h ết trái Lái s ố không Lái h ết ph ải ả 31 ph i
33. C + B C + B C + B P P Q Q Q N N N Đuôi sang ph ải, mũi trái Đuôi trái, m ũi ph ải Đuôi trái, m ũi ph ải Hình 1.22. Tàu có tr ớn, máy ch ạy t ới 1.5.5.4. Tàu có tr ớn lùi, máy ch ạy lùi: Q Q Q ∞ C + D ∞ ∞ C + D C + D P P Lái h ết trái Lái s ố không Lái h ết ph ải N N Q N Q P Q C + b P + C D C + D Đuôi sang trái, m ũi ph ải Đuôi trái, m ũi ph ải Đuôi ph ải, m ũi trái Hình 1.23. Tàu có tr ớn lùi, máy ch ạy lùi 1.5.5. ảnh h ưởng ph ối h ợp gi ữa bánh lái và chân v ịt t ới s ự điều khi ển tàu Nếu g ọi thành ph ần l ực do chân v ịt đẩ y tàu v ề phía tr ước ho ặc kéo tàu lùi l ại là Q. Khi tàu có tr ớn t ới thì Q có chi ều t ừ lái v ề m ũi theo ph ươ ng d ọc tàu, còn khi lùi thì ng ược l ại. Ta có th ể minh họa ảnh h ưởng ph ối h ợp gi ữa bánh lái và chân v ịt t ới s ự điều khi ển tàu theo các hình v ẽ trên 1.5.5.3. Các l ưu ý: Tàu ti ến ho ặc lùi n ếu t ăng v ận t ốc thì tác d ụng bánh lái t ăng. Khi m ới b ắt đầ u chuy ển độ ng tác d ụng c ủa chân v ịt đố i v ới s ự điều khi ển t ốt h ơn tác d ụng của bánh lái (do v ận t ốc còn nh ỏ). Do v ậy tàu 1 chân v ịt quay trong vùng h ẹp nên s ử d ụng máy ti ến h ết và lùi h ết t ừng đợ t để gi ảm quán tính tàu. Ph ải s ử d ụng bánh lái k ết h ợp chân v ịt để gi ữ tàu th ẳng h ướng. 1.6. Kh ả n ăng d ừng tàu- Quán tính c ủa tàu 1.6.1. Các đặc tính d ừng tàu 32
34. 1.6.1.1. Đang ch ạy t ới h ết máy - D ừng máy: Xác định đặ c tính d ừng trong hai điều ki ện: tàu đầy hàng (Laden) và tàu không hàng (Ballast). Cho tàu ch ạy t ới ở các ch ế độ máy t ới h ết, t ới trung bình, t ới ch ậm và th ật ch ậm. ở m ỗi ch ế độ máy nh ư v ậy ta cho Stop máy, đồ ng th ời xác đị nh các thông s ố: Quãng đường tàu đi được t ừ khi Stop máy ( đang ở t ốc độ ban đầ u) đế n các t ốc độ th ấp h ơn. Th ời gian t ừ khi Stop máy đế n các t ốc độ th ấp h ơn. Các t ốc độ th ấp h ơn t ươ ng ứng. Sau khi có các thông s ố trên ta l ập thành b ảng. Các thông s ố này s ẽ giúp ích cho ng ười điều khi ển tàu khi điều độ ng tàu vào c ầu, đưa tàu đến v ị trí neo 1.6.1.2. Đang ch ạy t ới h ết máy - Lùi máy : Tươ ng t ự nh ư khi xác định đặ c tính stop máy. Ta c ũng xác đị nh đặ c tính lùi h ết máy trong hai điều ki ện: tàu đầy hàng (Laden) và tàu không hàng (ballast). Cho tàu ch ạy t ới ở các ch ế độ máy tới h ết, t ới trung bình, t ới ch ậm và th ật ch ậm. ở m ỗi ch ế độ máy nh ư v ậy ta cho lùi h ết máy, đồ ng th ời xác đị nh các thông s ố: Quãng đường tàu đi được t ừ khi lùi h ết máy ( đang ở t ốc độ ban đầ u) đế n các t ốc độ th ấp h ơn và đến khi d ừng h ẳn. Th ời gian t ừ khi lùi h ết máy đế n các t ốc độ th ấp h ơn và đến khi d ừng h ẳn. Các t ốc độ th ấp h ơn t ươ ng ứng và đến khi d ừng h ẳn. Sau khi có các thông s ố trên ta l ập thành b ảng. Các thông s ố này s ẽ giúp ích cho ng ười điều khi ển tàu khi điều độ ng tàu vào c ầu, đưa tàu đến v ị trí neo, đặ c bi ệt là trong các tình hu ống kh ẩn cấp. 1.6.2. Quán tính c ủa tàu 1.6.2.1. Định ngh ĩa, ph ươ ng trình quán tính: 1. Định ngh ĩa: Quán tính c ủa tàu là kh ả n ăng gi ữ nguyên tr ạng thái chuy ển độ ng ban đầ u khi ngo ại l ực ng ừng tác độ ng. Th ực v ậy, khi tàu đang chuy ển độ ng t ới ho ặc lùi nếu ta d ừng máy con tàu không d ừng h ẳn lại ngay mà v ẫn còn ti ếp t ục chuy ển độ ng t ới ho ặc lùi m ột đoạn r ồi m ới d ừng h ẳn. 2. Ph ươ ng trình quán tính: dv Từ ph ươ ng trình chuy ển độ ng c ủa tàu : m + R = P , ta có th ể vi ết : dt dv P − R = m (1.18) dt Đây là ph ươ ng trình quán tính, t ừ ph ươ ng trình này cho th ấy m và v quy ết đị nh nh ững tính ch ất c ủa quán tính, vì : P > R => Tàu có gia t ốc t ới, chuy ển độ ng có xu h ướng t ăng. P = R => Gi ữ nguyên tr ạng thái ( ổn đị nh chuy ển độ ng). P Tàu chuy ển độ ng ch ậm d ần. Quá trình hãm chuy ển độ ng tàu x ảy ra khi P gi ảm ho ặc R t ăng. 1.6.2.2. Các thành ph ần c ủa quán tính: Quãng đường quán tính là đoạn đường mà tàu v ẫn còn ti ếp t ục chuy ển độ ng được theo tr ớn cũ tr ước khi d ừng l ại. Th ời gian quán tính là kho ảng th ời gian tàu v ẫn còn gi ữ được tr ớn đế n khi d ừng h ẳn. 1.6.2.3. Các y ếu t ố ảnh h ưởng đế n quán tính: Quán tính c ủa tàu t ỉ l ệ thu ận v ới kh ối l ượng và t ốc độ ban đầ u c ủa tàu. Quán tính t ới bao gi ờ c ũng l ớn h ơn quán tính lùi. Quán tính ch ịu tác độ ng c ủa sóng, gió, dòng chảy. Tàu có m ớn càng sâu, b ề m ặt càng ráp thì quán tính càng nh ỏ. Ki ểu và công su ất c ủa máy (h ệ th ống độ ng l ực). 33
35. Sự s ắp x ếp hàng hóa (nghiêng, chúi) hay tr ạng thái c ủa tàu. 1.6.2.4. S ự c ần thi ết ph ải xác đị nh quán tính: Nh ằm xác đị nh được th ời gian và quãng đường c ần thi ết để l ấy tr ớn ho ặc phá tr ớn cho thích hợp. Để ước l ượng khi vào c ầu, khi neo, khi tránh va. Xác định quán tính m ột con tàu làm cho chúng ta n ắm v ững được đặ c tính để điều độ ng nó thích h ợp. 1.6.2.5. Xác định quãng đường và th ời gian d ừng tàu: Hãm t ự do: 1. B ằng quan sát th ực t ế : Được tiến hành trong tr ường th ử. D ẫn tàu đi trên h ướng thích h ợp, thu ận l ợi cho vi ệc xác định v ị trí. Ta xác đị nh các v ị trí chính xác và ghi chép đầy đủ th ời gian ti ến hành. G ọi quán tính quãng đường là S i và th ời gian t ươ ng ứng là t i ta có: S = S 1 + S 2 (1.19) t = t 1 + t 2 (1.20) Trong đó: S1 : Tính t ừ khi có l ệnh d ừng máy t ới cho đế n khi máy d ừng t ươ ng ứng là t 1. S2 : T ừ khi máy t ới d ừng cho đế n khi tàu d ừng h ẳn l ại t ươ ng ứng là t 2. 2. B ằng tính toán : Ta xác định các giá tr ị S i và t i trong t ừng giai đoạn Giai đoạn 1 : Từ khi ra l ệnh d ừng máy cho đế n khi máy d ừng, do m ệnh l ệnh t ừ bu ồng lái xu ống bu ồng điều khi ển máy th ực hi ện được ph ải có độ tr ễ là th ời gian t 1. Ta có th ể xác đị nh được nh ờ đồng h ồ b ấm giây, lúc này tàu v ẫn chuy ển độ ng th ẳng v ới quãng đường di chuy ển được là : S1 = V 1x t 1, trong đó V 1 là t ốc độ ban đầ u có giá tr ị không đổ i ở giai đoạn 1. Giai đoạn 2 : Máy t ới đã d ừng nên tàu b ị hãm l ại b ằng l ực c ản c ủa n ước tác độ ng c ủa n ước lên v ỏ tàu. Tàu chuy ển độ ng ch ậm d ần, ph ươ ng trình cân b ằng c ủa chuy ển độ ng có d ạng sau : dV m = −R (1.21) dt 2 Trong đó : m : Kh ối l ượng c ủa tàu R2 : L ực c ản v ỏ tàu ứng v ới t ốc độ c ủa giai đoạn 1 Ta có : 2 2 R V  V  2 =  2  ⇒ =  2    R2 R1  R1  V1   V1  dV V 2 m ×V 2 dV = − 2 ⇒ = − 1 × m R1 2 dt 2 dt V1 R1 V2 * t2 mV 2 dV ⇒ dt = − 1 ∫ ∫ 2 * R1 * V2 t1 t2 * t2 dt = t * − t * = t ∫ 2 1 2 * t1 mV 2  1 1  t = 1 ×  −  2  * *  R1 V2 V1  mV 2 dV = × = − 1 × dS V dt 2 R1 V2 Trong đó : V1 : T ốc độ đầ u c ủa giai đoạn 1 = h ằng s ố. V2 : T ốc độ cu ối c ủa giai đoạn 1. 34
36. * V1 : T ốc độ đầ u c ủa giai đoạn 2. * V2 : T ốc độ cu ối c ủa giai đoạn 2. m  V *  Ta tính c S = ln  1  , t c tàu u giai o n 2 là V *, ây V *=V và cu i đượ 2  *  ố độ ở đầ đ ạ 1 ở đ 1 1 ố k V2 (t)  * giai đoạn 2 là V 2 = V2. Theo th ống kê thì giá tr ị t 2 = 15 giây, th ực t ế giá tr ị này kho ảng 20-30 giây. Hãm c ưỡng b ức: Hãm c ưỡng b ức bao g ồm 2 giai đoạn: Giai đoạn hãm t ự do tính t ừ lúc STOP máy cho đế n khi t ốc độ tàu đến m ột giá tr ị cho phép để s ử d ụng may lùi an toàn. Để tính quãng đường và th ời gian giai đoạn này thì nh ư đã nói ở trên. Giai đoạn c ưỡng b ức tính t ừ lúc máy đã chuy ển sang ch ế độ lùi cho đến khi t ầu đã d ừng h ẳn lại trên m ặt n ước (không còn tr ớn t ới). Quãng đường và th ời gian được tính nh ư sau: Giai đoạn c ưỡng b ức: Tàu b ắt đầ u có máy lùi, lúc này tàu m ất d ần độ ng n ăng do l ực c ản b ản thân và sức kéo lùi c ủa máy. dV m = −R − P (1.22) dt 3 x Trong đó : R3 : L ực c ản tàu t ươ ng ứng giai đoạn 3 (V 2 gi ảm d ần t ừ giá tr ị V 2 xu ống V 3, ta kí hi ệu V 3) Px : L ực kéo lùi do chân v ịt lùi 2 2 R V  V  mdV mV R 3 =  3  ⇒ R = R  3  ⇒ dt = − ⇒ t = 2 arctg 2   3 2   R 3 R2 V2  V2  2 2 Px × Rx Px Px + 2 ×V3 V2 2 mV 2 dV mV 2  R2  dS = − ⇒ S3 = × 2,3ln1+  , v ậy: R 2R  P  + 2 × 2 2  x  Px 2 V3 V2 Shãm = S 1+ S 2 + S 3 thãm = t 1 + t 2 + t 3 1.6.3. Nh ững bi ện pháp nâng cao hi ệu qu ả hãm tàu 1.6.3.1. S ử d ụng dù ho ặc neo n ổi: Ch ủ y ếu dùng cho tàu nh ỏ, xu ồng c ứu sinh, ng ười ta th ả 2 bên m ạn, nó có th ể gi ảm quán tính quãng đường xu ống 2,6 l ần và quán tính th ời gian xu ống 3 l ần. V ới dù n ước (2 dù có φ = 14,6m ) có th ể sinh ra m ột l ực c ản b ằng 51 t ấn, tuy nhiên khi v ận t ốc nh ỏ h ơn 7 h ải lý/gi ờ thì hi ệu su ất dù gi ảm, nó t ỉ l ệ v ới bình ph ươ ng v ận t ốc. 1.6.3.2. Dùng bánh lái đặc bi ệt, ống d ẫn n ước t ự độ ng: - Bánh lái đặc bi ệt: Gồm 2 t ấm lái ghép vào v ới nhau qua m ột h ệ th ống b ản l ề có m ột h ệ th ống truy ền l ực đóng o mở làm cho 2 t ấm này có th ể m ở ra v ề hai phía v ới 1 góc v ới m ặt ph ẳng tr ục d ọc tàu 90 . Theo tính o toán t ốt nh ất là 70 . 70 o Hình 1.25. S ử d ụng bánh lái đặ c bi ệt - ống d ẫn n ước t ự độ ng: Bố trí phía m ũi là m ột b ộ ph ận ống d ẫn n ước vào có n ắp điều khi ển được. Khi c ần đóng m ở, 35
37. o nước vào qua ống và đổi góc 90 v ề 2 phía m ạn d ẫn đế n l ực c ản t ăng lên h ỗ tr ợ phá tr ớn. R Hình 1.26. ống d ẫn n ước t ự độ ng - Th ả neo: Là biện pháp th ường hay s ử d ụng. N ếu th ả 2 neo và 1 ÷ 2 đường l ỉn thì l ực c ản t ăng 40 ÷ 50%. Th ực t ế s ử d ụng neo trong tr ường h ợp phòng tránh đâm va, c ạn, tai n ạn, quay tr ở trong vùng hẹp. Vi ệc th ả neo nh ư v ậy s ẽ làm tính n ăng điều độ ng t ăng. Vòng quay tr ở h ẹp đi, v ận t ốc gi ảm, kém ổn đị nh trên h ướng đi nh ưng tính ăn lái t ăng vì th ả neo t ăng t ải lên động c ơ d ẫn đế n t ăng t ốc độ dòng ch ảy bao bánh lái, t ức là t ăng hi ệu su ất bánh lái. Tr ọng tâm l ực c ản chuy ển v ề phía m ũi h ơn nên mô men quay tr ở c ủa bánh lái t ăng. 1.7. Điều độ ng tàu nhi ều chân v ịt 1.7. 1. Điều độ ng tàu nhi ều chân v ịt 1.7.1.1. Tàu 2 chân v ịt: Thông th ường 2 chân v ịt được g ắn đố i x ứng nhau qua m ặt ph ẳng tr ục d ọc c ủa tàu và được gắn theo ki ểu ch ụm trên ho ặc ch ụm d ưới, quay ng ược chi ều nhau. - Ki ểu ch ụm trên thì chân v ịt bên ph ải là chân v ịt chi ều trái (hình 1.27a) - Ki ểu ch ụm d ưới thì chân v ịt bên ph ải là chân v ịt chi ều ph ải (1.27b) (th ực t ế hay b ố trí ki ểu ch ụm d ưới) (b) (a) Hình 1.27. Chân v ịt được b ố trí theo ki ểu ch ụm trên (a) và d ưới (b) + Tàu 2 chân v ịt có tính n ăng điều khi ển t ốt h ơn lo ại 1 chân v ịt nh ưng công su ất h ữu ích c ủa máy truy ền cho chân v ịt kém h ơn. + Xét các l ực C, D sinh ra gi ống lo ại 1 chân v ịt nh ưng ng ược chi ều nhau nên tri ệt tiêu nhau (n ếu t ươ ng ứng v ới nhau). + Cùng 1 điều ki ện nh ư nhau, đường kính quay tr ở v ề 2 m ạn là nh ư nhau. Nếu để 1 chân v ịt ch ạy ti ến còn 1 ch ạy lùi thì hi ệu qu ả quay tr ở r ất t ốt, vòng quay tr ở nh ỏ hơn nhi ều so v ới tàu 1 chân v ịt. N ếu k ết h ợp b ẻ lái v ề bên quay tr ở (th ường là bên máy lùi) đường kính quay tr ở còn gi ảm n ữa. L ưu ý r ằng n ếu 1 chân v ịt ti ến và 1 chân v ịt lùi thì tàu còn có thêm chuy ển độ ng ti ến (do công su ất ti ến luôn l ớn h ơn công su ất lùi). Do v ậy, mu ốn quay tr ở t ại ch ỗ thì nên để t ốc độ c ủa chân v ịt t ới nh ỏ h ơn lùi 1 b ậc. Chuy ển độ ng t ới c ủa tàu 2 chân v ịt kém ổn đị nh h ơn lo ại 1 chân v ịt, nh ưng chuy ển độ ng lùi (n ếu 2 máy đề u quay) thì ổn đị nh h ơn (các dòng ch ảy bao đề u 2 m ạn tàu) ngh ĩa là tàu 2 chân v ịt khi lùi không b ị đả o m ũi nh ư lo ại 1 chân v ịt. + Nh ược điểm là hay b ị đả o m ũi trong điều ki ện th ời ti ết x ấu, đặ c bi ệt khi tàu b ị l ắc ngang vì 2 chân v ịt qu ạt n ước không đều. 1.7.1.2. Tàu 3 chân v ịt: 36
38. Chân v ịt gi ữa g ắn trùng v ới m ặt ph ẳng tr ục d ọc c ủa tàu. Hai chân v ịt còn l ại g ắn đố i x ứng qua m ặt ph ẳng tr ục d ọc và quay ng ược chi ều nhau (th ường là ch ụm d ưới) và chân v ịt gi ữa g ắn th ấp hơn 1 chút. Nếu tàu có 1 bánh lái thì g ắn sau chân v ịt gi ữa, n ếu 2 bánh lái thì g ắn sau 2 chân v ịt bên. Tác dụng chân v ịt gi ữa gi ống tàu 1 chân v ịt còn 2 chân v ịt bên gi ống tàu 2 chân v ịt. Khi quay tr ở dùng 1 ho ặc 2 máy ng ược chi ều nhau thì đường kính vòng quay tr ở s ẽ nh ỏ. C ả 3 chân v ịt cùng làm vi ệc ti ến (ho ặc lùi) thì m ũi l ệch ph ải. Cùng 1 v ận t ốc ti ến và cùng góc lái thì đường kính vòng quay tr ở nh ỏ nh ất khi dùng 1 máy gi ữa. Dùng c ả 3 máy ti ến, đường kính vòng quay tr ở l ớn nh ất. Khi quay tr ở c ả 2 máy làm vi ệc n ếu ng ừng 1 máy ở bên phía quay tr ở thì t ốc độ quay tr ở s ẽ tăng. Mu ốn lùi th ẳng h ướng nên cho máy gi ữa lùi điều ch ỉnh t ốc độ quay c ủa 2 máy bên để gi ữ th ẳng h ướng, ho ặc cho 2 máy bên lùi. N ếu đuôi tàu l ệch bên nào thì đư a bánh lái v ề bên ấy và cho máy gi ữa ti ến. Nếu lái bị h ỏng gi ữ tàu đi th ẳng b ằng cách thay đổ i vòng quay c ủa các chân v ịt bên. Nếu chân v ịt bên khác tên v ới m ạn tàu thì tính điều khi ển kém. Ưu điểm c ủa lo ại tàu này là tính n ăng điều độ ng cao h ơn lo ại 2 chân v ịt. 1.7.1.3. Tàu nhi ều chân v ịt Hi ện nay có m ột s ố tàu trang b ị 4 ho ặc 5 chân v ịt tr ở lên. Để phân tích s ự ảnh h ưởng đế n tính năng điều khi ển c ủa các lo ại này, ta ph ải d ựa vào s ự b ố trí c ủa các chân v ịt. Qua vi ệc phân tích các tàu 1, 2 ho ặc 3 chân v ịt có th ể rút ra nh ững đặ c tính điều khi ển. Tàu có t ừ 4 ho ặc 5 chân v ịt tr ở lên thì ngoài s ố chân v ịt ở sau lái, ng ười ta còn b ố trí c ả chân v ịt m ạn m ũi ch ủ y ếu ph ục v ụ cho điều động , quay tr ở tàu. 1.7.2. Điều độ ng tàu có chân v ịt m ạn (Thruster) 1.7.2.1. ưu nh ược điểm c ủa chân v ịt m ạn: Chân v ịt m ạn ngày càng tr ở nên thông d ụng trên các tàu buôn. Chân v ịt m ạn c ũng có nh ững ưu điểm và nh ược điểm nh ư b ất k ỳ thi ết b ị nào khác. Ưu điểm Nh ược điểm - Đặt ở v ị trí xa nh ất v ề m ũi ho ặc lái c ủa con - Tr ở nên ít có hi ệu qu ả khi t ốc độ tàu t ăng lên. tàu nên hi ệu qu ả l ớn. - Công su ất th ấp h ơn m ột tàu lai hi ện đạ i. - S ẵn sàng t ại m ọi th ời điểm, không nh ư tàu - Không th ể s ử d ụng để gi ảm t ốc độ tàu. ho ặc ch ống lai. đỡ l ại dòng ch ảy t ừ m ũi ho ặc t ừ lái. - Điều khi ển chuy ển h ướng sang m ột bên r ất - Yêu c ầu liên t ục b ảo qu ản để đả m b ảo độ tin c ậy. tốt mà không ảnh h ưởng c ủa tr ớn t ới. - Kém hi ệu qu ả khi m ớn n ước tàu nh ỏ. - Ti ết ki ệm chi phí do vi ệc gi ảm thuê tàu lai. Chân v ịt m ạn đã được s ử d ụng nh ư m ột tàu lai để di chuy ển m ũi và lái tàu sang m ột bên, điều khi ển tàu khi lùi, điều độ ng tàu c ặp m ạn vào c ầu ho ặc b ến tàu, gi ữ cho m ũi tàu h ướng ng ược gió t ại các t ốc độ ch ậm khi th ả, kéo neo. Rõ ràng nó được s ử d ụng và có l ợi ích nhi ều cho ng ười đi bi ển h ơn là các khi ếm khuy ết c ủa nó. Chân v ịt m ạn là m ột thi ết b ị h ữu ích để b ổ sung cho neo và tàu lai, nh ưng d ĩ nhiên nó không th ể thay th ế cho tàu lai trong m ọi tr ường h ợp được. Cần nh ớ r ằng, chân v ịt m ạn có hi ệu qu ả cao nh ất ở các t ốc độ tàu kho ảng 2 n ơ và nh ỏ h ơn, không nên tin t ưởng vào các t ốc độ cao h ơn. Đây là m ột v ấn đề h ết s ức quan tr ọng. 1.7.2.2. Quay tr ở v ới chân v ịt m ạn phía m ũi: Tác d ụng c ủa chân v ịt m ạn ch ỉ có th ể được xác đị nh b ằng th ực nghi ệm. Nhi ều bi ểu đồ đã 37
39. ch ỉ ra hi ệu qu ả c ủa thi ết b ị này ở các t ốc độ 6 h ải lý/gi ờ và l ớn h ơn, không nên tin vào các bi ểu đồ này. Có tàu đã được thi ết k ế c ẩn th ận, nh ưng bi ểu đồ treo trên bu ồng lái l ại không đúng nh ư v ậy. Nên chuy ển chuy ển độ ng chân v ịt m ạn c ủa tàu mình tr ước h ết bên ph ải r ồi sang trái, đánh dấu m ột điểm đị nh h ướng cho tàu, r ồi đưa m ũi h ướng qua h ướng gió m ỗi l ần. Đây là công vi ệc điều động r ất thú v ị đố i v ới ng ười đi bi ển, vì s ố li ệu đã thu th ập được làm cho ta có th ể d ự đoán ch ắc ch ắn hi ệu qu ả c ủa chân v ịt m ạn m ũi, nh ất là khi điều độ ng tàu qua m ột khu neo đông đúc ho ặc gi ữ cho m ũi tàu không b ị d ạt theo h ướng gió để th ả neo. Th ực hi ện vi ệc điều độ ng này l ần đầ u ở t ốc độ 1 h ải lý/gi ờ và làm l ại ở t ốc độ 3 h ải lý/gi ờ. Quan sát xem s ự khác nhau gi ữa lý thuy ết và th ực t ế, th ử làm l ại ở t ốc độ 6 h ải lý/gi ờ. Nhi ều khi s ố li ệu không h ề gi ống nh ư trong t ấm b ảng y ết th ị (Poster card) trên bu ồng lái đã đề c ập đế n, th ậm chí còn không th ấy có tác d ụng gì khi ng ười lái gi ữ cho tàu th ẳng th ế trên h ướng đi. Sưu t ầm các s ố li ệu nh ư th ường l ệ để sau này nghiên c ứu khi có điều ki ện thu ận l ợi ở Trung tâm nào đó (n ếu mu ốn nghiên c ứu thêm sau này). Chu ẩn b ị m ột bi ểu đồ t ốc độ t ươ ng ứng v ới tác o dụng c ủa chân v ịt m ạn (thay đổ i h ướng theo các độ trên giây ( /s) b ằng vi ệc quan sát ho ặc b ằng t ốc độ ch ỉ báo góc quay, n ếu thi ết b ị đó s ẵn có) để ch ỉ d ẫn cho chính b ạn và cho c ả hoa tiêu s ử d ụng. Không nên nghi ng ờ gì n ữa, r ằng bi ểu đồ đã được chu ẩn b ị trên tàu s ẽ chính xác h ơn và h ữu ích h ơn bi ểu đồ đã c ấp cho tàu khi bàn giao tàu (lúc m ới r ời nhà máy). 1.8. Chân v ịt bi ến b ước 1.8. 1. Điều độ ng tàu có chân v ịt bi ến b ước 1.8.1.1. Gi ới thi ệu v ề chân v ịt bi ến b ước: Được ch ế t ạo l ần đầ u vào n ăm 1884, v ới s ự ti ến b ộ c ủa khoa h ọc k ỹ thu ật v ề ngành động l ực học, tàu được trang b ị độ ng c ơ đốt trong, tua bin h ơi và đặc bi ệt là s ự xu ất hi ện tua bin khí không đảo chi ều làm cho yêu c ầu s ử d ụng chân v ịt bi ến b ước tăng. N ếu g ọi η là b ước c ủa chân v ịt (quãng đường di chuy ển được sau 1 vòng quay) thì : So .Vo η = (1.23) 75 N o Trong đó: So : áp l ực chân v ịt, Vo : V ận t ốc chân v ịt, No : Công su ất máy. Ngày nay, chân v ịt bi ến b ước được s ử d ụng r ộng rãi vì nó s ử d ụng công su ất c ủa độ ng c ơ ở 1 giá tr ị l ực c ản nh ất đị nh nào đó, n ếu l ực c ản này trong khi khai thác có thay đổi (ch ạy 1 mình sang lai d ắt ) thì ho ặc quá t ải ho ặc không đủ t ải, nh ưng CVBB thì s ử d ụng toàn b ộ công su ất c ủa độ ng c ơ ở m ọi giá tr ị chân v ịt xác đị nh. Điều này CVBB đáp ứng được. Thông th ường chân v ịt bi ến b ước được ch ế t ạo là chân v ịt chi ều trái. 1.8.1.2. H ệ th ống CVBB (CPP ho ặc VPP): Máy chính Hình 1. 29. C ơ c ấu truy ền độ ng c ủa chân v ịt bi ến b ước Chân v ịt có cánh quay được trong tr ục c ủa moay ơ có b ố trí thi ết b ị làm quay cánh chân v ịt. Tr ục truy ền độ ng v ới độ ng c ơ chính. Thi ết b ị làm bi ến đổ i b ước c ủa cánh chân v ịt g ồm có các độ ng cơ th ực hành t ạo l ực quay cánh chân v ịt, thi ết b ị để truy ền n ăng l ượng đến độ ng c ơ và thi ết b ị điều khi ển cánh chân v ịt. Ph ần độ ng l ực c ủa h ệ th ống điều khi ển. Tr ạm điều khi ển t ừ bu ồng lái. 38
40. 1.8.1.3. ảnh h ưởng c ủa CVBB đế n tính n ăng điều độ ng tàu: - Khi tàu t ới ổn đị nh (gi ả s ử ta xét m ột chân v ịt bi ến b ước có chi ều quay ph ải): Chân v ịt t ạo l ực đẩ y t ới nh ư chân v ịt th ường, các l ực C, b, D xu ất hi ện do C + b > D m ũi ng ả ph ải. Khi b ẻ lái các l ực xu ất hi ện nh ư chân v ịt th ường. Nếu gi ảm b ước chân v ịt. Các l ực C, b, D gi ảm nên m ũi v ẫn ng ả ph ải nh ưng ít h ơn. Nếu t ăng b ước chân v ịt thì C, D t ăng đột ng ột, đặ c bi ệt là b t ăng do đó m ũi càng ng ả ph ải mạnh. C + b - D R R P - Tàu ch ạy lùi: Chân v ịt t ạo l ực đẩ y lùi, khác v ới chân v ịt th ường là chi ều quay gi ữ nguyên. C 1 & D 1 cùng chi ều làm cho lái càngHình ng ả 1.30.ph ải, Tm ổũngi ng h ợảp trái, các ldòngực khi theo tàu khôngch ạy t ớ cói (gi ải thích theo ph ần chân v ịt chi ều trái). Nếu b ẻ lái ph ải, m ũi càng ng ả trái m ạnh h ơn. B ẻ lái trái m ột ít, lái tàu có th ể không ng ả ph ải hay trái. P R C1 +D - Tàu ch ạy t ới chânHình v ịt t1.31.ạo l ự cT ổlùi:ng h ợp các l ực khi tàu ch ạy lùi A P R ∞ C1 +D 1+b Ba l ực C 1 + D 1 + b cùngHình chi ề1.32.u làm Tàu m ũ chi ngạy ảt ớphi, ảchâni m ạ vnh.ịt t ạN oế luự cb ẻlùi lái ph ải thì l ực c ủa dòng nước ng ược A khá l ớn, vào th ời điểm đầ u có th ể l ớn h ơn C 1 + D 1 + b làm m ũi ng ả ph ải ho ặc đứ ng yên. Khi tr ớn t ới gi ảm thì dòng n ước ng ược A gi ảm và m ũi ng ả trái t ăng. Nếu b ẻ lái trái lúc đầ u mũi càng ng ả trái m ạnh. - Tàu ch ạy lùi chân v ịt t ạo l ực t ới : Lúc đầu D > C vì lu ồng n ước c ủa chân v ịt ch ưa ổn đị nh, do v ậy n ếu để lái s ố không thì m ũi ng ả trái nh ẹ. N ếu b ẻ lái ph ải thì dòng ng ược trùng v ới D 1 và l ực lu ồng n ước chân v ịt đậ p lên t ấm lái CCV ≡ C 1 nên A 1 + d > C + C CV t ức là m ũi ng ả trái. Nếu tr ớn lùi gi ảm thì A 1 gi ảm t ức là : C 1 + C CV > D + A => M ũi ng ả ph ải. Tr ớn lùi b ằng 0 thì tàu b ắt đầ u ch ạy t ới, m ũi ng ả ph ải nh ư th ường l ệ. 39
41. Tức là có 2 tr ường h ợp khác chân v ịt th ường m ột chút. D - C P R ∞ 1.8.2. Nh ng chú ý khi s d ng chân v t bi n b c, phân lo i chân v t bi n b c ữ Hìnhử 1.33.ụ Tàu ch ịạy lùi,ế chânướ v ịt t ạo l ựcạ t ới ị ế ướ 1.8.2.1. Nh ững chú ý khi s ử d ụng chân v ịt bi ến b ước: Khi thay đổi s ức t ải c ủa máy chính ph ải ti ến hành t ừ t ừ và theo th ứ t ự. Khi gi ảm t ốc độ tàu ph ải gi ảm vòng quay tr ước sau đó m ới gi ảm b ước chân v ịt. Mu ốn t ăng t ốc độ tàu ph ải t ăng b ước chân v ịt tr ước sau đó m ới t ăng s ố vòng quay c ủa chân vịt. Khi đi bi ển dài ngày nên đư a chân v ịt v ề m ột b ước c ố đị nh để t ăng tu ổi th ọ c ủa các t ổ h ợp và hệ th ống điều khi ển nó. T ạo điều ki ện s ử d ụng máy chính ở ch ế độ làm vi ệc l ợi nh ất. Khi máy c ủa chân v ịt bi ến b ước không làm vi ệc, tàu hành trình b ằng máy khác nên để chân vịt bi ến b ước quay t ự do để tàu d ễ ăn lái và s ức c ản ở chân v ịt gi ảm đi. 1.8.2.2. Phân lo ại chân v ịt bi ến b ước: - Phân lo ại theo ph ạm vi thay đổ i b ước chân v ịt: Ho ạt độ ng ở m ọi ch ế độ (có th ể đặ t b ất k ỳ ở v ị trí nào t ừ kho ảng h ết máy t ới đế n h ết máy lùi). Nhi ều v ị trí , đả m b ảo 1 s ố ch ế độ (th ường 3 ch ế độ ) - Theo nguyên lý t ạo l ực quay cánh chân v ịt: Thu ỷ l ực, điện - c ơ, c ơ h ọc, b ằng tay. - Theo nguyên lý thiết k ế h ệ th ống điều khi ển: Truy theo: M ỗi v ị trí cánh chân v ịt ứng v ới m ột v ị trí c ần g ạt điều khi ển. Không truy theo: Đư a tay g ạt kh ỏi v ị trí trung gian làm cách chân v ịt quay, đưa tay g ạt tr ở v ề cánh chân v ịt v ẫn gi ữ v ị trí đó. Ngày nay th ường dùng chân v ịt bi ến b ước ho ạt độ ng ở m ọi ch ế độ v ới tr ục truy ền độ ng thu ỷ lực và điều khi ển truy theo. 1.8.3. Ưu nh ược điểm c ủa chân v ịt bi ến b ước 1.8.3.1. Ưu điểm: Không c ần đả o chi ều quay chân v ịt ở m ọi ch ế độ nên có th ể s ử d ụng cho lo ại máy tua- bin không c ần có b ộ ph ận cánh tua- bin lùi. Tạo ra b ất k ỳ t ốc độ nào t ừ 0 ÷ max mà s ố vòng quay chân v ịt c ủa độ ng c ơ không đổi (ch ỉ cần đổ i b ước chân v ịt). Đặt ch ế độ ho ạt độ ng t ối ưu cho động c ơ (k ết h ợp s ố vòng quay động c ơ và b ước chân v ịt). Gi ảm 30 ÷ 40% và đơ n gi ản hóa vi ệc điều độ ng máy. Gi ảm s ố l ần phát độ ng và thay đổi vòng quay c ủa độ ng c ơ d ẫn đế n t ăng tu ổi th ọ c ủa độ ng c ơ. Không c ần truy ền l ệnh xu ống máy. Ti ện l ợi khi điều độ ng c ập c ầu, lai kéo Gi ảm quãng đường và th ời gian phanh hãm. Chân v ịt luôn phù h ợp v ới động c ơ mà chân v ịt th ường không có. 1.8.3.2. Nh ược điểm: Đường kính tr ục moay ơ l ớn h ơn so v ới chân v ịt th ường kho ảng 1,5 l ần gây khó kh ăn cho vi ệc t ạo điều ki ện cho dòng ch ảy bao có l ợi. Tr ọng l ượng l ớn h ơn chân v ịt th ường 2 ÷ 2,5 l ần. Hệ s ố có ích th ấp h ơn 1 ÷ 3% 40
42. Động c ơ đi v ới chân v ịt bi ến b ước ph ải có b ộ điều t ốc ( điều ch ỉnh s ố vòng quay) . N ếu không, lúc cánh chân v ịt qua v ị trí stop thì động c ơ s ẽ g ần nh ư không t ải d ẫn đế n nguy hi ểm. Hay tr ục tr ặc k ỹ thu ật Các đặc tính điều độ ng c ủa tàu l ắp đặ t chân v ịt bi ến b ước khác so v ới tàu có chân v ịt c ố đị nh. Các h ệ th ống chân v ịt bi ến b ước có nhi ều ưu điểm h ơn, v ới vi ệc l ắp đặ t độ ng c ơ đi-ê-zen thì không cần ph ải d ừng máy và kh ởi độ ng l ại khi lùi. Có th ể ch ọn được r ất nhi ều các t ốc độ khác nhau. H ơn nữa, có th ể lùi nh ẹ mà điều này thì không th ể th ực hi ện được v ới lo ại tàu d ẫn độ ng b ằng tua-bin, không nh ư các con tàu thông th ường, có th ể thay đổ i h ướng c ủa l ực đẩ y nhi ều l ần mà nó không ảnh hưởng gì đến s ự quá t ải c ủa thi ết b ị nén khí. Có lúc, nh ững ưu điểm này đã được s ử d ụng là c ơ s ở để khuy ến cáo các tàu VLCC nên l ắp đặ t thi ết b ị đẩ y đó. Tuy nhiên, c ũng nên xem xét đến các nh ược điểm c ủa nó, tr ước khi quy ết đị nh có b ắt bu ộc ph ải l ắp đặ t chân v ịt bi ến b ước hay không: Với tàu có l ắp đặ t chân v ịt bi ến b ước, khi ta gi ảm t ốc độ , dòng n ước phía sau bánh lái có d ấu hi ệu b ị ng ắt tr ừ khi b ước được gi ảm r ất t ừ t ừ. Đây là s ự b ất l ợi tác độ ng đế n vi ệc điều khi ển tàu. V ị trí cánh c ủa chân v ịt không th ể đặ t ở v ị trí s ố không để d ừng tàu an toàn, vì nó làm ng ắt hoàn toàn dòng ch ảy c ần thi ết tác độ ng vào bánh lái. Khi lùi thì hi ệu qu ả c ủa chân v ịt bi ến b ước th ấp h ơn chân v ịt th ường. V ấn đề điều khi ển đã nói có nhi ều ph ức t ạp, khi mu ốn làm cho con tàu d ạt ra kh ỏi đường đi thì g ặp nhi ều khó kh ăn h ơn, vì ph ải s ử d ụng máy lùi trong m ột th ời gian dài để d ừng tàu. Khi đến g ần c ầu, các âu ho ặc tr ạm hoa tiêu, v ới lo ại tàu có chân v ịt bi ến b ước ta ph ải gi ảm máy s ớm h ơn tàu có chân v ịt th ường. R ồi s ử d ụng b ước chân v ịt ở m ức th ấp nh ất để điều khi ển bánh lái ở t ốc độ th ấp khi tr ớn t ới đã được gi ảm v ừa đủ . Do chân v ịt bi ến b ước thông th ường máy có s ố vòng quay cao, ngay c ả khi tàu đứng yên trong c ầu v ới v ị trí s ố không c ủa cánh, do v ậy ph ải l ưu ý các dây phía sau lái có th ể v ướng vào chân vịt khi vào ra c ầu. Thông báo cho nh ững ng ười b ắt dây trên b ờ đó là vi ệc làm c ần thi ết, dây có th ể b ị vướng trong m ột th ời gian r ất ng ắn, c ần th ận tr ọng đố i v ới tàu lai làm vi ệc phía sau lái. 1.9. T ự độ ng hóa quá trình điều độ ng tàu 1.9.1. Xu th ế phát tri ển và m ục đích t ự độ ng hóa Đội tàu bi ển trên th ế giới ngày nay không ng ừng t ăng lên, kích th ước tàu, m ật độ các lu ồng ch ạy c ũng t ăng đáng k ể. Công su ất độ ng l ực tàu t ăng ch ậm h ơn so v ới s ự t ăng t ải tr ọng, do đó tính năng điều độ ng c ủa các tàu l ớn b ị gi ảm, t ức là ph ản ứng ch ậm v ới vi ệc b ẻ lái, quãng đường và th ời gian quán tính b ị bi ến đổ i. Th ời gian l ấy và phá tr ớn t ăng lên. B ị m ất điều khi ển ở các v ận t ốc nh ỏ kể c ả lùi và t ới. Để t ăng hi ệu su ất điều khi ển và làm cho tính n ăng điều độ ng t ốt lên, ng ười ta đã không ng ừng hoàn thi ện h ệ độ ng l ực nh ư ch ụp chân v ịt xoay, chân v ịt bi ến b ước. Trang b ị cho vi ệc quay tr ở và bánh lái ch ủ độ ng. Để gi ảm quãng đường và th ời gian phá tr ớn ph ải ứng d ụng nh ững k ết c ấu phanh hãm th ụ động nh ư: Dù cánh g ấp, bánh lái đóng m ở t ạo lu ồng n ước đặ c bi ệt b ằng đường ống, m ũi qu ả lê. Còn hệ th ống ch ủ độ ng nh ư: Thi ết b ị ph ản l ực tên l ửa và thi ết b ị t ạo lu ồng n ước, lu ồng h ơi làm vi ệc t ừ nh ững ngu ồn n ăng l ượng độ c l ập. 1.9.2. T ự độ ng hóa quá trình điều khi ển máy chính và chân v ịt Nh ằm đạ t hi ệu qu ả cao khi công su ất máy chính ở m ột ch ế độ xác đị nh có l ợi h ơn c ả, đồ ng th ời gi ảm t ới m ức t ối thi ểu th ời gian điều độ ng. Các tàu ngày nay đều trang b ị các máy t ự độ ng hóa cao. Có th ể điều khi ển tr ực ti ếp trên bu ồng lái. K ết h ợp các lo ại chân v ịt đặ c bi ệt nh ư bi ến b ước, h ệ th ống lái tàu ch ủ độ ng nh ằm đả m bảo an toàn cho tàu, đạt hi ệu qu ả kinh t ế cao h ơn. Tự độ ng hóa làm cho tính n ăng điều độ ng và hi ệu su ất con tàu t ốt h ơn lên. S ĩ quan lái tàu m ở rộng được kh ả n ăng điều khi ển tàu, nh ằm đả m b ảo an toàn và nâng cao hi ệu su ất c ủa độ i tàu và m ở rộng kh ả n ăng c ủa ng ười lái trong vi ệc điều khi ển. 1.9.3. M ột s ố h ệ th ống t ự độ ng hóa quá trình lái tàu 1.9.3.1. H ệ th ống phòng ng ừa đâm va trên bi ển: Vi ệc t ự độ ng hóa quá trình tránh va tàu trên bi ển được th ực hi ện nh ờ h ệ th ống Radar, ARPA, 41