Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy tàu bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu cam ranh khánh hòa

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Lê Văn Toàn, là học viên lớp Cao học 2013, ngành Cơ khí Động lực, xin cam đoan: Mọi tài liệu, số liệu dùng tính toán, dẫn chứng của đề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng

PHẦN TỔNG QUAN

LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Nhà máy đóng tàu Cam Ranh, tọa lạc tại miền Trung, là một cơ sở đóng tàu vỏ thép lớn, được đưa vào hoạt động từ năm 2007 trên diện tích khoảng 70 ha Hiện tại, nhà máy đã đầu tư thiết bị hạ thủy tàu với công suất 30.000 DWT và đã hoàn thành nhiều tàu có trọng tải lên đến 22.000 DWT, cùng với các tàu chở khách và tàu dịch vụ phục vụ cho khách hàng trong và ngoài nước.

Để đáp ứng nhu cầu mở rộng năng lực sản xuất và đảm bảo tiến độ cho các dự án đóng mới tàu, nhà máy đang xem xét xây dựng thêm một thiết bị hạ thủy mới, phù hợp với mặt bằng và công nghệ sản xuất hiện tại.

Sau khi nghiên cứu và phân tích các phương pháp hạ thủy, chúng tôi đã quyết định áp dụng công nghệ hạ thủy bằng túi đệm khí tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh, một lựa chọn hứa hẹn cho ngành công nghiệp tàu thủy Với năng lực kỹ thuật hiện tại, việc lựa chọn phương pháp hạ thủy không phải là vấn đề khó khăn, tuy nhiên, do những hạn chế về cơ sở hạ tầng, việc tìm kiếm giải pháp có chi phí đầu tư thấp nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật là rất quan trọng Mặc dù phương pháp này mang lại nhiều lợi ích như tính đa năng và tiết kiệm chi phí, nhưng cũng cần lưu ý rằng nó tiềm ẩn rủi ro và tai nạn nếu không có những tính toán phù hợp với điều kiện thực tế của nhà máy.

Vấn đề quan trọng hiện nay là nghiên cứu xây dựng phương án hạ thủy bằng túi khí phù hợp với mặt bằng, công nghệ sản xuất và điều kiện kinh tế của Nhà máy Cam Ranh, cùng với quy trình hạ thủy chuẩn Điều này không chỉ có ý nghĩa quan trọng mà còn mang tính cấp thiết cho cả Nhà máy Cam Ranh và các nhà máy đóng tàu khác trên toàn quốc Do đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài cao học “Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ hạ thủy bằng túi khí tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh”.

TÌNH HÌNH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ

1.2 TèNH HèNH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TệI KHÍ

1.2.1 Tình hình sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở nước ngoài

Phương pháp hạ thuỷ bằng đệm túi khí, hay còn gọi là hạ thuỷ mềm, cho phép điều chỉnh tốc độ dịch chuyển của tàu một cách dễ dàng, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật tốt hơn so với phương pháp hạ thuỷ truyền thống (hạ thuỷ cứng) Công nghệ này đã được Trung Quốc nghiên cứu và ứng dụng thành công trong 20 năm qua, ngày càng phổ biến tại nhiều nhà máy đóng tàu trên toàn cầu Tại Trung Quốc, phương pháp này chủ yếu được sử dụng cho tàu có trọng tải dưới 10.000 DWT, nhưng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhà máy đóng tàu đã có khả năng tính toán, thiết kế và hạ thuỷ các tàu có trọng tải lớn hơn.

Có thể kể một số nhà máy ở Trung Quốc đã hạ thủy thành công tàu bằng phương pháp đệm khí nhƣ sau:

Công ty Titan Quanzhou Shipyard Co Ltd chuyên sản xuất tàu chở dầu có trọng tải từ 4.000 đến 5.000 tấn Mỗi năm, nhà máy đóng mới khoảng 24 tàu, áp dụng hoàn toàn phương pháp hạ thủy bằng túi khí.

- Ngày 18/09/2009, nhà máy Weihai - China (Tế Nam) đã hạ thủy thành công tàu hàng trọng tải 34.000 DWT và trọng tải 93.000 DWT bằng đệm khí

Hình 1.1 Hình ảnh hạ thủy tàu cỡ lớn bằng túi khí tại Trung Quốc

Dưới đây là một số hình ảnh các công trình hạ thủy bằng túi khí đã đi vào lịch sử của ngành đóng tàu Trung Quốc

Hình 1.2 Hạ thuỷ xàlan Hình 1.3 Hạ thủy tàu 1200 tấn tại nhà máy đóng tàu XiShui tỉnh Hồ Bắc

Hình 1.4 Hạ thuỷ bằng túi khí tàu chở dầu tại Nhà máy đóng tàu

Các chuẩn mực hạ thủy bằng túi khí tại Trung Quốc được đề xuất bởi bộ phận Công nghệ sửa chữa tàu thuộc Ủy ban tiêu chuẩn hóa công nghệ tàu biển và được quản lý bởi Viện nghiên cứu công nghệ sửa chữa tàu Thiên Tân.

1.2.2 Tình hình sử dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí ở Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ hạ thủy tàu bằng túi đệm khí đƣợc nhập về từ năm 1996 áp dụng theo phương pháp tính và các tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật là của nước ngoài Mặc dù đã được nhiều nhà máy đóng tàu ở nước ta áp dụng từ lâu nhưng cho đến nay vẫn chƣa có nghiên cứu nào về công nghệ hạ thủy này đƣợc công bố chính thức và cũng chưa có tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật phù hợp với nhà máy đóng tàu ở nước ta Theo đánh giá của nhiều chuyên gia trong ngành công nghiệp đóng tàu nước ta, phương pháp này giúp tiết kiệm do không phải làm triền đà, an toàn và “mềm mại”

Phương pháp hạ thủy mới đang được ưu tiên áp dụng tại Việt Nam, với mục tiêu thay thế dần các phương pháp truyền thống như hạ thủy bằng ụ nổi và triền đà Hiện tại, phương pháp này đang được theo dõi và thử nghiệm, đặc biệt dành cho những tàu có trọng tải dưới 10.000 tấn.

Có thể kể một số trường hợp hạ thủy thành công bằng phương pháp túi khí ở nước ta trong thời gian qua nhƣ sau:

Từ ngày 9 đến 17/3/2008, Phân xưởng cơ khí của Công ty vật tư vận tải và xếp dỡ – TKV đã thành công trong việc hạ thủy 04 sà lan boong nổi, mỗi chiếc có sức chở 400 tấn và tự trọng 108 tấn, sử dụng công nghệ đệm túi khí.

- Hạ thủy tàu Hưng Thịnh 07 trên sông thuộc phường Đông Hải, Quận Hải An, Thành phố Hải Phòng

- Công ty cổ phần Đóng mới và sửa tàu Hải An đã hạ thủy thành công tàu chở hàng Hoà Phát (chủ tàu là Công ty TNHH Hòa Phát)

Vào tháng 4 năm 2009, Công ty Cổ phần Công nghiệp Tàu thủy Thái Bình, thuộc Tổng công ty Công nghiệp Tàu thủy Phà Rừng - Tập đoàn Công nghiệp Tàu thủy Việt Nam, đã thành công trong việc hạ thủy tàu hàng Trung Thắng 88 - BIDV Tàu có trọng tải 3.150 tấn và được hạ thủy trên sông Trà Lý bằng công nghệ hạ thủy tiên tiến bằng túi khí.

Vào ngày 1 tháng 1 năm 2009, tại Hồ Thác Bà, Yên Bái, Xí nghiệp cơ khí thuỷ Mạo Khê đã thành công trong việc hạ thủy tàu có trọng tải 500T bằng túi khí.

Các nhà máy đóng tàu tại Việt Nam hiện đang áp dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí, dựa trên tài liệu CB/T 3837-1998 về yêu cầu kỹ thuật cho việc nâng cấp hoặc hạ thủy tàu, do Nhà máy đóng tàu quốc gia Trung Quốc ban hành.

MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Từ những trình bày nêu trên đây, có thể nhận thấy mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài nhƣ sau:

- Tính toán, lập qui trình hạ thủy tàu bằng phương pháp túi khí phù hợp với Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

- Đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ hạ thủy bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh – Khánh Hòa

Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương pháp điền dã, phương pháp thực nghiệm thực tế

Phân tích và tổng hợp tài liệu liên quan, kết hợp với cơ sở lý thuyết về hạ thủy, nhằm xây dựng nền tảng lý thuyết cho phương pháp tính toán và quy trình hạ thủy sử dụng túi đệm khí.

Đi thực tế và khảo sát phương pháp hạ thủy bằng túi khí tại các nhà máy đóng tàu trong nước là cần thiết để xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc tính toán hạ thủy hiệu quả.

- Khảo sát thực tế ngay tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh để tính toán quy trình hạ thủy bằng túi khi cho một tàu cụ thể

1.3.3 Nội dung nghiên cứu Để giải quyết đƣợc mục tiêu nghiên cứu đề ra, đề tài cần đặt vấn đề giải quyết các nội dung chính nhƣ sau:

- Tính và xây dựng quy trình hạ thủy cho một tàu cụ thể tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

- Nghiên cứu tính bổ sung quy trình hạ thủy bằng túi khí

- Phân tích, đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp hạ thủy bằng túi khí tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh

Trên cơ sở đó, nội dung luận văn được kết cấu thành 4 chương cụ thể như sau

Nội dung chương trình bày những vấn đề tổng quan có liên quan đến đề tài như:

Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và sự thiếu hụt thông tin hiện có Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy có nhiều công trình liên quan, nhưng vẫn còn khoảng trống cần được khai thác Mục tiêu của đề tài là nhằm làm rõ các vấn đề đã được đặt ra, sử dụng phương pháp nghiên cứu định tính và định lượng để thu thập dữ liệu Nội dung nghiên cứu tập trung vào các khía cạnh chính của đề tài, với phạm vi nghiên cứu được xác định rõ ràng để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả.

PHƯƠNG PHÁP HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ

CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÚI KHÍ

2.2 CÁC YẾU TỐ CễNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TệI KHÍ Để lựa chọn đƣợc hợp lý các yếu tố công nghệ khi hạ thủy bằng các túi đệm khí, theo tiêu chuẩn CB/T 3837 - 011, các con tàu có thể đƣợc chia thành bốn loại nhƣ sau

 Loại 1 : tàu có trọng lƣợng hạ thủy P > 5.000 T hoặc có chiều dài L > 150m

 Loại 2 : tàu có trọng lƣợng hạ thủy P = (3.000 ÷ 5000) T hoặc có chiều dài

 Loại 3 : tàu có trọng lƣợng hạ thủy P = (1.000 ÷ 3.000) T hoặc có chiều dài

Tàu loại 4 có trọng lượng hạ thủy nhỏ hơn 1.000 tấn hoặc chiều dài dưới 90 mét Để hạ thủy tàu bằng phương pháp túi khí, cần đảm bảo ba yếu tố công nghệ chính: đà tàu, túi khí và hệ thống tời.

2.2.1 Mặt bằng (đường) hạ thủy Đà tàu là nền móng để hạ thủy tàu bằng túi khí, do đó cần phải đảm bảo đƣợc những yêu cầu sau đây

(1) Đường đà mà túi khí di chuyển sẽ phải được vệ sinh, quét dọn tất cả các vật có đầu nhọn, ví dụ nhƣ đinh sắt

(2) Nền móng phải có độ bền nhất định và năng lực chịu tải của nó thường phải lớn hơn hai lần áp lực làm việc của các túi khí

Đà cho tàu loại 1 và loại 2 cần được xây dựng trên bề mặt bê tông cốt thép, trong khi đà cho tàu loại 3 yêu cầu nền bê tông Đối với đà cho tàu loại 4, có thể sử dụng nền đất dốc đã được cán phẳng.

Trong phương pháp hạ thủy bằng túi khí, đà tàu cần có độ dốc nhất định, thường nhỏ hơn so với độ dốc của đường trượt hạ thủy Độ dốc này phụ thuộc vào kích thước của tàu, và không vượt quá 1/7 Hình dạng của đường đà có thể là sự kết hợp giữa đường dốc và đường cung trong phạm vi tổng chiều dài Quan trọng là đáy tàu không được chạm đất, ngay cả khi túi khí ở chiều cao làm việc thấp nhất.

Đà tàu cần phải bằng phẳng, với độ nghiêng từ phải sang trái không vượt quá 20 mm cho tàu loại 1, 2; dưới 50 mm cho tàu loại 3 và nhỏ hơn 80 mm cho tàu loại 4 Các lỗ, hố phải được lấp đầy, đồng thời khả năng chịu lực của mặt đất cần phải tương đối đồng nhất.

Để cải thiện khả năng chịu lực của kết cấu đáy tàu và giảm hiện tượng đuôi và mũi tàu bị rớt, cần kéo dài đoạn đà tàu vào trong vùng nước theo hình parabol, đường gấp khúc đôi hoặc hình gấp khúc đơn.

Bảng so sánh hình dạng phần đuôi của đường trượt (phần dưới nước của đà tàu) hạ thủy bằng túi khí đƣợc trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Hình thức phần dưới nước của đà tàu hạ thủy bằng túi khí

Túi khí, một loại túi cao su bơm không khí, được sử dụng phổ biến trong ngành hàng hải với nhiều ứng dụng như làm đệm va, trục vớt tàu đắm, nâng hạ tàu trong quá trình sửa chữa và hạ thủy tàu mới.

1 Cấu tạo và ký hiệu sản phẩm của túi khí

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại túi khí với cấu tạo khác nhau, nhưng tại Việt Nam chưa có công ty nào sản xuất túi khí dành cho việc nâng và hạ thủy tàu Các nhà máy thường sử dụng túi khí do Trung Quốc chế tạo cho mục đích này Túi khí được cấu tạo từ cao su và nilon gia cường, với nhiều lớp xếp chồng lên nhau Mỗi lớp nilon gia cường có lực đàn hồi khoảng 205.8 N/tấm, tạo nên cấu trúc đơn giản nhưng hiệu quả cho túi khí.

- Thân túi 2 là phần hình trụ tròn của túi khí

- Miệng túi 3 đƣợc lắp ở hai đầu túi khí dùng để bơm và xả khí ra khỏi túi

Đầu túi 1 là phần hình côn kết nối giữa thân túi và miệng túi khí, trong khi hai đầu túi được trang bị các van an toàn để thực hiện việc bơm hoặc xả khí ra ngoài.

Hình 2.2 Hình dạng và kết cấu túi khí

Hình 2.3 là kết cấu của van an toàn lắp ở hai đầu túi khí

Hình 2.3 Cấu tạo van an toàn ở hai đầu túi khí

2 Các thông số hình học của túi khí

Các thông số hình học của túi khí đƣợc mô tả trên hình 2.4 nhƣ sau

- Chiều dài lớn nhất của túi khí LOA

- Đường kính công tác hoặc đường kính danh nghĩa của túi khí D

Độ cao làm việc của túi khí được xác định là độ cao thực tế của túi khí khi tàu đã rời khỏi đế kê và hoàn toàn nằm trên túi khí.

Hình 2.4 Các thông số hình học của túi khí

Ký hiệu sản phẩm của túi khí bao gồm những ký hiệu nhƣ trình bày trên hình 2.5

Ví dụ nhƣ ký hiệu túi khí 0.8x 5.0 -0.038 CB/T 3795-1996 có ý nghĩa là túi khí có đường kính danh nghĩa là 0.8 m, độ dài 5.0 m, áp suất làm việc 0.038 Mpa

Hình 2.5 Ký hiệu sản phẩm

Số hiệu tiêu chuẩn Tên gọi sản phẩm Áp suất làm việc, Mpa Độ dài thân túi, m Đường kính danh nghĩa của túi, m x _

3 Các yêu cầu về kỹ thuật a) Yêu cầu về vật liệu

Vật liệu chế tạo túi khí bằng poliamit với cơ tính vật liệu cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Cơ tính vật liệu chế tạo túi khí

Cơ tính Đơn vị Chỉ tiêu

Lớp cao su bên ngoài Lớp cao su sợi Lớp cao su bên trong Độ bền kéo Mpa  18  18  20

Hệ số dãn dài %  420  500  600 Độ cứng HA 60 50  5 40  5

Lực liên kết dính giữa các sợi KN/m  7 b) Yêu cầu về hình dáng và khả năng làm việc

Yêu cầu về hình dáng và khả năng làm việc đƣợc thể hiện qua yêu cầu dung sai về kích thước túi khí như ở bảng 2.3

Bảng 2.3 Yêu cầu về hình dáng

Các kích thước cơ bản Dung sai (%)

L  4 c) Yêu cầu về độ biến dạng đàn hồi và độ kín khí

Khi kiểm tra túi khí, áp suất thử nghiệm phải đạt 1.2 lần áp suất làm việc, và độ biến dạng đàn hồi theo đường kính không được vượt quá 5%.

- Túi khí chế tạo phải qua kiểm tra và đảm bảo đạt tiêu chuẩn CB/T 3795-1996 của ngành đóng tàu

Trước khi sử dụng túi khí, cần thực hiện kiểm tra không tải bằng cách bơm khí với áp suất thử gấp 1.25 lần áp suất công tác và giữ áp suất trong 1 giờ.

Túi khí cho tàu loại 1 và loại 2 cần phải có cường độ chịu lực cao, với lực chịu tải trên mỗi đơn vị chiều dài không được thấp hơn 20 T/m.

- Hệ số an toàn không đƣợc nhỏ hơn 4.5, tức là áp lực công tác theo quy định của túi khí bằng 1/4.5 của áp lực phá hủy túi khí

- Độ kín khí phải đảm bảo sao cho sau khi bơm 1 giờ, lƣợng khí thoát ra ngoài không đƣợc lớn hơn 5%

Khi kiểm tra túi khí, yêu cầu đầu tiên là hình thức bên ngoài phải sạch sẽ và đẹp mắt Túi khí không được có vết nứt, bọt khí, hay bất kỳ vết bẩn nào, cũng như không có các khuyết tật dễ thấy.

Bảng 2.4 trình bày kiểu loại và ứng dụng của các loại túi khí

Bảng 2.4 Kiểu loại và ứng dụng của các loại túi khí

Kiểu túi khí Đặc tính (DxL) Ứng dụng

QP3 ( 3 lớp liên kết ) Đường kính túi khi

Cho tàu nhỏ khi nâng hay hạ thủy QP4 ( 4 lớp liên kết ) Áp dụng cho các tàu lớn hơn

QP5 ( 5 lớp liên kết ) Áp dụng cho các tàu lớn và vừa

QG6 ( 6 lớp có khả năng chịu lực cao ) Cho các tàu và các công trình lớn

Túi khí dùng trong hạ thủy tàu được phân loại theo ba tiêu chí chính: đường kính, tải trọng tác dụng và áp suất làm việc Phân loại theo đường kính là một trong những phương pháp quan trọng, được thể hiện qua bảng 2.5.

Bảng 2.5 Phân loại túi khí theo đường kính Đường kính D (m) 0,8 1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 Áp lực trung bình (Mpa) Áp lực kiểm tra khi xuất xưởng

0,13 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 Áp lực cho phép 0,09 0,09 0,08 0,08 0,07 0,05 Áp suất cao

(Mpa) Áp lực kiểm tra khi xuất xưởng

17 b) Phân loại theo tải trọng tác dụng (bảng 2.6)

Bảng 2.6 Phân loại túi khí theo tải trọng tác dụng Áp lực Số lƣợng lớp Áp suất hiệu dụng Lƣợng khí thoát ra sau 4h Ứng dụng trung bình

CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÚI KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH HẠ THỦY

2.3 CHUYỂN ĐỘNG CỦA TệI KHÍ TRONG QUÁ TRèNH HẠ THỦY

Phân tích chuyển động của túi khí là cần thiết để xác định trạng thái tàu tiếp nước trong quá trình hạ thủy Cần phân biệt rõ hai trường hợp xảy ra: một là khi túi khí bị biến dạng và hai là khi túi khí không bị biến dạng.

2.3.1 Trường hợp túi khí không bị biến dạng

1 Chuyển động lăn của túi khí trên nền triền

Khi áp lực tác động lên túi khí nhỏ và có thể bỏ qua độ biến dạng của nó, túi khí có đường kính D lăn trên mặt phẳng nghiêng góc  sẽ chịu tác dụng của trọng lượng tàu W theo phương thẳng đứng Quá trình chuyển động lăn của túi khí trên triền dốc được mô tả trong hình 2.7.

Hình 2.7 Chuyển động lăn của túi khí trên nền triền

Lực W được phân tích thành hai thành phần: lực nén Q vuông góc với mặt phẳng nghiêng và lực kéo P song song với mặt phẳng nghiêng tại điểm A Theo quy tắc dời lực, lực P có thể được thay thế bằng lực P’ cùng chiều với P, tạo ra mômen ngẫu lực M = P.D/2 quanh điểm I, nơi túi khí tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng Lực P’ cũng tương đương với lực gây trượt Fc đã đề cập trước đó Để túi khí không bị trượt, giá trị của lực P’ cần phải nhỏ hơn lực ma sát trượt.

P  f.N (2.2) trong đó: f - hệ số ma sát trƣợt

N - phản lực của nền lên túi khí, bằng với thành phần lực nén Q

Lực P và P’ cùng chiều với lực ma sát nên sẽ tạo ra mômen lăn, làm cho túi khí chuyển động lăn có giá trị tính theo biểu thức:

Tại vị trí tiếp xúc giữa túi khí và nền triền, mômen cản lăn Mc xuất hiện, tỉ lệ với lực nén Q và phản lực pháp tuyến N của nền lên túi khí.

Mc = k.N (2.4) với k là hệ số ma sát lăn, có giá trị phụ thuộc vật liệu và trạng thái bề mặt tiếp xúc

Để các túi khí lăn không bị trượt trên nền triền, điều kiện cần thiết là M < Mc Ngẫu lực của lực ma sát lăn sẽ xuất hiện khi các túi khí có xu hướng lăn tương đối, với chiều ngược lại so với chiều lăn.

Hệ số ma sát lăn thường nhỏ hơn nhiều so với hệ số ma sát trượt, vì vậy trong nhiều tình huống, ma sát lăn có thể được bỏ qua Khả năng chống lăn có thể được mô tả bằng cách dịch chuyển song song phản lực pháp tuyến N về phía túi đang có xu hướng lăn một đoạn nhất định.

Như vậy, khi có ma sát lăn, phản lực pháp tuyến N nằm ở phía vật có xu hướng lăn đến và cách pháp tuyến một đoạn dn  k (2.7)

2 Chuyển động lăn của túi khí trên đáy tàu khi hạ thủy

Trong quá trình hạ thủy, các túi khí có chuyển động tương đối giống như việc lăn trên đáy tàu, tương tự như chuyển động lăn của chúng trên mặt triền dốc.

Áp lực nền triền tác động lên túi khí từ tàu có sự khác biệt về vị trí bề mặt tiếp xúc Cụ thể, túi khí tiếp xúc với nền triền là bề mặt ximăng hoặc cát dầm chặt, trong khi đó, bề mặt tiếp xúc giữa túi khí và thân tàu lại là thép được phủ lớp sơn bảo vệ.

Hệ số ma sát trượt và ma sát lăn khác nhau do bề mặt tiếp xúc không đồng nhất, dẫn đến chuyển động của các túi khí trên các bề mặt đối tượng cũng khác nhau.

Túi khí lăn có thể không trượt trên nền triền hạ thủy nhưng lại có thể trượt trên đáy tàu Do đó, việc nghiên cứu chuyển động của túi khí ở các trạng thái áp suất khác nhau trong suốt quá trình hạ thủy là rất cần thiết.

Quá trình chuyển động của tàu trên túi khí đƣợc mô tả nhƣ trên hình 2.8

Hình 2.8 Chuyển động của tàu trên túi khí

Để đảm bảo tàu lăn không trượt trên túi khí, cần khảo sát túi khí nằm dưới đáy tàu, tương tự như điều kiện lăn không trượt trên nền triền hạ thủy Túi khí chịu tác động của trọng lượng tàu trên mặt phẳng nghiêng, chia thành áp lực N tác dụng vuông góc lên đáy tàu và thành phần lực F theo hướng chuyển động của tàu Giữa túi khí và đáy tàu xuất hiện lực cản bao gồm lực cản ma sát và lực cản lăn, trong đó lực cản ma sát được xác định theo công thức.

Fms = f.N (2.8) với f là hệ số lực cản ma sát tại vị trí tiếp xúc giữa túi khí và đáy tàu

Lực F là yếu tố quyết định trọng lực theo phương chuyển động, và nó phụ thuộc vào độ dốc của triền; triền càng dốc thì lực F càng lớn Khi tàu di chuyển, lực quán tính cũng tác động vào lực F Để tàu không bị trượt trên túi khí, điều kiện cần thiết là F phải nhỏ hơn hoặc bằng Fms Mômen lăn xuất hiện khi tàu có xu hướng lăn, và giữa bề mặt túi khí và đáy tàu sẽ có mômen lăn tác động ngược chiều với hướng lăn của túi khí.

Mômen Ml làm cho túi khí lăn trên đáy tàu chính là mômen của lực ma sát giữa túi khí và nền triền hạ thủy

Ml = Fmsn.d (2.10) Nhƣ vậy, điều kiện để túi khí lăn trên đáy tàu là:

2.3.2 Chuyển động của túi khí bị biến dạng

Khi tàu bị biến dạng, các túi khí dưới thân tàu sẽ xẹp xuống và không trượt, nhưng chuyển động của chúng sẽ chậm lại so với vận tốc của tàu Vận tốc lăn của túi khí phụ thuộc hoàn toàn vào đường kính còn lại sau khi biến dạng Nếu túi khí biến dạng có chiều cao h, thì đường kính còn lại của nó sẽ được xác định dựa trên chiều cao này.

Chúng ta có thể chuyển đổi chuyển động của túi khí bị biến dạng sang dạng chuyển động của túi khí không bị biến dạng với đường kính d - 2h và chiều cao làm việc H Hình 2.9 dưới đây minh họa chuyển động của túi khí sau khi bị biến dạng và chuyển động tương đương của nó.

Hình 2.9 Mô hình chuyển đổi của túi khí tương đương

TÍNH TOÁN HẠ THỦY TÀU BẰNG TÚI KHÍ

Hiện tại, Việt Nam chưa có tài liệu hướng dẫn chính thức về hạ thủy bằng túi khí, mà chủ yếu dựa vào các quy định từ Trung Quốc Các yêu cầu này cần được tham khảo để đảm bảo quy trình thực hiện an toàn và hiệu quả.

2.4.1 Lựa chọn phương án hạ thủy bằng túi khí

Túi khí có thể đƣợc bố trí thành một hàng hay hai hàng nhƣ trên hình 2.10

Hình 2.10 Phương án bố trí túi khí dưới đáy tàu

2.4.2 Tính toán lực kéo của máy tời

Xét trường hợp hạ thủy bằng túi khí tàu có chiều dài L, trên triền đà có độ dốc  nhƣ mô tả trên hình 2.11

Hình 2.11 Các phương án hạ thủy tàu bằng túi khí

Căn cứ theo hình 2.11, tính đƣợc lực giữ của cáp thép F nhƣ sau:

F k c c (2.14) trong đó: Fc - lực trƣợt của tàu, kN

Q - trọng lƣợng tàu khi hạ thủy, tấn g - gia tốc trọng trường, m/s 2

 - độ dốc đường hạ thủy hay góc nghiêng đà tàu, độ Lấy  = 2 o

 - hệ số ma sát giữa túi khí và đà tàu

V là tốc độ di chuyển của tàu tính bằng mét trên giây (m/s), t là thời gian cần thiết để phanh tời tính bằng giây (s), k là hệ số an toàn với giá trị từ 1.2 đến 1.5, và nc là số lượng cáp thép trong hệ puly kéo tàu.

 - góc lệch giữa dây cáp kéo và đường trượt, độ Lấy   6 o

2.4.3 Tính toán, lựa chọn số lượng và phương án bố trí các túi khí

Quá trình tính chọn số lượng và phương án bố trí túi khí tổng hợp ở bảng 2.9

Bảng 2.9 Bảng tính chọn số lượng và phương án bố trí các túi khí

Phương án Định nghĩa và tác dụng Đặc điểm bố trí

Loại túi khí Túi khí gồm có ba loại là thấp áp, trung áp và cao áp

Căn cứ vào trọng lƣợng tàu hạ thủy để chọn túi khí

Bố trí túi khí Số lƣợng túi khí căn cứ vào áp lực trên một đơn vị diện tích

Số lƣợng túi khí n đƣợc xác định theo công thức: n = k1

Q b k1 - hệ số an toàn, lấy bằng 1.2÷1.3

Cb - hệ số béo thể tích của tàu

R - tải trọng trên một đơn vị chiều dài của túi khí L (T/m)

Ngoài tổng số túi khí sử dụng n, cần tăng thêm (2 ÷ 4) túi để dự trữ Đường kính và chiều cao công tác của túi khí

Chiều cao công tác là chiều cao thực tế sau khi bị nén áp lực Đường kính của túi khí D (m) được tính theo công thức :

LP b  W h - chiều cao công tác túi khí (m), nói chung (0.2 ÷ 0.4) m b - chiều rộng phần mặt túi khí sau khi chịu tải (m)

L - chiều dài phần tiếp xúc của túi khí và đáy tàu (m)

W - tải trọng bình quân của 1 túi khí

Áp lực công tác (T/m²) của túi khí được xác định là áp lực ban đầu, tức là áp lực của túi khí đã được bơm nhưng chưa chịu tải trọng.

Khoảng cách túi khí là khoảng cách đo theo đường tâm giữa hai túi khí kế cận nhau

Thông thường, khoảng cách giữa các túi khí đƣợc lấy bằng (1.5 – 2.5) D (D - đường kính túi khí, m)

Phần mũi tàu, khoảng cách này lớn, phần đuôi tàu khoảng cách này nhỏ

QUY TRÌNH HẠ THỦY VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ TÀU HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ

Dựa trên tài liệu và kinh nghiệm hạ thủy tàu bằng túi khí, cần xây dựng quy trình và biện pháp đảm bảo an toàn cho tàu trong quá trình hạ thủy.

2.5.1 Biện pháp công nghệ cần thiết khi hạ thủy bằng túi khí

(1) Lựa chọn cách đưa tàu xuống nước

Khi tính toán khoảng cách phóng tự do của tàu từ bờ xuống luồng lạch, nếu luồng không đủ điều kiện, tàu cần xuống nước từ từ dưới sự kiểm soát của tời Nếu luồng đủ rộng và góc độ dốc đáp ứng điều kiện tanα > ào (với ào là hệ số ma sát tĩnh), tàu có thể tự xuống nước mà không cần tời Trong trường hợp sử dụng tời để kéo tàu xuống nước, cần xem xét lắp thêm cáp đỡ ở phần đuôi và quyết định thời điểm bắt đầu kéo đỡ.

(3) Khi tính thấy tốc độ trƣợt khá nhanh, cần xem xét lắp thêm dụng cụ cản trƣợt

Để bảo vệ mũi tàu khi lái chúi lên, cần bổ sung thêm các túi khí nhằm giảm khoảng cách và tăng khả năng chịu lực Nếu cần thiết, hãy sử dụng túi khí áp lực cao để đảm bảo an toàn cho mũi tàu Căn cứ vào tính hạ thủy, cần quyết định xem có cần gia cố tạm thời phần mũi để giảm mômen uốn hay không.

Phần chịu lực ở đáy tàu có thể gặp phải sự cố khi đuôi hoặc mũi tàu bị rơi, do đó cần thiết phải tăng cường thêm túi khí chịu lực lớn để đảm bảo an toàn.

Để bảo vệ tàu không bị chúi về phía lái hoặc bênh mũi, cần thực hiện các biện pháp thích hợp Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, việc dằn mũi tàu là cần thiết để tránh tình trạng chúi xuống Nếu tàu bị chúi về phía lái, túi khí ở khu vực này sẽ phải chịu lực lớn nhất, do đó cần kiểm tra độ bền của nó; nếu cần, hãy thay thế bằng túi khí có áp suất cao.

Đối với tàu có mũi và đuôi nhỏ gầy, khi số lượng túi khí hạn chế, cần xem xét lắp thêm giá đỡ ở đuôi và/hoặc mũi tàu để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

2.5.2 Các công việc chuẩn bị hạ thủy bằng túi khí

Để xác định phương án hiệu quả cho tàu, cần xem xét các yếu tố sau: kích thước chủ yếu, trọng lượng hạ thủy và vị trí trọng tâm; đà tàu cùng điều kiện vùng nước; quy cách, số lượng, lực chịu tải và sơ đồ bố trí túi khí; tính toán lực kéo, bố trí móc kéo, và phương án bố trí tời cùng cáp thép; cuối cùng là phương án gỡ căn kê.

(2) Soạn quy trình công nghệ hạ thủy (trong đó có phương án ứng cứu khẩn cấp) và đƣợc phê chuẩn

Các nhân viên thực hiện hạ thủy đã được đào tạo chuyên sâu, nắm rõ các yêu cầu công nghệ và thao tác thành thạo.

(4) Làm sạch tất cả tạp chất và những chướng ngại dưới đáy tàu và mặt đất trên đường di chuyển của tàu ngăn cản túi khí lăn

(5) Tháo dỡ giàn giáo bên cạnh tàu, tạm thời còn để lại thang, cầu dẫn cần thiết để lên xuống tàu

(6) Tời hạ thủy có trạng thái làm việc tốt

Nối cáp thép đã được kiểm nghiệm với móc kéo ở phần mũi tàu, trong đó móc kéo cũng cần phải được kiểm nghiệm đúng quy cách Đầu kia của cáp phải được buộc chặt vào một cấu kiện vững chắc để đảm bảo an toàn.

(8) Chuẩn bị tốt thiết bị bơm hơi và tiến hành bơm khí vào túi thử không tải đạt yêu cầu quy định

(9) Chuẩn bị một số lƣợng nhất định các túi khí dự phòng

Quan sát mực nước hạ thủy theo thời gian quy định là rất quan trọng Độ cao mực nước ở đầu cuối đà tàu không cần quá chặt chẽ như trong trường hợp trượt hạ thủy hướng dọc Tuy nhiên, nên tận dụng thời điểm mực nước cao nhất để hạ thủy, vì khi ở điều kiện mức nước cao, hiện tượng mũi tàu bị rớt sẽ ít xảy ra hơn.

2.5.3 Trình tự thao tác hạ thủy bằng túi khí

Trình tự thao tác hạ thủy bằng túi khí thông thường như sau:

(1) Chuẩn bị một số lƣợng nhất định các túi khí dự phòng

(2) Kiểm tra trình trạng, thiết lập biện pháp công nghệ hạ thủy

Sau khi cố định hệ thống tời kéo và hệ thống kéo đỡ phụ nếu cần thiết, buộc tàu vào puli di chuyển của tời với dây dẫn hướng có chiều dài đạt yêu cầu lực kéo Dây dẫn hướng phải được dẫn lên mũi tàu và buộc vào cọc bích Nếu cần thiết, có thể cố định một phần hoặc toàn bộ tàu.

Tháo các đế kê và lắp đặt túi khí theo khoảng cách đã được tính toán Đặt túi khí vào đáy tàu ở vị trí thích hợp, sau khi bơm khí, thân tàu sẽ được nâng cao một chút Tiến hành tháo căn kê dưới đáy tàu, xả bớt khí và điều chỉnh để các túi chịu lực cân bằng Nếu cần, có thể lắp thêm túi khí vào vị trí của các căn đệm trước đó.

Kiểm tra bố trí túi khí theo bản vẽ, điều chỉnh áp suất bên trong các túi khí để đảm bảo đáy tàu hạ xuống đúng độ cao quy định của công nghệ.

Nhân viên làm việc theo tàu đã hoàn tất việc lên tàu, cho phép công nhân trên tàu trèo lên boong để tháo dỡ tất cả các thang, cầu dẫn và các vật dụng khác bên cạnh tàu.

Khởi động tời kéo để nhả cáp thép, giúp tàu di chuyển xuống nước bằng túi khí Tùy vào điều kiện đường đà và nước, có thể điều chỉnh tốc độ phóng của tàu dưới sự kiểm soát của tời Khi túi khí ở đầu mũi tàu rời khỏi đáy, cần nhanh chóng di chuyển nó vào phần đuôi tàu và đưa vào theo khoảng cách quy định.

(8) Lặp lại quá trình kể trên, lần lượt cho tàu di chuyển xuống bờ nước, cho đến khi không cách nào đặt túi khí vào nữa mới thôi

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HẠ THỦY TÀU BẰNG TÚI KHÍ TẠI NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH

HIỆN TRẠNG NHÀ MÁY ĐÓNG TÀU CAM RANH

3.1.1 Điều kiện địa lý của Vịnh Cam Ranh và Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

Vịnh Cam Ranh, với chiều rộng từ 8 đến 10 km, chiều dài 12 đến 13 km và độ sâu từ 18 đến 32 m, có diện tích hơn 60 km², được đánh giá là một trong ba vịnh có điều kiện tự nhiên về hàng hải tốt nhất thế giới Là một vịnh kín, Cam Ranh không chịu ảnh hưởng lớn từ sóng và gió, tạo điều kiện lý tưởng cho tàu thuyền trú bão và neo đậu, đặc biệt là các tàu có trọng tải lên đến 100.000 DWT Với thời tiết nắng quanh năm và nhiệt độ trung bình khoảng 26.5°C, vịnh nằm gần tuyến đường hàng hải quốc tế, chỉ cách khoảng 10 hải lý, giúp các tàu dễ dàng tiếp cận để sửa chữa, tiếp tế nhiên liệu và thực phẩm Đáy vịnh phẳng, cấu trúc địa chất ổn định và ít bị sa bồi, giúp giảm chi phí đầu tư cho các dự án phát triển trong tương lai.

Nhà máy Đóng tàu Cam Ranh là một trong những cơ sở đóng tàu lớn nhất tại Việt Nam, sở hữu trang thiết bị và công nghệ hiện đại Với vị trí địa lý thuận lợi, nhà máy nằm gần Quốc lộ I, cách ga đường sắt 7 km, cảng quốc tế Ba Ngòi 7 km đường bộ và 5 km đường biển, cũng như cách sân bay quốc tế Cam Ranh khoảng 10 km Đặc biệt, nhà máy chỉ cách đường hàng hải quốc tế khoảng 1 giờ tàu chạy, tạo điều kiện thuận lợi cho các tàu biển hoạt động trong khu vực Đông Bắc Á, góp phần phát triển trung tâm hậu cần biển.

3.1.2 Đặc điểm luồng lạch hạ thủy của Nhà máy

Luồng vào Nhà máy có chiều dài 12,63 km từ vị trí đón trả hoa tiêu hàng hải vào cảng Ba Ngòi, với chiều rộng tuyến luồng từ 270 đến 450 m Tuyến luồng từ điểm giao với luồng vào cảng Ba Ngòi đến vùng nước của nhà máy đóng tàu Cam Ranh dài khoảng 5 km, rộng khoảng 270 m và có độ sâu trên 8,6 m, đảm bảo cho tàu có trọng tải lên đến 70.000 DWT ra vào dễ dàng.

Cầu cảng vào nhà máy có các đặc điểm kỹ thuật cụ thể nhƣ sau

- Độ sâu bình quân hiện tại : - (3.0 ÷ -3.5) m

Bản vẽ tổng thể mặt bằng Nhà máy đóng tàu Cam Ranh đƣợc mô tả trên hình 3.1

3.1.3 Khả năng đáp ứng của hệ thống hạ thủy hiện tại

Hệ thống hạ thủy hiện tại tại Nhà máy chỉ có một đà trượt 30.000 DWT cùng với một số thiết bị như tời kéo 30 tấn và 100 tấn, điều này hạn chế khả năng đáp ứng nhu cầu phát triển sản xuất và định hướng sản phẩm đóng mới, sửa chữa Việc đảm bảo số lượng tàu hạ thủy hàng năm gặp khó khăn do thời gian phục vụ cho công tác đầu nối tổng đoạn của tàu có trọng tải từ 15.000 DWT đến 40.000 DWT mất từ 5 đến 8 tháng Dù có kế hoạch đóng mới và sửa chữa từ 3 đến 5 tàu lớn trong năm, Nhà máy cũng cần triển khai đóng mới và sửa chữa các tàu cỡ vừa, nhỏ và một số dự án nhỏ Do đó, việc linh động trong bố trí phương án hạ thủy hiện tại là một thách thức lớn, trong khi đầu tư cho hệ thống hạ thủy mới lại khó khăn Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng hệ thống hạ thủy bằng túi khí tại Nhà máy là cần thiết và cấp bách.

Hình 3.1 Bản vẽ tổng thể mặt bằng Nhà máy đóng tàu Cam Ranh

3.1.4 Lập phương án hạ thủy

Cơ sở hạ tầng của Công ty Đóng tàu Cam Ranh bao gồm bãi gia công, nhà xưởng, và các cổng trục với sức nâng lớn, như Q2x200Tx100m, Q2x200Tx88m, và cổng trục 60T Ngoài ra, công ty còn có cần cẩu chân đế và hệ thống hạ thủy với 01 đà tàu 30.000DWT Để thực hiện việc đóng mới ụ nổi 17.000 tấn, nhà máy đã đề xuất hai phương án khả thi.

Phương án 1 đề xuất thi công chi tiết và lắp ráp các phân tổng đoạn tại bãi gia công, sau đó sử dụng cẩu và xe nâng để di chuyển tổng đoạn tới khu vực đà 30.000 DWT nhằm lắp ráp thiết bị, làm sạch và sơn toàn bộ trước khi hạ thủy Tuy nhiên, phương án này sẽ kéo dài thời gian chiếm dụng đà 30.000 DWT, ảnh hưởng đến tiến độ đóng mới các sản phẩm đã ký hợp đồng với các chủ tàu trong và ngoài nước Hơn nữa, đà 30.000 DWT hiện đang trong giai đoạn hoàn thiện, bao gồm việc hoàn thiện đuôi mút và nạo vét vùng nước hạ thủy, khiến thời gian khởi công đóng mới ụ chưa thể xác định một cách chủ động.

Phương án 2 bao gồm việc thi công các chi tiết và đấu lắp các phân đoạn tại bãi gia công, sau đó cẩu chuyển đến vị trí lắp ghép tổng đoạn lớn để hạ thủy bằng túi khí Sau khi hạ thủy, các tổng đoạn sẽ được đấu ghép dưới nước theo phương pháp tự đấu ghép Cuối cùng, sau khi hoàn tất lắp ghép, thiết bị, máy móc và các hệ thống kỹ thuật khác sẽ được lắp đặt lên ụ tại cầu tàu.

Cả hai phương án thi công đều khả thi về mặt công nghệ, tuy nhiên, chúng có những ưu nhược điểm riêng và khác biệt cơ bản trong việc lựa chọn hệ thống hạ thủy.

Sử dụng phương án 2 mang lại nhiều lợi ích so với phương án 1, đặc biệt nhờ vào công nghệ hạ thủy bằng túi khí, giúp hạ thủy từng phần xuống nước và lắp ráp các tổng đoạn dưới nước một cách linh hoạt Phương pháp này không chỉ giảm thời gian chiếm dụng mặt bằng sản xuất mà còn tối ưu hóa việc bố trí nhân lực và rút ngắn thời gian thi công Việc thuê hoặc mua túi khí để hạ thủy cũng giúp giảm giá thành đầu tư và chi phí nhân công so với phương án hạ thủy bằng đà trượt 30.000DWT Giải pháp này phát huy những ưu điểm nổi bật, đồng thời giảm thiểu tối đa các hạn chế từ hạ tầng hiện có của Nhà máy, góp phần tiết kiệm chi phí đầu tư.

Bài viết sẽ trình bày quy trình tính toán và phân tích liên quan đến việc hạ thủy, bao gồm các giải pháp thi công và hiệu quả kinh tế của công nghệ hạ thủy bằng túi khí Đặc biệt, nội dung sẽ tập trung vào việc hạ thủy ụ nổi 17.000 tấn tại Nhà máy đóng tàu Cam Ranh.

TÍNH TOÁN HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ

3.2.1 Giới thiệu tàu hạ thủy

Ụ nổi 17.000 tấn đang được đóng tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh, có kết cấu vỏ bằng thép hàn với 3 ponton, trong đó 2 ponton nằm ở hai đầu và 1 ponton ở giữa Hai ponton ở hai đầu có khả năng nâng ponton giữa hoặc tự nâng nhau Với sức nâng tối đa 17.000 tấn, ụ nổi phục vụ cho việc kiểm tra và sửa chữa các loại tàu hàng có trọng tải lên đến 81.000 DWT, cũng như các phương tiện thủy khác có kích thước và trọng tải phù hợp Ụ nổi có khả năng đánh chìm và nổi theo phương thẳng đứng, giúp đưa tàu ra vào sửa chữa một cách thuận tiện.

1 Quy phạm thiết kế Ụ đƣợc tính toán, thiết kế thoả mãn Quy phạm của ụ nổi (TCVN 6274 - 2003) và Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép của Việt Nam (TCVN 6259 – 2003 Trường hợp di chuyển (kéo trên biển), ổn định ụ phải thỏa điều kiện tàu cấp hạn chế II theo Quy phạm Phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép Việt Nam (TCVN 6259 - 2003), đảm bảo độ nghiêng, chúi của ụ trong giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn cho tàu kê trên ụ và hoạt động của cần cẩu Ụ nổi đƣợc tính thỏa mãn sức nâng lên đến 19.000T

2 Những thông số chính của ụ Ụ gồm 3 phần, với các thông số chính cần thiết khi hạ thủy nhƣ sau:

- 02 ponton rời : khối lượng 1850 tấn, kích thước LxB = 60.5mx33.6m

- 01 ponton chính : khối lượng 10600 tấn, kích thước LđáyxB = 144m x 47m

Các tổng đoạn được thiết kế và hạ thủy độc lập, như thể hiện trong bản vẽ chia tổng đoạn ở phần phụ lục, cùng với các thông số chính được cung cấp trong bảng 3.1.

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của các tổng đoạn hạ thủy

Mớn nước nổi tự do d (m)

Các thông số chính của ụ nổi nhƣ sau:

(a) Kích thước chủ yếu của pontoon mũi

- Chiều dài toàn bộ/ chiều rộng lớn nhất của pontoon mũi : 38.4/62.1 m

- Chiều dài phao đáy của pontoon mũi : 33.60 m

- Chiều rộng mép ngoài phao thành của pontoon mũi : 60.50 m

- Chiều rộng mép trong phao thành của pontoon mũi : 51.50 m

- Khe hở giữa mép trong của phao thành pontoon mũi với mép ngoài phao thành của pontoon giữa : 2.25 m

- Chiều cao của phao đáy pontoon mũi đo tại tâm/mạn : 5.00/4.90 m

- Chiều dài của phao thành pontoon mũi : 33.60 m

- Chiều cao boong đỉnh của pontoon mũi : 19.10 m

- Chiều cao boong an toàn của pontoon mũi : 9.10 m

- Độ vát hông của pontoon mũi : 2.15 m (b) Kích thước chủ yếu của pontoon lái

- Chiều dài toàn bộ/ chiều rộng lớn nhất của pontoon lái : 43.2/62.1 m

- Chiều dài phao đáy của pontoon lái : 33.60 m

- Chiều rộng mép ngoài phao thành của pontoon lái : 60.50 m

- Chiều rộng mép trong phao thành của pontoon lái : 51.50 m

- Khe hở giữa mép trong của phao thành ponton lái với mép ngoài phao thành của pontoon giữa : 2.25 m

- Chiều cao của phao đáy pontoon lái đo tại tâm/mạn : 5.00/4.90 m

- Chiều dài của phao thành pontoon lái : 33.60 m

- Chiều cao boong đỉnh của pontoon lái : 19.10 m

- Chiều cao boong an toàn của pontoon lái : 9.10 m

- Độ vát hông pontoon lái : 2.15 m

(c) Kích thước chủ yếu của pontoon giữa

- Chiều rộng phao thành trên : 6.00 m

- Chiều rộng phao thành dưới : 4.50 m

- Chiều rộng mép ngoài phao thành : 47.00 m

- Chiều rộng mép trong phao thành : 38.00 m

- Chiều cao của phao đáy (ở tâm/ở mạn) : 5.00/4.90 m

- Chiều cao boong an toàn : 13.30 m

- Độ vát hông : 0.00 m (d) Kích thước chủ yếu của ụ

- Chiều dài toàn bộ boong triền : 228.80 m

- Khe hở giữa 2 phao đầu với phao giữa (theo chiều dài) : 1.60 m

- Mớn nước đánh chìm lớn nhất : 13.80 m

- Sức nâng lớn nhất tại mớn nước 4.3 m : 19.000 tấn

4 Kết cấu và bố trí chung của ụ

Kết cấu của ụ nổi bao gồm 03 phao đáy và 02 phao thành, thiết kế theo hệ thống kết cấu dọc Khoảng sườn dọc có chiều dài 800 mm, với khoảng cách giữa các dầm dọc đáy cũng là 800 mm Khoảng cách giữa các dầm dọc mạn và dầm dọc của các sàn, boong là 750 mm, trong khi khe hở giữa các phao đáy đạt 1600 mm Quy cách chi tiết của kết cấu này được trình bày trong bản vẽ kết cấu cơ bản ở phần phụ lục.

Bản vẽ bố trí chung của ụ (A18/105-01 phần Phụ lục 1) thể hiện cấu trúc và trang thiết bị cần thiết Để đảm bảo hoạt động liên tục trong 20 ngày đêm, dầu và nước ngọt dự trữ phải được cung cấp đầy đủ Hệ thống kết cấu và bố trí thiết bị trên ụ cần được thiết kế sao cho thuận tiện cho việc kiểm tra, bảo trì và bảo dưỡng.

Dựa trên lý thuyết tính hạ thủy bằng túi khí và hiện trạng của Nhà máy đóng tàu Cam Ranh, chúng tôi tiến hành tính toán hạ thủy cho Block phao rời với các thông số chính.

- Chiều dài lớn nhất Lmax = 60.50 m

Block được hạ thủy trên mặt bằng – đường hạ thủy có các thông số như sau

- Mức nước khi hạ thủy +3.7 m

- Điểm xuất phát chọn tại điểm có độ cao +3.5 m

- Điểm cuối giai đoạn 1 có cao độ trọng tâm +1.4 m

- Bề mặt triền có độ nghiêng 1.5 độ

Mặc dù công nghệ hạ thủy bằng túi khí đã được áp dụng tại các nhà máy đóng tàu Việt Nam từ lâu, nhưng đến nay vẫn chưa có tài liệu hướng dẫn chính thức về công nghệ này Hiện tại, các nhà máy vẫn phải sử dụng tài liệu kỹ thuật từ bộ phận Công nghệ sửa chữa tàu thuộc ủy ban tiêu chuẩn hóa công nghệ tàu biển Trung Quốc, do Viện nghiên cứu công nghệ sửa chữa tàu thủy Thiên Tân quản lý.

Khi lập quy trình hạ thủy cho một con tàu cụ thể bằng các túi khí, chúng tôi đã dựa vào các hướng dẫn và tiêu chuẩn trong tài liệu này, đồng thời bổ sung các tính toán phù hợp với hiện trạng của Nhà máy đóng tàu Cam Ranh Hai nội dung chính của quy trình được trình bày chi tiết trong mục 2.3 của chương 2.

(1) Tính chọn quy cách và số lƣợng túi khí

(2) Tính lực kéo của tời

3.2.2 Tính chọn quy cách, số lượng và phương án bố trí các túi khí dùng hạ thủy

1 Chọn lựa quy cách của túi khí

Dựa vào trọng lượng phần phao rời của ụ nổi 17.000 tấn cần hạ thủy và dự kiến hạ thủy tàu khối lượng lớn tại nhà máy đóng tàu Cam Ranh, chúng tôi đã lựa chọn túi khí hạ thủy tiêu chuẩn áp lực cao CL-6 Loại túi này có ba đường kính làm việc: D = 1.2 m, D = 1.5 m và D = 1.8 m Sau khi xem xét đặc điểm địa hình của đường triền hạ thủy và tư thế của Bolck Phao rời tại khu vực tiếp nước, chúng tôi quyết định chọn túi khí có đường kính D = 1.5 m để đảm bảo tính kinh tế và an toàn cho ụ nổi trong quá trình tiếp nước.

Hình 3.2 Đặc điểm địa hình tại khu vực tiếp nước

Hình 3.3 Vị trí Phao rời trước khi hạ thủy

Chiều cao làm việc H (hoặc đường kính làm việc) của túi khí được tính toán dựa trên các thông số đã nêu và các công thức trong bảng 2.9, như được mô tả trong hình 3.4.

- Tính chiều rộng b của phần mặt túi khí sau khi chịu tải b LP

- Tính chiều cao làm việc H của túi khí

Từ bảng 2.8, chọn túi có đường kính D = 1.5 m và chiều cao làm việc H = 0.7 m

Hình 3.4 Xác định đường kính và chiều cao làm việc của túi khí

Với đường kính D = 1.5 m, chiều cao làm việc H = 0.7 m của túi CL-6 đã chọn, căn cứ bảng 2.8 có thể tổng hợp các thông số kỹ thuật của túi khí nhƣ sau:

- Đường kính của túi khí D = 1.5 m

- Chiều cao làm việc của túi H = 0.7 m

- Chiều dài của túi khí L = 18 m

- Chiều dài làm việc của túi Ld = 16 m

- Áp suất làm việc của túi khí P = 9.18 tấn/m 2

- Tải trọng trên đơn vị chiều dài túi R = 11.54 tấn/m = 113.21 kN/m ứng với chiều cao làm việc H = 0.7 m

Theo quy định, túi khí cần được kiểm tra và thử nghiệm theo tiêu chuẩn CB/T 3795 Trước khi sử dụng để hạ thủy tàu, túi khí phải được thử nghiệm ở trạng thái bơm căng không chịu tải, với áp suất bơm căng đạt 1.25 lần áp suất làm việc.

2 Tính số lượng túi khí

Số lượng túi khí kê dưới đáy tàu được tính theo công thức cho trong bảng 2.9 n = k1 d b.R.L C g

W (3.1) trong đó: k1 - hệ số an toàn, bằng (1.2 ÷ 1.3)

W - trọng lƣợng phần hạ thủy, W = 1850 tấn g - gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s 2

Cb - hệ số béo, giá trị bằng 0.92 đối với các phần của ụ nổi

R - sức tải mỗi mét chiều dài của túi khí, R = 113.21 kN/ m

Ld - chiều dài làm việc, tức là chiều dài tiếp xúc giữa đáy tàu với túi khí

Chọn số lượng túi khi kê dưới đáy tàu là 14 túi, cộng thêm (3 ÷ 4) túi khí dự trữ

Số lượng túi khí cần sử dụng để hạ thủy Phao rời được tính toán là 18 túi Tuy nhiên, công thức hiện tại chưa hoàn toàn phù hợp vì không đề cập đến chiều dài phần trọng lượng hạ thủy, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến số lượng túi khí Do đó, cần kiểm tra lại số lượng túi khí bằng cách xác định khoảng cách giữa tâm hai túi khí nằm cạnh nhau, sẽ được trình bày ở phần sau.

3 Lựa chọn phương án bố trí túi khí

Khi hạ thủy bằng túi khí, tàu có chiều rộng lớn có thể sắp xếp túi khí thành hai dãy, với khoảng cách giữa hai mép dãy không dưới 0.5 m Với chiều rộng Phao rời là 33.6 m và chiều dài làm việc của túi khí là 16 m, có thể bố trí 14 túi khí thành 2 dãy, mỗi dãy gồm 7 hàng túi khí.

Chiều dài của các túi khí là 18 m, vì vậy nếu bố trí hai dãy túi khí nằm so le và hai đầu của chúng vượt quá tâm tàu 0.5 m, phần cuối các túi khí sẽ nhô ra khỏi hai bên mạn tàu khoảng 0.7 m, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

4 Xác định khoảng cách giữa các túi khí

Khoảng cách tâm giữa hai túi khí bên cạnh cần đảm bảo sức bền của vỏ và cấu trúc tàu, đồng thời tránh hiện tượng chồng chéo giữa chúng Theo hướng dẫn, khoảng cách này được kiểm tra bằng công thức [3].

 ≤ 6  2.86 ≤ 5.02 ≤ 6.00 (3.2) trong đó: L - chiều dài của tàu hạ thủy, L = 60.5 m n - số lƣợng túi khí, n = 14 túi

TÍNH BỔ SUNG QUÁ TRÌNH HẠ THỦY BẰNG TÚI KHÍ

3.3.1 Tính phản lực và áp suất túi khí theo chiều cao làm việc

Biến dạng của các túi khí chịu ảnh hưởng lớn từ áp suất bên trong; khi áp suất cao, túi khí ít biến dạng, còn áp suất thấp dẫn đến biến dạng nhiều Sự biến dạng này ảnh hưởng đến chuyển động của tàu tương tự như bánh xe ôtô ảnh hưởng đến phương tiện Bánh xe có áp suất lớn giúp giảm ma sát lăn, tiết kiệm nhiên liệu, trong khi bánh xe mềm làm tăng ma sát và tiêu hao nhiều nhiên liệu Đối với tàu kê trên túi khí, áp suất lớn khiến túi khí căng tròn, đường kính lớn, và chuyển động của túi khí chậm hơn tốc độ tàu, ngược lại, khi đường kính nhỏ, túi khí di chuyển nhanh hơn Độ biến dạng của túi khí phụ thuộc vào trọng lượng tàu, số lượng túi khí dưới thân tàu và áp suất bên trong Hình dạng biến dạng của túi khí cũng phụ thuộc vào cường độ lực tác dụng và kiểu tiếp xúc, bao gồm tiếp xúc điểm, tiếp xúc đường hoặc tiếp xúc mặt.

Khi một túi khí có đường kính ban đầu D chịu tác dụng của tải trọng Q, nó sẽ bị biến dạng theo hướng đường kính, dẫn đến chiều cao làm việc của túi khí H như mô tả trong hình 3.7.

Hình 3.7 Túi khi trước và sau khi biến dạng h - độ biến dạng ; H - chiều cao làm việc ; D - đường kính túi khí

Chúng ta xem xét một đơn vị chiều dài thể tích của chất khí trong các túi khí Khi túi khí chưa bị biến dạng, mặt cắt ngang của túi khí có hình dạng là một đường tròn với đường kính D Áp suất và thể tích của khí trong túi lần lượt là po và Vo, trong đó thể tích Vo được tính theo công thức cụ thể.

Chu vi mặt cắt ngang C của túi khí đƣợc tính theo công thức:

Sau khi túi bị biến dạng với đường kính một đoạn bằng h, mặt cắt ngang của túi sẽ bao gồm hai nửa hình tròn có đường kính H và một hình chữ nhật với một cạnh bằng H và một cạnh bằng y, như được mô tả trong hình vẽ 3.7.

Do đó chu vi của tiết diện túi sau khi biến dạng sẽ là:

Trong quá trình biến dạng, giả thiết rằng các túi khí không bị kéo dãn, cho phép chúng ta xem chu vi mặt cắt ngang của túi khí được giữ nguyên và không đổi.

Từ đó suy ra chiều dài tiếp xúc của túi khí sẽ là: y 2

Diện tích tiếp xúc dA của túi khí trên một đơn vị chiều dài 1 m túi khí sẽ là: dA = 1.y 2

 , m 2 dA = 0.5D(1 - k), m 2 (3.10) trong đó k là hệ số tỷ lệ giữa chiều cao làm việc và đường kính của túi khí và có giá trị nằm trong khoảng 0 đến 1 k D

Sự biến dạng của túi khí gây ra thay đổi áp suất bên trong, liên quan mật thiết đến thể tích khí trên mỗi đơn vị chiều dài sau khi biến dạng Công thức tính toán thể tích này là yếu tố quan trọng trong việc hiểu rõ hoạt động của túi khí.

Áp dụng công thức tính giá trị chiều dài tiếp xúc của túi khí (3.8) vào công thức đã cho, ta có thể tính được thể tích tích phân của một mét chiều dài túi khí sau khi bị biến dạng, với độ cao làm việc H.

Thay biểu thức tính Vo 4

H = k và biến đổi biểu thức trên sẽ nhận đƣợc biểu thức tính sau:

Dưới tác động của trọng lực, túi khí bị biến dạng, và trong quá trình này, nhiệt độ bên trong túi khí được coi là không thay đổi, cho phép áp dụng phương trình đẳng nhiệt cho khối khí trong túi khí.

PoVo = PV (3.13) trong đó: Po, Vo - áp suất và thể tích túi khí ở trạng thái ban đầu, trước biến dạng

P, V - áp suất và thể tích túi khí ở trạng thái sau khi bị biến dạng

Từ đó ta có áp suất làm việc của túi khí sau khi bị biến dạng

P o o (3.14) Thay biểu thức (3.12) vào công thức (3.14) nói trên ta có:

Khi túi biến dạng theo phương đường kính h, tỷ số k = H/D giảm, dẫn đến áp suất bên trong túi tăng cao Điều này có thể gây ra tình trạng dãn nở và nguy cơ nổ túi Tuy nhiên, nhờ có van an toàn giữ áp suất ổn định, túi chỉ bị vỡ khi có biến dạng đột ngột mà các van không kịp xả.

Theo công thức (3.15), việc thay đổi độ cao H cho phép chúng ta tính toán sự biến đổi áp suất bên trong túi khí trong suốt quá trình hạ thủy Điều này giúp kiểm soát áp suất bên trong túi, ngăn ngừa tình trạng áp suất quá cao dẫn đến nổ vỡ túi khí khi hoạt động.

Tiến hành tính toán sự thay đổi áp suất theo chiều cao làm việc cho túi khí CL-6, dựa trên bảng 3.5 và sử dụng hạ thủy ụ nổi với các thông số kỹ thuật đã được xác định.

- Đường kính của túi khí D = 1.5 m

- Chiều dài làm việc của túi Ld = 16 m

- Áp suất làm việc của túi khí Po = 9.18 tấn/m 2

Bảng 3.5 Kết quả tính đáp ứng lực và áp suất túi khí theo độ cao làm việc

Trường hợp áp suất khí không đổi P o = 9.18 tấn/m 2

Trường hợp thể tích khí không đổi

Phản lực F (tấn/1 túi khí) P

Giải thích các đại lƣợng trong các cột của bảng:

Cột 1: chiều cao làm việc của túi khí

Cột 3: diện tích tiếp xúc túi khí dA trên 1 đơn vị chiều dài, tính theo công thức (3.10) Cột 4: Áp suất bên trong túi khí (phản lực túi khí) tính theo công thức (3.15)

Cột 5: Áp suất trên 1 đơn vị diện tích tiếp xúc, tính bằng Po/dA

Cột 6: Tải trọng trên đơn vị chiều dài túi R, lấy từ bảng (2.8)

Cột 7: Phản lực túi khí, tính bằng F = RxLd (Ld – chiều dài làm việc của túi khí)

Hình 3.8 minh họa sự thay đổi áp suất của túi khí, tương ứng với đáp ứng lực của nó, trong điều kiện áp suất khí không đổi là p = 9.18 tấn/m², được tính theo cao độ h.

Hình 3.8 Đồ thị đáp ứng lực của túi khí theo cao độ ở áp suất khí p = 9.18 tấn/m 2

Hình 3.9 là đồ thị đáp ứng lực và áp suất của túi khí theo cao độ với dung tích không đổi

Hình 3.9 Đồ thị đáp ứng lực và áp suất của túi khí theo cao độ

Chiều cao làm việc h (m) Áp suất túi khí Px100 (tấn/m 2 )

3.3.2 Tính tốc độ chuyển động của túi khí khi hạ thủy

Xét chuyển động của thân tàu trên túi khí như mô tả trong hình vẽ 3.10, tại điểm tiếp xúc thứ hai giữa đáy tàu và túi khí, vận tốc của cả hai đều bằng V2.

Hình 3.10 Chuyển động của tàu trên túi khí

Chuyển động của túi khí là sự kết hợp giữa chuyển động tịnh tiến theo phương di chuyển của tàu và chuyển động quay quanh tâm O Trong quá trình này, điểm tiếp xúc giữa túi khí và nền triền luôn có vận tốc bằng 0, cho thấy tâm vận tốc tức thời của chuyển động Do đó, vận tốc quay tức thời của túi khí được xác định dựa trên các yếu tố này.

Từ đó ta có vận tốc chuyển động tức thời tại điểm O là:

XÂY DỰNG QUY TRÌNH HẠ THỦY TỔNG ĐOẠN PHAO RỜI 1850 TẤN 65 1 Công tác chuẩn bị

Trước khi hạ thủy, tiến hành các công việc chuẩn bị cho hạ thủy như sau

Để đảm bảo an toàn trong quá trình lăn, hãy dọn sạch các vật sắc nhọn và vật cản khỏi đường trượt, tránh gây nguy hại cho các túi khí và thân tàu.

Đi dây tời và móc puly với bát cẩu ở mũi tàu là một quy trình quan trọng Dây tời cần phải đáp ứng yêu cầu về lực kéo và được ghi chú rõ ràng trên mũi tàu, đồng thời phải được buộc chắc chắn vào các cọc bích để đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.

Để đảm bảo sự ổn định khi tàu lăn, cần thu dọn các ghế kê dưới đáy tàu và bố trí túi khí theo khoảng cách đã tính toán, nhằm phân bố đều toàn bộ trọng lượng của tàu trên các túi khí.

- Sau khi các nhân viên đã lên tàu, tháo cầu thang, cầu dẫn lên tàu…

- Nhẹ nhàng vận hành tời, nhả dây cho tàu trượt xuống nước, cắt các cáp hay giật móc tháo nhanh, để cho tàu trượt xuống nước nhanh hơn

- Thu dọn lại tất cả các túi khí

- Đo lại mớn nước mũi và lái, kiểm tra các nguyên nhân rò rỉ trong các két

3.4.2 Các yêu cầu kiểm tra an toàn

Sử dụng tời kéo giúp kiểm soát tốc độ di chuyển của tàu không vượt quá 6 m/s Để giảm thiểu lực tác động lên dây tời, cần tiến hành tiếp nước cho tàu một cách từ từ.

Sau khi nối đuôi, cần tăng số lượng túi khí để giảm khoảng cách giữa các túi khí ở mũi tàu Việc này giúp lực tập trung ở mũi được phân bố đều cho nhiều túi khí, từ đó bảo vệ tốt hơn cho phần mũi tàu.

Khi tháo căn kê tàu, cần tháo các căn ở giữa trước, sau đó mới đến các căn ở hai bên mạn tàu Đặc biệt, khi tháo các căn cuối, người thợ phải thực hiện quy trình này từ bên ngoài của mạn tàu.

- Người thợ phải hiểu được cách dùng túi khí Người chịu trách nhiệm bơm túi khí nên đứng bên cạnh của miệng túi khí

- Trong quá trình di chuyển tàu và tiếp nước, đảm bảo ổn định ngang của tàu

3.4.3 Quy trình hạ độ cao

Trong quá trình đấu ghép, việc tính toán hạ độ cao của phao rời từ độ cao làm việc tb = 1.5 m xuống độ cao thích hợp của các túi khí H = 0.8 m là rất quan trọng để chuẩn bị cho bước hạ thủy Do đó, khoảng cách hạ độ cao cần được xác định rõ ràng.

Tổng trọng lượng của đoạn phao rời cần hạ thủy trên các túi khí là 1850 tấn, với 16 túi khí được sử dụng để giảm chiều cao của tàu Do đó, lực tối thiểu tác dụng trên mỗi túi khí sẽ được tính toán dựa trên trọng lượng tổng cộng này.

Trong bảng 3.5, áp suất túi được xác định với áp suất không đổi Po = 9.18 tấn/m² Khi chiều cao làm việc lớn nhất H = 0.9 m, áp lực tương ứng được tính toán dựa trên giá trị này.

Theo bảng 3.1, với chiều cao tối thiểu của túi khí H = 0.20 m suy ra chiều cao có khả năng hạ thấp nhƣ sau:

h = 0.90 - 0.20 = 0.70 m về cơ bản vừa thỏa mãn đƣợc yêu cầu về khoảng cách hạ độ cao bằng 0.7 m

Tàu có thể sử dụng tổng cộng 14 túi khí cùng với 2 túi khí dự trữ để điều chỉnh độ cao, với các thông số kỹ thuật của túi như sau:

- Áp suất làm việc P = 9.18 tấn/ m 2

- Chiều cao túi khí thay đổi từ 0.90 m đến 0.20 m

- Chiều cao sàn kê các túi khí 0.55 m

Quy trình hạ độ cao kèm theo bản vẽ bố trí nhƣ mô tả trên hình 3.13

Hình 3.13 Quy trình hạ độ cao đối với ponton Phao rời cần hạ thủy

Quy trình hạ độ cao thực hiện theo trình tự:

- Sau khi đấu ghép, tiến hành sơn hoàn chỉnh tàu

- Dùng tời thu căng dây để cố định tàu

Bố trí lại các ghế kê sao cho phù hợp với vị trí của các túi khí, đảm bảo rằng các ghế kê được sắp xếp càng gần phía mạn càng tốt.

Bố trí các sàn kê túi khí với độ cao 0.6 m, có thể tạo ra bằng cách đổ cát vào bao cát để quây thành Trên cùng, lót gỗ để đạt chiều cao tổng thể khoảng 0.55 m.

- Tháo rời các phần liên kết, xử lý các gờ sắc tại vị trí đặt túi khí

- Đặt các túi vào vị trí, bơm dần các túi đến khi nhấc tàu lên khỏi các ghế kê Thay đổi độ cao căn kê bằng 0.8 m

Xả từ từ các túi để giảm độ cao của tàu, kiểm soát áp lực trên các túi một cách đồng đều cho đến khi đáy tàu gần chạm vào các ghế kê Sau đó, khóa van và kiểm tra lại vị trí tiếp xúc với đế kê, tiếp tục xả van cho đến khi túi khí xẹp hoàn toàn.

- Thu dọn lại sàn kê và đường hạ thủy để chuẩn bị hạ thủy

3.4.4 Biện pháp xử lý sự cố

Trong quá trình hạ thủy bằng túi khí, bên cạnh các sự cố đã nêu trong mục 2.6, chúng tôi cũng ghi nhận một số sự cố khác như được liệt kê trong bảng 3.7.

Bảng 3.7 Các sự cố xảy ra khi hạ thủy bằng túi khí

Trang bị Sự cố Khả năng Xử lý

Túi khí Xì hơi Giảm đột ngột áp lực

1.Kéo túi khí thủng ra ngoài 2.Thay thế bằng túi khí khác

3 Nâng cao lực nâng túi khí bên cạnh túi khí thủng

Máy nén khí Mất điện Không có không khí bơm

1.Thay thế bằng máy mới

Dây cáp Không kéo đồng đều

Di chuyển lệch sang bên đường

1.Điều chỉnh kéo tải phù hợp 2.Điều chỉnh Puly liên kết

Quá trình hạ thủy các tổng đoạn theo quy trình hạ thủy nhƣ mô tả trên hình 3.14

Hình 3.14 Quá trình hạ thủy các tổng đoạn theo quy trình tính toán

PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU KHI HẠ THỦY TRÊN TÚI KHÍ

Chuyển động của tàu trên túi khí là một quá trình phức tạp, nhưng việc tính toán và xác định chuyển động này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn trong suốt quá trình hạ thủy Những hiện tượng nguy hiểm thường xuất hiện trong khi hạ thủy có liên quan chặt chẽ đến các giai đoạn chuyển động của tàu, do đó việc nắm rõ các yếu tố này là cần thiết để giảm thiểu rủi ro.

Trong phần này, chúng tôi phân tích quá trình chuyển động của tàu khi hạ thủy trên túi khí, dựa trên lý thuyết hạ thủy chung và đặc điểm chuyển động của túi khí Theo lý thuyết này, quá trình hạ thủy tàu có thể chia thành bốn giai đoạn cụ thể.

3.5.1 Giai đoạn 1: Giai đoạn chuẩn bị

Giai đoạn này tính từ lúc nhả cáp cho đến khi tàu bắt đầu chạm nước (hình 3.15)

(a) Bố trí tàu ở vị trí xuất phát

(b) Sơ đồ lực tác dụng trong giai đoạn 1

Hình 3.15 Bố trí và sơ đồ lực tác dụng trong giai đoạn 1

Trong trường hợp hạ thủy tàu bằng các túi khí trên đường triền nghiêng góc , trọng lực tác động lên tàu được phân thành hai thành phần: một thành phần theo phương chuyển động của tàu và một thành phần vuông góc với nền Thành phần lực theo phương chuyển động của tàu sẽ ảnh hưởng đến quá trình hạ thủy.

(3.25) trong đó: Fs = Wsin - lực trƣợt

Fms = f.Wcos - lực ma sát

F = Wsin - f.Wcos               trong đó: W - trọng lƣợng tàu, T f - hệ số ma sát giữa túi khí và đáy tàu Ở trạng thái ban đầu tĩnh f = 0.008, còn khi lăn f = 0.004

Góc nghiêng giữa mặt triền và phương nằm ngang, với độ dốc tối đa là 1/7, là yếu tố quan trọng trong việc tàu tự trượt trên túi khí Để đạt được điều kiện này, lực F phải lớn hơn hoặc bằng 0.

  Do góc α nhỏ nên có thể xem sin  cos = 1, từ đó ta có:

  f (3.28) Lực tác dụng gây ra chuyển động của tàu sẽ là:

Điều kiện trượt của tàu được biểu diễn bằng công thức F = W(α - f), trong đó f là hệ số ma sát trượt giữa túi khí và đường triền, phụ thuộc vào vật liệu, bề mặt tiếp xúc, nhiệt độ và tốc độ di chuyển của tàu Khi điều kiện trượt không được thỏa mãn, cần có lực tác động để thúc đẩy tàu di chuyển.

Trong giai đoạn 1, việc tính toán quãng đường cho tàu chạy cần kết hợp với việc xác định quãng đường dịch chuyển của các túi khí trong quá trình hạ thủy Điều này là cần thiết vì vị trí của các túi khí khi hạ thủy ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính toán các lực tác dụng lên chúng.

3.5.2 Giai đoạn 2 Giai đoạn hạ thủy

Giai đoạn này bắt đầu khi thân tàu chạm vào mặt nước hạ thủy và đuôi tàu nổi lên, kéo dài cho đến khi tàu quay quanh gối túi khí cuối cùng Trong quá trình này, tàu trượt xuống mặt nước với độ dốc không thay đổi, dẫn đến sự xuất hiện của các lực mới bên cạnh các lực đã có trong giai đoạn đầu.

- Lực nổi xuất hiện làm giảm phản lực của triền (đường đà)

- Lực cản của nước cản trở tàu chuyển động

Hình 3.16 Vị trí tàu và sơ đồ lực tác dụng trong giai đoạn 2

Trong giai đoạn 2 các lực tác dụng lên tàu thỏa mãn điều kiện sau:

Trong giai đoạn 2, mômen trọng lượng tàu tại mép sau của đoạn nối tiếp được xác định bằng tổng mômen của lực nổi và phản lực của triền ở cuối giai đoạn này.

Thời điểm thân tàu quay tại mép sau của đường trượt đánh dấu giai đoạn cuối của quá trình khi chiều dài phần triền đà dưới nước đủ dài để tàu lao xuống nước Để xác định thời điểm này, cần tính toán lực nổi và tọa độ tâm nổi dựa trên đồ thị Bonjean Từ tọa độ tâm nổi đã xác định, ta tính khoảng cách từ tâm nổi đến mép sau của đường trượt (a) và xác định mômen của lực nổi (Va) cùng với mômen của trọng lượng tàu (W.b) tại điểm này Trong hai thành phần mômen, mômen thứ nhất (Va) phụ thuộc vào a và V, với giá trị của a và V thay đổi theo quãng đường dịch chuyển của tàu (s).

Hình 3.17 Vị trí thời điểm tàu quay quanh mép triền

Sau khi xác định tọa độ tâm nổi B (XB, ZB), tính khoảng cách a theo công thức: a = 

Do góc α nhỏ nên có thể coi nhƣ cos = 1, do đó ta có: a = 

Thể tích chiếm nước tàu V được xác định theo công thức s = Sn + X - Xm, trong đó Xm được tính toán dựa trên tỷ lệ Bonjean Đồ thị Va liên quan đến quãng đường s có thể được biểu diễn trên hình 3.18.

Hình 3.18 Xác định thời điểm quay quanh đường trượt

Khi chiều dài phần triền dưới nước ngắn, cần chú ý đến khả năng tàu quay quanh mép trước của triền vào cuối giai đoạn 2, vì điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến cấu trúc tàu Để ngăn tàu quay quanh mép triền, mômen của lực nổi tại mép trước của triền phải luôn lớn hơn mômen của trọng lượng tại mép triền.

Hình 3.19 Trường hợp tàu không quay quanh mép triền

Tâm nổi ban đầu xuất hiện bên trong mép triền, khiến mômen γV(a+b) có giá trị âm, với đường cong nằm dưới trục hoành Khi tâm nổi chạm mép triền, đường cong cắt trục hoành, và khi tâm nổi ở ngoài mép triền, đường cong sẽ nằm trên trục hoành Mômen Wb là một đường thẳng, và giá trị của nó tăng lên khi quãng đường s lớn hơn Khi tàu quay quanh mép triền, hai đường cong γV(a+b) và W.b sẽ cắt nhau tại một điểm, giúp xác định vị trí tàu quay Khả năng quay quanh mép triền phụ thuộc vào độ dốc của đường triền và độ sâu của mút triền.

Dự đoán đƣợc hiện tƣợng này cho phép ta có biện pháp ngăn ngừa tránh gây thiệt hại cho tàu trong quá trình hạ thủy (hình 3.20)

Hình 3.20 Hiện tƣợng tàu quay quanh mép triền

Khi phần triền hạ thủy quá ngắn và nằm ngập dưới nước, tàu có nguy cơ bị quay quanh mép triền, gây hư hỏng kết cấu thân tàu Để khắc phục, cần dằn phía mũi tàu hoặc tăng mômen γVc bằng cách gắn thêm ponton ở phía sau để tăng lực nổi Nếu túi khí không gắn chặt vào thân tàu, chúng sẽ trượt ra khỏi đáy và nổi lên mặt nước do tàu chúi xuống Hiện tượng này có thể khiến các túi khí dồn lại, dẫn đến tình trạng chèn ép, làm gia tăng phản lực R, gây nghiêng tàu và mất ổn định.

Tính từ giai đoạn 2 đến khi tàu rời khỏi mép triền bắt đầu rơi tự do (hình 3.21)

Hình 3.21 Hiện tƣợng tàu quay xung quanh mép triền

Trong giai đoạn 3, phản lực tại mép triền đà xuất hiện như một lực tập trung, đạt giá trị tối đa và sau đó giảm dần đến không Lực này có thể lên đến 1/3 trọng lượng hạ thủy, vì vậy cần thực hiện các biện pháp an toàn đặc biệt cho tàu Khi thân tàu quay quanh mép sau của đường trượt, chỉ một số túi khí chịu áp lực, dẫn đến tăng tải cho các túi này, gây nguy hiểm cho các túi khí còn lại ở cuối giai đoạn 2 và đầu giai đoạn 3.

Trong giai đoạn tàu nổi hoàn toàn, tàu sẽ bơi tự do trên mặt nước và dần xa khỏi mép triền Ở giai đoạn này, việc xác định vị trí mớn nước khi tàu hoạt động là rất quan trọng, bao gồm việc tính toán mớn nước ở mũi và đuôi tàu, cũng như tầm chạy của tàu trên chiều rộng của luồng lạch khi hạ thủy.