Thiết bị kéo tàu biển

Khái niệm chung

1. Tác dụng của thiết bị kéo
Trong quá trình khai thác của tàu có thể xuất hiện các khả năng tàu phải kéo các tàu khác hoặc được các tàu khác kéo. Vì vậy trên tàu phải được trang bị các thiết bị kéo.
Thiết bị kéo là tổng hợp các linh kiện và thiết bị nhằm đảm bảo chức năng kéo như: dây cáp kéo, móc kéo, pu-li định hướng kéo, cung kéo, vòng lăn dưới móc kéo, con lăn định hướng, các cột bích ở mũi, mạn, đuôi, lỗ dẫn cáp, xô-ma luồn dây, tời kéo, v.v.

2. Phân loại thiết bị kéo
Thiết bị kéo trên tàu gồm 2 loại:
Thiết bị kéo đơn giản: tời kéo, cáp kéo, cột bích, lỗ dẫn hướng, v.v.
Thiết bị kéo phức tạp: móc kéo (dạng kín hoặc dạng hở) - cả hai loại này lại được phân ra làm hai loại khác nữa là: loại có lò xo giảm chấn và loại không có lò xo giảm chấn.

3. Phương pháp kéo
Thông thường có ba phương pháp kéo:

Đẩy tàu (a): sử dụng phổ biến trên tuyến nội địa, dùng để thay đổi vị trí tàu lớn trong cảng.
Kéo tàu (b): sử dụng phổ biến trên tuyến giao thông nội địa, biển.
Lai tàu (c) : sử dụng trong vùng: vịnh, vũng, cảng, v.v.

4. Yêu cầu đối với thiết bị kéo
Đảm bảo sức bền chắc trong quá trình khai thác của tàu.
Bố trí thuận tiện cho khai thác.
Phải có thiết bị tự động thay đổi chiều dài dây cho tàu hoạt động ở vùng bơi không hạn chế.
Với tàu kéo dùng cáp kéo có đường kính cáp dC lớn, phải có máy tời quấn các chi tiết phải được bôi trơn dầu mỡ thường xuyên.
Các chi tiết của thiết bị kéo tuyệt đối không được để cạnh sắc.
Đường kính cáp: dC = m.n
trong đó: m - số bó trong dây.
n - số sợi trong mỗi bó.
Nếu số sợi trong bó bị đứt từ (8 - 10)% thì phải thay cáp khác.
Tàu dầu, tàu chở hoá chất dễ cháy, cáp kéo phải là cáp sợi thực vật hoặc cáp sợi tổng hợp. Cáp sợi thực vật mỗi năm phải ngâm hai lần trong nước muối với nồng độ (2 - 3) kg/m3.

1. Khái niệm chung
Dây cáp kéo thường làm bằng dây cáp thép, cáp thực vật, hoặc cáp sợi nhân tạo. Với cáp chão, sợi thực vật chỉ dùng sợi dứa, gai dây, gai ma-ni-na, trong đó cáp chão ít được sử dụng còn các cáp sợi nhân tạo được sử dụng rộng rãi hơn bởi ưu điểm của nó là: nhẹ hơn cáp thép 2 lần, nhẹ hơn cáp thực vật (2 - 3) lần, có độ đàn hồi lớn. Do vậy khi sử dụng cáp sợi nhân tạo thì không cần phải có thiết bị giảm chấn.
Cáp thép được sự dụng phổ biến nhất, vì nó có độ bền cao, để đảm bảo độ mềm dẻo của cáp theo thời gian, ứng lực đứt cáp tại mọi chỗ thường lấy RT ≤ (120 - 140) kG/mm2.

2. Trang bị cáp thép
Việc xác định kích thước cáp thép cho tàu biển dựa vào đặc trưng cung cấp của thiết bị: EN (hoặc NC), sau khi có giá trị của đặc trưng cung cấp của thiết bị, ta chọn chiều dài cáp thép theo dạng bảng của Qui phạm, trong đó các giá trị trung gian của EN (hoặc NC) được lấy theo phép nội suy tuyến tính. Trong mọi trường hợp chiều dài dây cáp kéo l ≥ 150 m, thông thường l = (180 - 300) m, nhưng không nên lấy l >300 m.

3. Tính toán dây cáp kéo trên các tàu kéo
Để xác định đường kính, qui cách dây cáp kéo và chiều dài của nó, ta cần phải xác định được lực căng trên dây cáp kéo Z, kG.

a. Xác định lực căng trên móc kéo (dây cáp kéo) theo thực nghiệm

Trong quá trình tính toán, ta bỏ qua trọng lượng bản thân của dây cáp kéo và xác định dây cáp kéo ở trạng thái toàn tải của tàu.
1 - Xác định Z cho các phương tiện được kéo có dạng thoát nước.
Z = 0,00173.(1+d).vS7/ 3. , T.
trong đó: L, B, T - kích thước chủ yếu của tàu được kéo, m.
vS - tốc độ của đoàn được kéo, hl/g.
D - lượng chiếm nước của tàu, T.
d - hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào chong chóng của tàu kéo.
d = 0,10 - cho chong chóng có vòng quay chậm và vừa.
d = 0,15 - cho tàu có hai chong chóng và một động cơ.
d = 0,30 - cho tàu có hai chong chóng, hai động cơ.
2 - Xác định Z cho các phương tiện được kéo có dạng phao, ụ nổi.
Z = (k.S + m.ωM).vS2, T.
Trong đó: S - diện tích mặt ướt của phao, hoặc ụ nổi, m2, S = (2T + B).L
ωM - diện tích phần ngâm nước sườn giữa của phao, ụ nổi, m2.
k = 0,2 ; m = 50 - các hệ số.
vS - tốc độ di chuyển của phao hoặc ụ nổi, hl/h, thường lấy : vS ≈ 5 hl/g.
3 - Xác định Z khi kéo đoàn sà-lan.
Z = (0,2.S + 4,5.ωM).((ωM)^(1/2)/l)^(1/2) .v.v , kG.
trong đó: vS - tốc độ đoàn xà lan, vS = (2,5 - 3), m/s.
S - diện tích ngâm nước của xà lan, m2.
ωM - diện tích ngâm nước sườn giữa của xà lan, m2.
l - chiều dài đoạn thân ống, m.
4 - Tính theo công thức thực nghiệm: (theo công suất máy Ne)
Ứng lực đứt cáp được tính là: RD = 0,01.k.Ne = k.pH , T.
trong đó: pH - ứng lực kéo định mức, T, pH = 0,01.Ne.
Ne - công suất máy chính, cv.
k -hệ số bền, phụ thuộc vào công suất kéo, k = 5 cho dây cáp có chiều dài l ≥ 100 m.
Chiều dài dây cáp kéo có thể lấy theo bảng hoặc công thức thực nghiệm sau:
2.l = hS . Rtp / (1000.kU) , m.
trong đó: RTP - sức cản toàn phần của tàu được kéo, kG.
hS - chiều cao sóng, lấy theo bảng cấp sóng Beaufor, m.
kU - hệ số "dơ" của cáp.
Độ "dơ" của cáp là khả năng co giãn tàu trong đội hình khi được kéo, phụ thuộc vào sức cản toàn phần RTP, tra theo bảng


b. Xác định lực căng trên dây cáp kéo
Trong thực tế khai thác, ta phải tính tới sức cản toàn phần của đoàn xalan là: tổng sức cản riêng của đoàn xà lan và sức cản của dây cáp kéo tức là:
RTP = R + RC , kG.
trong đó: R - sức cản của đoàn sà-lan tính như phần Động học tàu thủy có để ý đến ảnh hưởng của các phần nhô, nhám, ảnh hưởng của sóng, gió và luồng lạch hạn chế, v.v., kG.
RC - sức cản ma sát của dây cáp kéo khi chuyển động trong nước, kG.

Ta có: tgα = f/(0,123.2l) , m.
trong đó: P - trọng lượng dây cáp kéo giữa tàu kéo và tàu được kéo, kG.
l - nửa chiều dài dây cáp kéo, m.
Rtp - sức cản toàn bộ của tàu được kéo, kG.
Nếu gọi Z là sức cản toàn bộ của đoàn sà-lan được kéo và sức cản của dây cáp kéo trong nước, hay là lực căng trên dây cáp kéo, tức:
Z = R + RC, do đó: RT = k.Z, kG.
trong đó: k - hệ số an toàn, phụ thuộc vào lực căng dây, khi Z = (1,00 - 1,53) T thì chọn k =7.
RT - ứng lực đứt cáp của dây, kG hoặc T.