Túi khí hạ thủy tàu nào phù hợp với việc hạ thủy tàu lớn?

Hiểu về khả năng chịu tải của túi khí hạ thủy tàu cho các tàu lớn

Kích thước tàu tối đa được hỗ trợ: Từ 85.000 đến 100.000 DWT

Các hệ thống túi khí hiện nay dùng để hạ thủy tàu có thể xử lý các con tàu nặng từ 85.000 đến 100.000 tấn trọng tải. Điều này bao gồm cả các tàu chở hàng rời lớn lẫn các tàu chở dầu. Lý do những hệ thống này hoạt động hiệu quả là nhờ những cải tiến trong vật liệu cao su tổng hợp có nhiều lớp và kiểm soát tốt hơn lượng không khí đi vào mỗi túi. Điều này giúp phân bổ đều trọng lượng dọc theo thân tàu khi hạ thủy. Khi so sánh với các phương pháp cũ như cầu trượt, việc sử dụng túi khí giúp giảm chi phí khoảng một nửa đối với những con tàu rất nặng. Hơn nữa, không còn cần phải chờ đợi các thời điểm thuỷ triều nhất định nữa vì túi khí không bị ảnh hưởng bởi mực nước.

Tại sao 100.000 DWT là tiêu chuẩn hiện tại của ngành cho túi khí công suất lớn

Ngưỡng 100.000 DWT đại diện cho giới hạn trên thực tế của công nghệ túi khí thương mại hiện nay, bị giới hạn bởi độ đàn hồi của vật liệu, sự ổn định khí động khi tiếp nước và sự phù hợp với các tiêu chuẩn cơ sở hạ tầng nhà máy đóng tàu toàn cầu đối với phương pháp hạ thủy không dùng giá tựa. Cụ thể:

• Các hợp chất cao su đạt đến giới hạn mỏi khi nén vượt quá khoảng 40% dưới tải trọng tàu cỡ lớn
• Việc duy trì độ kín áp suất trong giai đoạn tiếp nước động đòi hỏi phản ứng van chính xác và quản lý nhiệt độ hiệu quả
• Bố trí nhà xưởng hiện tại, khoảng trống giá tựa và sức nâng tời đều được tối ưu hóa cho quy mô này

Mặc dù các nguyên mẫu thế hệ tiếp theo sử dụng vải gia cố nano và điều khiển trình tự áp suất bằng trí tuệ nhân tạo đang hướng tới khả năng 120.000 DWT, nhưng các ứng dụng vận hành hiện tại vẫn giữ ở mức 100.000 DWT theo Hướng dẫn của Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) về Các Phương pháp Hạ thủy Thay thế [IMO MSC.1/Circ.1623].

Các Thông số Kỹ thuật Chính của Túi khí Hạ thủy Tàu Trọng tải Lớn

Đường kính, Chiều dài Hiệu dụng và Số lớp (DW-6 đến DW-8) cho Phân bố Tải trọng

Dải đường kính từ 1,0 đến 2,5 mét, kết hợp với chiều dài hiệu dụng từ 5 đến 25 mét, cùng với số lượng lớp, tất cả phối hợp để xác định diện tích bề mặt có sẵn, mức áp suất mà cấu trúc có thể chịu được và độ bền tổng thể của nó. Khi xét đến các đường kính lớn hơn, chúng giúp phân bố trọng lượng trên các phần rộng hơn của thân tàu, từ đó giảm tập trung ứng suất ở những khu vực cụ thể. Chiều dài hiệu dụng cần phải dài hơn ít nhất 10 phần trăm so với kích thước chiều rộng thân tàu để bao phủ toàn bộ sống đáy một cách phù hợp và tránh các vấn đề lật do phần nhô ra quá mức. Về cấu hình lớp, có ba loại chính: DW-6 có sáu lớp, DW-7 bảy lớp và DW-8 tám lớp. Mỗi lớp bổ sung thêm khoảng 20 phần trăm độ bền nổ so với cấp trước đó, khiến DW-8 có khả năng chịu được áp suất liên tục trên 740 kilopascal. Thiết kế này giúp duy trì sự ổn định ngay cả khi tải trọng không được phân bố đều trong toàn bộ con tàu, điều đặc biệt quan trọng đối với các tàu có trọng tải từ 85.000 đến 100.000 tấn trọng tải chết.

Hệ thống Phân loại QP/QG/QS: Phù hợp Khả năng Chịu tải với Yêu cầu Hạ thủy Tàu

Hệ thống phân loại QP (Chính), QG (Thông dụng) và QS (Đặc biệt) theo tiêu chuẩn ISO 19901-6 chuẩn hóa các kỳ vọng hiệu suất trong các tình huống hạ thủy:

• Cấp QP : Được thiết kế cho các tàu ven biển và nội địa ≤15.000 DWT; có cấu tạo cơ bản 6 lớp và van xả áp lực cơ học
• Cấp QG : Tối ưu cho các tàu cỡ trung (15.000–60.000 DWT); tích hợp gia cố sợi đan dày hơn và van điều áp được hiệu chuẩn chính xác
• Cấp QS : Được thiết kế cho các lần hạ thủy siêu nặng (>60.000 DWT); sử dụng ma trận từ 8 lớp trở lên, hợp chất bề mặt chống thủng và kiểm soát bơm hơi hai cấp độ

Việc lựa chọn túi khí cấp QS cho các tàu chở hàng Panamax giúp giảm 34% ứng suất thân tàu đo được so với các đơn vị cấp QP, như đã được xác minh bởi thử nghiệm độc lập do Hiệp hội Đăng kiểm Trung Quốc (CCS) thực hiện và báo cáo trong Cấu trúc hàng hải (Tập 47, 2023). Phù hợp phân loại với các mô hình tải trọng dựa trên hệ số khối lượng đảm bảo biên an toàn tối ưu mà không thiết kế dư quá mức.

Cách Kích thước Tàu ảnh hưởng đến Việc Lựa chọn Giường khí Hạ thủy

LOA, Chiều rộng, Mớn nước và Trọng lượng Hạ thủy: Hướng dẫn Định cỡ và Khoảng cách Dựa trên Hình học

Bốn kích thước chính trực tiếp quy định cấu hình giường khí:

• LOA (Chiều dài Tổng thể) xác định số lượng cần thiết và khoảng cách dọc theo thân tàu – thường là một giường khí cho mỗi 8–12 mét chiều dài vỏ tàu, với khoảng cách ≤1,5× đường kính giường khí
• Tia xác định chiều dài hiệu dụng tối thiểu: chiều dài giường khí = chiều rộng thân tàu + biên độ 10% để đảm bảo hỗ trợ ngang đầy đủ
• Chiều mớn nước cung cấp cơ sở cho hồ sơ áp suất bơm hơi, đặc biệt trong giai đoạn chuyển tiếp quan trọng từ đất sang nước
• Trọng lượng hạ thủy quy định cả số lớp (6–8 lớp trở lên) và phân loại (QP/QG/QS), với khả năng chịu tải được tính toán ở tỷ lệ nổ tối thiểu 2,5:1

Các phương pháp thực hành tốt nhất trong ngành – được khuyến nghị bởi Hướng dẫn của American Bureau of Shipping (ABS) về Việc sử dụng túi khí khi hạ thủy tàu (2022) – nhấn mạnh việc lựa chọn ưu tiên hình học: chiều dài túi khí hoặc khoảng cách giữa các túi khí không phù hợp sẽ tạo ra các mô-men uốn không kiểm soát được, đặc biệt là đối với các thân tàu có hệ số khối lượng cao.

| Dimension        | Design Impact                           | Safety Threshold      | |------------------|-----------------------------------------|------------------------| | Draft Depth      | Inflation pressure profile              | Max 0.8 bar deviation | | Launching Weight | Layer count (6–8+ plies) & QP rating    | 2.5:1 burst ratio     | | Beam Width       | Airbag length = Beam + 10% margin       | Full keel coverage    | 

Chiến lược triển khai an toàn khi hạ thủy tàu lớn bằng túi khí

Tính toán khả năng chịu tải: Hệ số an toàn, Hệ số khối lượng, và Mô hình hóa tải trọng thực tế

Việc triển khai an toàn bắt đầu từ mô hình hóa đúng khả năng chịu tải. Chúng ta không chỉ nói đến việc xem xét khối lượng tĩnh, mà còn cả cách mà tải trọng thay đổi theo thời gian một cách động học. Hầu hết các kỹ sư thường áp dụng hệ số an toàn khoảng 1,5, mặc dù con số này tăng lên khoảng 2,0 khi xử lý các tàu lớn hơn trên 85.000 tấn trọng tải. Tại sao vậy? Bởi vì những loại tàu này phải chịu nhiều loại ứng suất tạm thời do sóng tác động, thân tàu bị uốn cong dưới áp lực và nền đất lún không đều dưới công trình. Ngoài ra còn có yếu tố hệ số khối lượng (block coefficient). Những tàu có giá trị Cb cao (trên 0,8) cần được phân bố trọng lượng đồng đều hơn trên toàn bộ diện tích bề mặt. Nhưng nếu một con tàu có hệ số Cb thấp dưới 0,6, các lực sẽ tập trung chủ yếu ở phần đáy thân tàu nơi tiếp giáp với đường nước. Điều đó có nghĩa là chúng ta thường phải gia cố riêng các khu vực này bằng túi khí hoặc các hệ thống hỗ trợ khác để xử lý đúng các điểm chịu ứng suất tập trung.

Khi áp dụng những điều này vào các tình huống thực tế, các kỹ sư kết hợp các yếu tố như điều kiện thủy triều, góc độ đáy biển, tốc độ phóng và hình dạng tàu bằng một phương pháp gọi là phân tích phần tử hữu hạn hay FEA viết tắt. Các thử nghiệm thực địa do Lloyd's Register thực hiện đã xác nhận điều này (số báo cáo của họ là LR/TP/1127/2021 nếu ai quan tâm). Những gì chúng tôi phát hiện là việc bố trí dựa trên các tính toán FEA giúp giảm khoảng 41% ứng suất tối đa lên thân tàu so với việc chỉ phỏng đoán vị trí đặt vật thể. Điều này tạo ra sự khác biệt lớn khi xử lý các con tàu tiến gần đến giới hạn trọng tải 100.000 tấn. Thay vì dựa vào các phương pháp truyền thống, toàn bộ quy trình này biến thứ từng là công việc chủ yếu dựa trên suy đoán thành một quá trình có thể lập kế hoạch và kiểm tra một cách chính xác.

Các câu hỏi thường gặp về túi khí phóng tàu cho các tàu lớn

Kích thước tàu tối đa mà túi khí phóng tàu có thể hỗ trợ là bao nhiêu?

Công nghệ hiện tại hỗ trợ các tàu có trọng lượng từ 85.000 đến 100.000 tấn trọng tải.

Tại sao túi khí được ưu tiên hơn các đường trượt truyền thống trong việc hạ thủy tàu?

Túi khí mang lại hiệu quả về chi phí, loại bỏ nhu cầu phải chờ thời điểm thủy triều phù hợp và đảm bảo phân bố trọng lượng đồng đều, từ đó giảm ứng suất lên vỏ tàu.

Những vật liệu nào được sử dụng trong quá trình sản xuất các túi khí này?

Các túi khí được làm từ hỗn hợp cao su tiên tiến với nhiều lớp gia cố.

Có kế hoạch nào nhằm nâng công suất của các túi khí này vượt quá 100.000 DWT không?

Có, các mẫu thử thế hệ tiếp theo sử dụng vải tiên tiến và công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) nhằm hỗ trợ các tàu lên đến 120.000 DWT.