Luận văn La bàn từ và công tác khử độ lệch la bàn từ ở Việt Nam

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -1- PHẦN I: GIỚI THIỆU NỘI DUNG TRÌNH BÀY TRONG PHẦN NÀY GỒM:  SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LA BÀN TỪ  SỰ TỒN TẠI KHÔNG THỂ THIẾU CỦA LA BÀN TỪ TRÊN TÀU BIỂN  ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI  GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI LA BÀN SỬ DỤNG TRÊN TÀU BIỂN  QUY ĐỊNH CỦA IMO VỀ VIỆC TRANG BỊ VÀ SỬ DỤNG LA BÀN TỪ TRÊN TÀU BIỂN Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -2- I. SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA LA BÀN TỪ Lịch sử la bàn bắt đầu từ hơn 1000 năm trước công nguyên, lúc đó người Trung Quốc khám phá ra nguyên tắc và từ từ phát triển thêm. Theo các sử sách Tây phương ghi lại là la bàn từ dùng kim nam châm được các nhà hàng hải Trung Hoa dùng khoảng năm 1100 Tây lịch; các thuỷ thủ Anh vào năm 1190 đã dùng la bàn từ trong khi đi biển; còn với người Arập bắt đầu dùng la bàn từ khoảng năm 1220 và khoảng năm 1250 thì người Viking đã biết dùng la bàn này. Trước khi phát minh ra la bàn, thuỷ thủ định hướng bằng vị trí mặt trời lúc ban ngày và vị trí của sao vào ban đêm, và người ta cũng thường theo hướng gió mậu dịch theo mùa. Nhưng khi trời nhiều mây hoặc mưa thì không thể định hướng được. La bàn từ đã giúp giải quyết việc định hướng trong mọi hoàn cảnh thời tiết, kể cả việc định hướng của gió mậu dịch. Từ cuối thế kỷ 15 cho tới đầu thế kỷ 16, những nhà hàng hải Âu châu đã đi thám hiểm nhiều nơi , vẽ những đường đi mới , khám phá ra châu Mỹ và đã thực hiện những chuyến đi vòng quanh thế giới. Nếu không có la bàn từ thì khó có thể thực hiện được các chuyến viễn du này. La bàn đầu tiên được gọi là “kim chỉ Nam” do người Trung Hoa phát minh rất sớm, ngay khi người ta tìm ra được từ lực và đá nam châm, trong khoảng thời kỳ chiến tranh, nhà Chu lập quốc. Kim chỉ nam ngày xưa khác với la bàn ngày nay. Nó có hình dáng đơn giản như một cái muỗng cắt ra từ một miếng nam châm thiên nhiên và được đặt trên một cái đế bằng đồng đã được mài láng để giảm ma sát. Sau đó những người đi biển ban đầu dùng “Cá chỉ Nam”, dùng sắt cắt hình con cá, rồi được từ hoá. Khi được thả vô nước, “Cá chỉ Nam” sẽ lơ lửng trong nước và nằm theo trục Bắc Nam. Dần dần người ta thay “Cá” băng kim nam châm từ hoá, được gắn vào một cái chén đã có ghi phương hướng: Đông, Tây, Nam, Bắc, ..Người ta cũng dần dần biết đến sự lệch của từ trường và các sự biến thiên này thay đổi theo vị trí của từng nơi , từng khu vực. Lúc đầu mặt la bàn được chia làm 32 khoảng sau đó khắc theo vòng tròn thành 360 độ. Trong hàng hải, la bàn từ được dùng để chỉ hướng đi. Được trang bị thêm dụng cụ đo hướng người ta dùng la bàn từ để đo hướng đối chiếu từ hai hay ba mục tiêu được xác định trên hải đồ để xác định vị trí con tàu, từ đó tính được khoảng cách đã đi, vân tốc hướng phải đi. Trong thời cận đại la bàn được gắn với hoa gió, có đường tim (lubber line) đường tương ứng với trục dọc theo chiều dài của tàu, đặt trong bầu la bàn, mặt trên có kiếng trong và đèn soi, chứa chất lỏng. Người ta cũng quan tâm đến việc xác định nguyên nhân gây ra độ lệch la bàn từ, tìm ra những phương pháp khử độ lệch ấy bằng thanh nam châm vĩnh cửu, sắt non . Hay trong việc đóng tàu bố trí đặt la bàn từ ở vị trí dọc tàu. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -3- Nguyên lý của la bàn từ ngày nay không khác gì mấy so với la bàn cổ xưa dùng trong lĩnh vực hàng hải. Nó bao gồm một kim từ hoá hoặc một tổ hợp các kim từ vĩnh cửu cho phép quay tròn trên mặt phẳng nằm ngang. Sự vượt trội của các la bàn từ hiện đại đang được sử dụng trên các tàu biển hiện nay là kết quả của sự hiểu biết tốt hơn về các quy luật của từ trường- các quy luật chi phối cách thức hoạt động của la bàn từ và cũng do cấu trúc của các la bàn chính xác hơn. La bàn từ là một trong những phát minh được dùng với ít nhiều cải tiến, lâu dài nhất, là thiết bị không thể thiếu trên các tàu biển. II. SỰ TỒN TẠI KHÔNG THỂ THIẾU CỦA LA BÀN TỪ La bàn từ là một thiết bị hàng hải thiết yếu, việc xác định được phương hướng khi hành trình trên biển là rất quan trọng, đặc biệt là trong trường hợp tầm nhìn xa bị hạn chế và các thiết bị xác định phương hướng khác không có sẵn. Chức năng chính của la bàn từ là cho biết đươc hướng mũi tàu. La bàn từ là một thiết bị hoạt động không phụ thuộc vào nguồn điện cung cấp, và là một thiết bị hàng hải đáng tin cậy, đồng thời là một công cụ đắc lực cho việc xác định nguy cơ va chạm (theo điều 7 của Colreg). Hơn thế nữa la bàn từ còn được ứng dụng vào việc xác định vị trí tàu nhờ đo phương vị tới mục tiêu, hoặc đo phương vị của các thiên thể như mặt trời Sự hoạt động ở trạng thái tốt, ít sai số sẽ đảm bảo cho việc hành hải của con tàu an toàn, đi đúng hướng. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ kỹ thuật, ngày nay con người đã phát minh ra la bàn điện để thay thế chức năng cho la bàn từ trong hành hải. Tuy nhiên trong trường hợp nguồn điện trên tàu bị cắt hoặc la bàn điện bị hư hỏng, sự tồn tại không thể thiếu của la bàn từ trong việc đinh hướng cho con tàu là rất quan trọng. Con tàu không thể hành trình mà không có thiết bị chỉ hướng. Nguyên tắc phòng tránh mọi rủi ro trong hàng hải bắt buộc phải trang bị la bàn từ trên mọi tàu biển tham gia hành trình. III. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Nghiên cứu một cách tổng quát về từ trường, từ tính và cường độ từ trường của nam châm. Đặc tính từ hoá của các vật sắt từ và từ trường của quả đất. 2. Những lý luận về độ lệch la bàn từ sinh ra do ảnh hưởng của các vật sắt từ có trên tàu biển, trong trạng thái cân bằng, nghiêng ngang, nghiêng dọc. 3. Những lý luận và các phương pháp thực hành khử độ lệch riêng la bàn. Công tác khử độ lệch la bàn từ đặt trên tàu biển. 4. Phương pháp và cách xác định độ lệch còn lại sau khi khử. 5. Tìm hiểu công tác hiệu chỉnh la bàn của Mỹ qua cuốn sách: HAND BOOK OF MAGNETIC COMPASS ADJUSTMENT Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -4- 6. Quy định của IMO về việc trang bị và sử dụng la bàn từ. 7. Công tác khử độ lệch la bàn từ thực tế ở Việt Nam. IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI LA BÀN TỪ SỬ DỤNG TRÊN TÀU BIỂN 1. La bàn từ chuẩn: lắp lộ thiên trên nóc buồng lái dùng để chỉ hướng đi của tàu và đo hướng ngắm của mục tiêu. Do vị trí lắp đặt trên nóc buồng lái, ít chịu ảnh hưởng của những vật liệu mang từ tính trên tàu và các thiết bị điện từ ở buồng lái, độ lệch tương đối nhỏ nên gọi là la bàn chuẩn. 2. La bàn từ lái: lắp đặt trong buồng lái chuyên dùng để chỉ hướng lái. Hiện nay có nhiều tàu dùng mặt phản ảnh của la bàn con quay để lái, đồng thời dùng thiết bị phản chiếu la bàn chuẩn từ nóc buồng lái xuống buồng lái, để đối chiếu với la bàn con quay. 3. La bàn từ sự cố: lắp gần cần lái sự cố dùng để lái khi sử dụng máy lái sự cố. Hiện nay nhiều tàu đều dùng mặt phản ảnh của la bàn con quay làm la bàn sự cố. 4. La bàn từ xuồng: là một la bàn từ nhỏ trang bị trên xuồng cứu sinh có giá đỡ và có đèn chiếu sáng kèm theo. V. QUY ĐỊNH CỦA IMO VỀ VIỆC TRANG BỊ VÀ SỬ DỤNG LA BÀN TỪ TRÊN TÀU BIỂN Được quy định ở phụ lục 13 chương V của SOLAS 74 – Magnetic Compass: Hướng dẫn và giải thích những yêu cầu về vận hành, bảo quản, và kiểm tra la bàn từ. 1) Điều 19 đoạn 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3 và 2.2.1 trình bày yêu cầu cho tất cả mọi tàu (trừ tàu đánh cá và du thuyền dưới 150 GT) phải trang bị la bàn từ hoặc thiết bị tương đương để xác định và hiển thị hướng mũi tàu, hoạt động không phụ thuộc vào bất cứ nguồn cung cấp năng lượng nào. La bàn từ phải được trang bị biểu xích để xác định được phương vị theo phương ngang 360 0 và sử dụng để xác định hướng đi chính xác và phương vị thật trong mọi lúc. 2) Những tàu đánh cá nhỏ nên cố gắng trang bị theo yêu cầu của điều 19. Tiêu chuẩn của IMO về sự hoạt động của la bàn từ Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -5- 3) La bàn từ phải tuân theo tiêu chuẩn hoạt động dành cho la bàn từ: tiêu chuẩn A.382 (X) và thiết bị truyền hướng đi từ theo tiêu chuẩn MSC.86(70) mục 2. (Được trích dẫn ở phần Phụ Lục) 4) Điều 19 yêu cầu tất cả các tàu từ 150 GT và tất cả các tàu chở khách phải trang bị la bàn từ dự trữ hoặc thiết bị tương đương. Nhiệm vụ bảo dưỡng la bàn từ 5) Chủ tàu và thuyền trưởng chịu trách nhiệm về việc đảm bảo la bàn từ trên tàu của họ được bảo dưỡng và hoạt động tốt. Hiệu chỉnh la bàn từ 6) Mỗi la bàn từ được yêu cầu trang bị trên tàu theo điều khoản này sẽ được hiệu chỉnh đúng cách và bảng độ lệch hay đường cong độ lệch còn lại phải có trên tàu trong mọi lúc. La bàn từ nên được hiệu chỉnh khi: a) Khi la bàn từ được lắp đặt lần đầu. b) Khi la bàn từ trở nên không còn đáng tin cậy nữa. c) Khi cấu trúc thượng tầng của con tàu được sửa chữa hoặc thay đổi vì nó ảnh hưởng tới từ tính vĩnh cửu và từ tính cảm ứng. d) Khi thêm vào hoặc lấy đi thiết bị điện hoặc thiết bị từ đặt ở gần la bàn. e) Khi khoảng 2 năm sau lần hiệu chỉnh trước và bản ghi độ lệch không còn được lưu giữ, hoặc khi độ lệch đo được là quá lớn, hoặc khi phát hiện những hư hỏng của la bàn. Aûnh hưởng của từ tính trong suốt cuộc đời của một con tàu: 7) Bởi vì từ tính của một con tàu thường là không ổn định, trong quá trình hoạt động ở thời gian đầu của la bàn từ cần kiểm tra cẩn thận, và tiến hành hiệu chỉnh khi cần thiết. 8) Thuyền trưởng nên kiểm tra sự hoạt động của la bàn từ, đặc biệt sau khi: a) Tàu chuyên chở hàng hoá chứa từ tính. b) Sử dụng thiết bị cẩu (điện từ trường) để dỡ hoặc bốc hàng. c) Khi tàu tiếp xúc với nguồn điện. d) Tàu nằm cố định trên một hướng, trong một thời gian ngắn cũng có thể gây ra độ lệch lớn, đặc biệt đối với những tàu nhỏ. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -6- 9) Các từ tính giữ lâu có thể thay đổi từ tính một con tàu, làm cho la bàn không đáng tin cậy. Tuy nhiện một số lượng lớn các từ tính cảm ứng gây ra bởi nam châm điện sau đó sẽ bị phân giã từ, do vậy việc hiệu chỉnh ngay lúc đó là không cần thiết. Mọi nỗ lực phải được thực hiện để xác định độ lệch la bàn từ. Kiểm tra sự hoạt động của la bàn từ 10) Sự hoạt động của la bàn từ nên được kiểm tra bằng cách ghi lại định kỳ độ lệch vào sổ độ lệch la bàn từ. Sai số la bàn nên được xác định sau mỗi khi thay đổi những hướng đi lớn, và ít nhất một lần khi không có sự thay đổi hướng đi lớn. Kiểm tra độ lệch la bàn thường xuyên có thể giúp chúng ta nhận ra cần sửa chữa la bàn, thử nghiệm hoặc hiệu chỉnh. Hơn thế nữa, la bàn từ nên được kiểm tra bởi sĩ quan có chuyên môn hoặc chuyên viên hiệu chỉnh la bàn. Hiệu chỉnh và sửa chữa 11) Ơû Anh Quốc, tất cả việc hiệu chỉnh được thực hiện bởi chuyên viên hiệu chỉnh la bàn, người có chứng chỉ chuyên môn về hiệu chỉnh la bàn được cấp bởi chính phủ Anh. 12) Nếu như không có chuyên viên hiệu chỉnh chất lượng, và thuyền trưởng thấy việc hiệu chỉnh là cần thiết. Thì sĩ quan boong hạng nhất có thể thực hiện. Và sau đó việc hiệu chỉnh cần được thực hiện lại bởi chuyên viên hiệu chỉnh la bàn khi có dịp. 13) Ngày hiệu chỉnh và những chi tiết cụ thể khác sẽ được ghi vào sổ độ lệch la bàn từ. Vị trí của các dụng cụ hiệu chỉnh được ghi vào nhật ký la bàn và bảng độ lệch. Bởi vì khoảng cách từ các nam châm khử B và C tới mặt la bàn chuẩn và thành phần truyền đi là khác nhau. 14) Việc sửa chữa được thực hiện bởi nhà sản suất hoặc người có chuyên môn, và sử dụng đúng thiết bị. Khi công việc kết thúc, người sửa chữa sẽ cung cấp cho chủ tàu hoặc thuyền trưởng một giấy chứng nhận, chứng thực rằng công việc sửa chữa đã được thực hiện theo yêu cầu ISO 2269 cho la bàn loại A và ISO 10316 cho la bàn loại B theo tiêu chuẩn quốc tế của la bàn từ. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -7- PHẦN II: CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ LOẠI LA BÀN TỪ Trên tàu biển hiện nay hầu hết đều sử dụng la bàn từ nước, nên trong phần này xin trình bày cấu tạo của 3 loại la bàn từ nước đặc trưng đang được sử dụng trên các tàu biển hiện nay: A. LA BÀN TỪ KIỂU MỸ B. LA BÀN TỪ KIỂU NHẬT BẢN C. LA BÀN TỪ KIỂU TRUNG QUỐC Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -8- A. LA BÀN TỪ KIỂU MỸ Hình trên là hình dáng bên ngoài của la bàn từ kiểu Mỹ. Cấu tạo của la bàn từ này gồm có: I. Thân La Bàn Được làm bằng gỗ tốt, không mang từ tính. Phần dưới của thân có 4 bulông để bắt vào mặt boong tàu, các bulông này khi được mở lỏng ra có thể xoay thân la bàn để điều chỉnh khử độ lệch cố định A. Hai bên trái và phải của thân la bàn có hai quả cầu sắt non, đặt trên hai vai của la bàn. Dùng để khử độ lệch góc phần tư, tâm của hai quả cầu này và kim nam châm của la bàn nằm trên cùng một mặt phẳng. Quả cầu bên trái được sơn màu đỏ, quả cầu bên phải được sơn màu xanh. Trên đó có vạch khắc độ cho ta biết khoảng cách từ tâm quả cầu tới tâm la bàn là bao nhiêu, quả cầu có thể xoay được để thay đổi vị trí của nó so với tâm la bàn, khử độ lệch góc phân tư sinh ra. Trên đỉnh của thân la bàn có nắp la bàn, được làm bằng đồng có cửa gương nhìn được số chỉ của kim la bàn. Trên thân của la bàn có một đồng hồ chỉ báo góc ngiêng ngang của tàu, giúp ta biết được tàu đang cân bằng hay nghiêng ngang một góc bao nhiêu độ (có vạch chỉ nghiêng từ 0 – 400 sang mạn trái hoặc mạn phải). Ơû ngay phía trước chân la bàn có nắp một ống đồng trong đó nắp một thanh sắt non dùng đễ khử độ lệch do ống khói và các trụ thẳng đứng sinh ra Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -9- gọi là thanh Flinder. Trong ống này, cục sắt non Flinder được đặt ở vị trí cao nhất, ớ dưới lót đế bằng gỗ sao cho tác dụng của thanh Flinders đối với kim la bàn là tốt nhất. Bên trong thân la bàn có bóng đèn chiếu sáng giúp ta có thể thấy được số chỉ của kim la bàn khi trời tối. Bên trong ngay đường tâm theo chiều thằng đứng, phía dưới chậu la bàn có một ống đồng thẳng đứng, trong đó chứa nam châm thẳng đứng dùng để khử độ lệch nghiêng của la bàn từ, có thể điều chỉnh vị trí của nam châm thẳng đứng bằng cách di chuyển lên xuống ống đồng, và cố định được vị trí của ống đồng sau khi đã hiệu chỉnh độ lệch nghiêng xong. Phía dưới của thân la bàn có cửa, trong đó có các giá đỡ có các lỗ ngang để chứa nam châm khử ngang B và nam châm khử dọc C. Các giá đỡ này có số chỉ vị trí của nam châm khử được đặt ở đâu. II. Chậu La Bàn Gồm có các bộ phận Kim nam châm là tổ hợp 2 kim nam châm đặt phía dưới mặt la bàn, theo nguyên tắc: cực bắc của kim nam châm luôn chỉ hướng bắc địa từ, được thiết kế đồng trục với đĩa khắc độ trên mặt la bàn. Đĩa khắc độ có mũi tên đánh dấu ở 8 hướng chính: N, NE, E, SE, S, SW, W, NW chia làm 360 0 có số chỉ cách nhau 10 0 một. Chậu la bàn được treo bằng vòng cacđăng và có 4 trụ đỡ giúp cho mặt la bàn luôn ở mặt phẳng ngang khi tàu lắc. Dung dịch chứa trong chậu la bàn là dung dịch cồn và nước cất giúp giảm ma sát giữa trục kim nam châm với đĩa khắc độ. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -10- B. LA BÀN TỪ NHẬT BẢN Cấu tạo của la bàn từ Nhật Bản hiệu Daiko, Model T150B gồm: I. Chân La Bàn Chân đế la bàn dùng để đỡ chậu la bàn và chứa các thanh nam châm dùng để hiệu chỉnh độ lệch, được chế tạo bằng vật liệu phi từ tính. Trên đỉnh của chân la bàn có nắp la bàn làm bằng đồng có cửa ở phía sau. Hai bên trái và phải của chân đế có hai hộp đựng thanh sắt non, đặt trên hai vai của la bàn, trọng tâm của hai hộp sắt non này va økim nam châm trong la bàn nằm trên cùng một mặt phẳng. Ơû ngay phía trước chân la bàn lắp một hộp gỗ trong đó có lắp một thanh sắt non dùng để khử độ lệch do ống khói và các trụ thẳng đứng sinh ra gọi là thanh sắt flinder. Trong thân của la bàn có chứa các thanh nam châm vĩnh cửu ngang và dọc dùng để khử độ lệch bán vòng. Các nam châm khử được điều chỉnh bằng vít vô tận để thay đổi góc giữa hai nam châm ngang và giữa hai nam châm dọc, qua đó làm tăng hoặc giảm lực tác dụng của kim nam châm khử lên kim la bàn từ. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Thầy Chung Nghĩa SVTH: Trần Thiện Thành Trang -11- Ơûgiữa thân la bàn có ống thẳng đứng chứa nam châm thẳng đứng khử độ lệch nghiêng của la bàn. Trong chân la bàn có lắp một bóng đèn điện có bộ phân điều chỉnh độ sáng. Nguồn cung cấp cho bóng đèn này có thể là nguồn xoay chiều hoặc nguồn một chiều tuỳ thuộc vào công tắc nguồn mà ta lựa chọn. Trong thân của la bàn cũng có một đường ống trong đó chứa các lăng kính giúp cho ta thấy được mặt la bàn từ buồng lái. Trên thân của la bàn có mặt chỉ báo độ nghiêng ngang của tàu, có khắc cung vạch chia từ 0-40 0 sang trái hoặc phải, cho ta biết tàu đang nghiêng ngang bao nhiêu. II. Chậu La Bàn Chậu la bàn được làm bằng kim loại không mang từ tính và đủ nặng để duy trì trạng thái nằm ngang khi tàu bị nghiêng, gồm có các bộ phận: Đĩa khắc độ (đĩa la bàn): có dạng hình vòng tròn được chia độ từ 0 0 - 360 0 , theo hướng trục dọc của tàu giúp xác định phương vị và góc mạn của mục tiêu Mặt la bàn (còn gọi l