NGHIÊN cứu hệ THỐNG hóa các PHƯƠNG PHÁP xác ĐỊNH KHỐI LƯỢNG và tọa độ TRỌNG tâm THÂN tàu TRONG GIAI đoạn THIẾT kế BAN đầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐÓNG TÀU THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HÓA CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG VÀ TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM THÂN TÀU TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU Chủ nhiệm đề tài: TS TRẦN NGỌC TÚ Thành viên tham gia: Ths NGUYỄN VĂN VÕ Hải Phòng, tháng 05 /2016 i : i MỤC LỤC……………………………………………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG.…………………………………………… ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………… iii MỞ ĐẦU………………………………………………………………… CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHỐI LƯỢNG THÂN TÀU TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU 1h ph ần kh P ối h lư â ợn ng l th o ân tàu i c giai đoạn c thiết kế p ban h đầu n g p h 1.2.á p Ph x ươ ng c ph đ áp ị xá n hc t đị h nh kh n ối lượng thân tàu đựa thơng số hình học………………………………………………………… 1.3 Phương pháp xác định khối lượng phần thân tàu dựa nghiên cứu thống kê…………………………………………… 1.4 Phương pháp xác định khối lượng phần thân tàu dựa yêu cầu độ bền chung thân tàu…………………………………… 1.5 Phương pháp xác định khối lượng phần thân tàu dựa yêu 18 cầu tổ chức Đăng kiểm…………………………………… 1.6 Phương pháp xác định khối lượng phần thân tàu dựa việc phân chia phân nhóm khối lượng………………………… 1.7 Hướng dẫn lựa chọn cơng thức tính tốn thành phần khối lượng thân tàu………………………………………………………… CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA HỆ “THÂN TÀU-THƯỢNG TẦNG”………………………… 19 23 27 30 K Ế T L U Ậ N … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … T À I L I Ệ U THAM KHẢO……………………………………………… 40 i DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 1.5 Bảng 1.6 Bảng 1.7 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Hình 1.1 Phân loại c Định nghĩa Hình 1.2 theo Müller Mơ hình sơ Hình 1.3 dựng cơng t Hình 1.4 Phân chia c mơ hình rút Hình 1.5 xác định cá Quan hệ giữ Hình 1.6 cơng th Hình 2.1 Xây dựng đ iii MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong thiết kế tàu, việc xác định thông số chủ yếu tàu giai đoạn thiết kế ban đầu có ý nghĩa quan trọng, tất công việc thiết theo bao gồm việc chi tiết hóa thực hóa cơng việc phải sử dụng kết thu bước thiết kế Chính vậy, kết thu giai đoạn thiết kế ban đầu xác rút ngắn thời gian thiết kế nhiêu Lượng chiếm nước tàu nói chung lượng chiếm nước tàu khơng nói riêng đặc trưng kích thước quan trọng số đại lượng thiết kế có quan hệ mật thiết với thành phần khối lượng tàu Các thành phần khối lượng có ảnh hưởng lớn đến đặc trưng khác tàu (tính nổi, tính ổn định, giá thành đóng tàu ) Do vậy, vấn đề nâng cao độ xác tính tốn thành phần khối lượng tàu giai đoạn thiết kế ban đầu nhà thiết kế quan tâm đặt lên hàng đầu hạn chế sai sót tính tốn tính tàu hiệu kinh tế mà tàu mang lại bước tính tốn Trong số thành phần khối lượng tạo nên lượng chiếm nước tàu khơng thành phần khối lượng “thân tàu” chiếm tỷ trọng lớn số thành phần khối lượng tạo nên lượng chiếm nước tàu khơng tàu (nó chiếm từ 40 đến 60% khối lượng tàu không tùy thuộc vào loại tàu) Do việc tính tốn cách xác thành phần khối lượng có ý nghĩa quan trọng Để xác định khối lượng phần “thân tàu” người ta sử dụng phương pháp khác Trong phương pháp xác định xác khối lượng dựa vào vẽ thi cơng, nhiên phương pháp áp dụng giai đoạn thiết kế cuối tất cơng việc thiết kế hồn thành Từ lý mà việc nghiên cứu phương pháp xác định khối lượng tọa độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu nhằm nâng cao độ xác tính tốn chúng có ý nghĩa khoa học thực tiễn quan trọng Mục đích nghiên cứu đề tài Phân tích tổng hợp cách có hệ thống phương pháp xác định khối lượng tọa độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu tàu vận tải biển Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp thống kê, phân tích cách có hệ thống phương pháp luận lý thuyết thiết kế tàu Ý nghĩa đề tài Đề tài tài liệu tham khảo thiết thực phục vụ cho sinh viên ngành Thiết kế thân tàu thủy, giảng viên khoa Đóng tàu tìm hiểu đặc điểm xác định thành phần khối lượng tàu CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHỐI LƯỢNG THÂN TÀU TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU 1.1 Phân loại phương pháp xác định thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu Trong giai đoạn thiết kế ban đầu thành phần khối lượng thân tàu xác định theo công thức với cấu trúc chuẩn sau: m = m' vv đó: mv' – khối lượng đơn vị thành phần khối lượng thân tàu; M(Δm, L, B, T, CB,…) – mô đun thành phần khối lượng xét, hàm số phụ thuộc vào thơng số hình học thân tàu Dựa phương pháp thu mô đun công thức (1.1), hay dựa tập hợp công thức tương đồng với nhau, người ta phân chia phương pháp tính tốn thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu hình 1.1 Các phương pháp xác định khối lượng ph ần thân tàu Dựa phân chia phân nhóm nhỏ Khơng dựa phân chia phân nhóm nhỏ Dựa thơng số hình học Hình 1.1 Phân loại phương pháp tính toán khối lượng thân tàu [1] CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA HỆ “THÂN TÀU-THƯỢNG TẦNG” Đối với tàu có lượng chiếm nước thành phần khối lượng hệ “thân tàu-thượng tầng” chiếm tỷ trọng lớn tổng khối lượng tàu không Do vậy, chúng ảnh hưởng lớn đến cân dọc ổn định tàu Ngoài ra, để tiến hành tính tốn kiểm tra điều kiện biên tốn tối ưu hóa thiết kế tàu cần phải biết tọa độ trọng tâm hệ giai đoạn thiết kế ban đầu 2.1 Xác định hoành độ trọng tâm thành phần khối lượng “thân tàuthượng tầng” Để xác định hoành độ trọng tâm nhóm khối lượng thân tàu (xgv) sử dụng số phương pháp sau: Phương pháp thứ Để xác định hồnh độ trọng tâm nhóm khối lượng thân tàu ta dựa vào đường cong phân bố khối lượng thân tàu theo chiều dài tàu Đối với tàu có đoạn thân ống, biểu đồ phân bố khối lượng theo chiều dài tàu biểu diễn dạng hai hình thang hai đầu hình tứ giác (hình 2.1) Khi từ hệ số tung độ trọng tâm hai đầu diện tích hình thu được, ta thu hoành độ trọng tâm thành phần khối lượng “thân tàu” nằm cách mặt phẳng sườn đoạn xgv = 0,0056L phía tàu Đối với tàu khơng có đoạn thân ống, phân bố khối lượng theo chiều dài tàu đối sứng với qua mặt phẳng sườn trường hợp hoành độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu xgv nằm sườn 30 Hình 2.1 Xây dựng đường cong khối lượng cho tàu có đoạn thân ống Phương pháp thứ hai Phương pháp dựa việc tính chuyển từ tàu mẫu x gv = x gv0 L / L Phương pháp áp dụng trường hợp tàu thiết kế tàu mẫu có giống sơ đồ kết cấu theo phương dọc tàu Phương pháp thứ ba Hoành độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu xác định phương pháp thống kê, giống việc xác định khối lượng thân tàu nói chung phân nhóm khối lượng nói riêng Trên sở thống kê 26 tàu vận tải (tàu container, tàu chở hàng khô tổng hợp, tàu chở hàng đơng lạnh tàu dầu) có buồng máy nằm phía tàu tác giả Gaicovich [1] thu cơng thức xác định hồnh độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu sau: xgv / L = ( −0,048 ± 0,047) Bằng phương pháp thống kê thu hồnh độ trọng tâm phân nhóm khối lượng nằm nhóm khối lượng thân tàu Các cơng thức xác định chúng trình bày bảng 2.1 tương ứng với bảng phân chia khối lượng thành phần bảng 1.5 Trên bảng 2.2 biểu diễn cơng thức tính hồnh độ trọng tâm phân nhóm khối lượng nằm nhóm khối lượng thân tàu tương ứng với cách phân chia bảng 1.6 Để xác định hoành độ trọng tâm buồng máy, cơng trình [12] đề xuất cơng thức tính hồnh độ trọng tâm buồng máy nằm phía tàu (0,36÷0,39)L tính từ mặt phẳng sườn phía tàu 31 Bảng 2.1 hồnh độ trọng tâm tương đối phân nhóm khối lượng nằm thành phần khối lượng “thân tàu – thượng tầng” STT Tên phân nhóm khối lượng Khối lượng vỏ thép tham gia vào tương đương Các vách ngang Thượng tầng ống khói Phần mũi đuôi tàu Boong nâng mũi lái Kết cấu cục Các gia cường bệ máy Các chi tiết riêng Phần phi kim loại 10 Sơn, thiết bị bảo vệ 11 Các nhiệt lớp lót 12 Trám ximăng 13 Khơng khí thân tàu 14 Thiết bị buồng phòng Trang thiết bị khoang chứa 15 container Ghi *) – gốc tọa độ đặt đường vng góc mũi, chiều dương hướng xER **) m – sai số bình phương trung bình; - hoành độ vách mũi buồng máy; LER - chiều dài buồng máy; Lkhi - chiều dài khoang hàng thứ i; xkhi - hồnh độ tâm thể tích khoang hàng thứ i; Như vậy, hoành độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu xác định sau: x g vt = ( ∑ m x i gi )/ m , i đó: mi, xgi – khối lượng hoành độ trọng tâm phân nhóm khối lượng nằm thành phần khối lượng “thân tàu” Bảng 2.2 Hoành độ trọng tâm phân nhóm khối lượng nằm thành phần khối lượng thân tàu theo STT Tên phân nhóm khối lượng Boong Bong trung gian thứ Boong trung gian thứ hai Tôn bao ngồi Đáy đơi Vách ngăn ngang Vách ngăn dọc Kết cấu gia cường băng Các kết cấu cục (mạn giả, két, hầm đường trục chong chóng, bệ máy) 10 Thượng tầng 11 Lầu 2.2 Xác định cao độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu Để xác định cao độ trọng tâm phần thân tàu người ta sử dụng phương pháp tương tự việc xác định hồnh độ trọng tâm Phương pháp thơng dụng việc xác định cao độ trọng tâm phần thân tàu sử dụng phương pháp tính chuyển: z g vt = a D, / D0); z đó: az – hệ số tỷ lệ, xác định dựa vào tàu mẫu ( a z = z gvt D – chiều cao mạn Điều kiện áp dụng công thức tính chuyển tàu thiết kế tàu mẫu có kiểu bố trí kết cấu theo chiều cao 34 Để xác định cao độ trọng tâm phần thân tàu khơng có tàu mẫu, ta sử dụng phương pháp thống kê Trên sở thống kê 26 tàu vận tải (tàu container, tàu chở hàng khô tổng hợp, tàu chở hàng đông lạnh, tàu chở dầu) tác giả gaicovich [1] thu công thức xác định cao độ trọng tâm phần thân tàu sau: z gv / D = (0,770 ± 0,104) Trong cơng trình [13] đề xuất công thức xác định cao độ (2.5) trọng tâm phần vỏ thép tàu sau: tàu có chiều dài L > 120 m: z g vt = 0, 01D[46, + 0,135(0,81 − C B )( L / D ) ] + 0, 008 D ( L / B − 6,5) (2.6) tàu có chiều dài L< 120 m: z gvth = 2,192 + 0,001D[1,0 − ( L − 60) / 60] (2.7) Tác giả Schneekluth [10] đề xuất công thức xác định cao độ trọng tâm phần thân tàu (không bao gồm thượng tầng lầu) sau: (2.7) z g vt (% D ) = Trong đó: ( D / D) = + s CBD – hệ số béo thể tích tàu chiều cao mạn D; SF – độ cong dọc boong đo đường vng góc mũi; SA – độ cong dọc boong đo đường vng góc đi; Để thu kết xác áp dụng công thức (2.7) cần lưu ý số vấn đề sau: - Đối với tàu sử dụng hệ thống kết cấu dọc cần giảm cao độ trọng tâm xuống: -1%D; - Đối với tàu có mũi lê: - 0,4%D; - Đối với tàu có L/B ≠ 6,5: ±0,85D/δ(L/B)=±1,0; 35 - Đối với tàu có L ≠ 120m: +1%D tàu có L = 60 m -1%D tàu có L=180 m Cao độ trọng tâm thượng tầng lầu theo [ship design methodogoly] xác định qua giá trị phần trăm chiều cao thượng tầng lầu sau: thượng tầng lầu có tường ngăn bên z gtt = (0,76 ÷ 0,82)h thượng tầng lầu khơng có tường ngăn bên z g = 0,7h tt Dựa phương pháp thống kê thu cơng thức tính cao độ trọng tâm tương đối phận tạo nên phần thân tàu Các cơng thức tính thể bảng 2.3 tương ứng với phân chia thành phần khối lượng theo bảng 2.1 Bảng 2.3 Cao độ trọng tâm tương đối phân nhóm khối lượng thành phần khối lượng“thân tàu” STT Tên phân nhóm Khối lượng vỏ thép tham gia v tương đương Các vách ngang Thượng tầng ống khói Phần mũi tàu Boong nâng mũi lái Kết cấu cục Các gia cường bệ máy Các chi tiết riêng Phần phi kim loại 10 Sơn, thiết bị bảo vệ 11 Cách nhiệt lớp lót 12 Trám ximăng 13 Khơng khí thân tàu 14 Thiết bị buồng phòng 15 Trang thiết bị khoang chứa conta Ghi chú: *) – sai số bình phương trung bình; zB – cao độ tâm nổi; hdd – chiều cao đáy đôi Đối với viêc phân chia thành phần khối lượng thân tàu bảng 2.2 cao độ trọng tâm chúng xác định bảng 2.4 Bảng 2.4 Cao độ trọng tâm phân nhóm khối lượng nằm thành phần khối lượng thân tàu STT Tên phân nhóm khối lượng Boong (có độ cong dọc boong bình thường) Bong trung gian thứ (khơng có độ cong dọc boong) Boong trung gian thứ hai (khơng có độ cong dọc boong) Tơn bao ngồi < (L/D) < 14 37 Đáy đôi Vách ngăn ngang Vách ngăn dọc Kết cấu gia cường băng Các kết cấu cục (mạn giả, két, hầm đường trục chong chóng, bệ máy) 10 Thượng tầng lầu Ghi chú: hdd – chiều cao đáy đôi; htt – chiều cao thượng tầng 38 KẾT LUẬN Kết luận Trên sở tổng hợp phân tích cách có hệ thống phương pháp xác định khối lượng trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu, đề tài thu kết sau:  Đã phân loại phương pháp tính tốn khối lượng trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu;  Đã tổng hợp công thức tính tốn khối lượng và trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu;  Đưa dẫn việc áp dụng cơng thức tính khối lượng thân tàu nhằm thu kết có độ xác cao giai đoạn thiết kế ban đầu Hướng phát triển đề tài Hướng phát triển đề tài nghiên cứu tổng hợp phương pháp xác định thành phần khối lượng khác nằm lượng chiếm nước tàu không tàu 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Гайкович А.И Теория проектирования водоизмещающих кораблей и [1] судов, том 1, СПб, Изд НИЦ МОРИНТЕХ, 2014 819 с Гордон Л А Расчет водоизмещения и основных размеров корабля – [2] Л.: Судостроение,1970 28 Ногид Л.М Проектирования морских судов Ч.1 Методика [3] определения элементов проектируемого судна – Л.: Судостроение, 1964 [4] Ногид Л.М Теория проектирования судов – Л.: Судпромгиз, 1955 Степанов В.В Способ определения веса металлического корпуса [5] танкеров и сухогрузных судов, набранных по Правилам Регистра СССР//Общие вопросы проектирования судов: сборник//НТО судостроительной промышленности материал по обмену опытом Вып 199 – Л.: Судостроение, 1973 [6] Логачев С.И Морские танкеры –Л Судостроение, 1970 [7] Ашик В.В Проектирование судов –Л Судостроение, 1975 Правила классификации и постройки морских судов Ч II Корпус [8] СПб., Российский морской регистр судоходства – 2003 [9] Watson D.G M Gilfilan A.W Some ship design methods – TRINA, 1977 [10] “Papanikolaou,Apostolos Ship Design Methodologies of Preliminary Design, 2014 [11] Ашик В.В Лавкин Н.П Расчет массы корпуса сухогрузных судов//Судостроение – 1970 - №6 [12] Оберемок Е.Г Постатейный расчет весовой нагрузки судна порожнем//Научно – технические проблемы судостроения и судоремонта Труды Одесского института инженеров морского флота 1989 [13] Kupras L K Optimazation Method and Parametric Study in Precontracted Ship Design – “International Shipbuilding Progress” Vol 23 1971 40 ... THÂN TÀU TRONG GIAI ĐOẠN THIẾT KẾ BAN ĐẦU 1.1 Phân loại phương pháp xác định thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu Trong giai đoạn thiết kế ban đầu thành phần khối lượng thân. .. đích nghiên cứu đề tài Phân tích tổng hợp cách có hệ thống phương pháp xác định khối lượng tọa độ trọng tâm thành phần khối lượng thân tàu giai đoạn thiết kế ban đầu Đối tượng phạm vi nghiên cứu. .. giai đoạn thiết kế ban đầu 2.1 Xác định hoành độ trọng tâm thành phần khối lượng ? ?thân tàuthượng tầng” Để xác định hoành độ trọng tâm nhóm khối lượng thân tàu (xgv) sử dụng số phương pháp sau: Phương