THIẾT KẾ TÀU KÉO, TÀU ĐẨY ppt

Có thể phân các tàu nhóm này thành các kiểu tàu theo chức năng: tàu kéo đi biển, gọi tàu tàu kéo biển, tàu kéo trong vùng nội địa hay tàu kéo sông và các tàu chỉ làm nhiệm vụ đẩy gọi là

THIẾT KẾ TÀU KÉO, TÀU ĐẨY

MỤC LỤC

Mở đầu

CHƯƠNG 1: TÀU KÉO VÀ TÀU ĐẨY

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH

4 Xác định lượng chiếm nước và kích thước chính 46

5 Kích thước chính và lượng chiếm nước 49

CHƯƠNG 3: ĐƯỜNG HÌNH VÀ ĐẶC TRƯNG THỦY TĨNH

CHƯƠNG 4: KẾT CẤU THIẾT BỊ BOONG

CHƯƠNG 5: TRANG BỊ ĐỘNG LỰC VÀ MÁY ĐẨY TÀU

3 Thiết kế chân vịt trong ống đạo lưu 102

CHƯƠNG 1 TÀU KÉO VÀ TÀU ĐẨY

Tàu làm nhiệm vụ kéo hoặc đẩy được xếp chung vào nhóm tàu kéo Có thể

phân các tàu nhóm này thành các kiểu tàu theo chức năng: tàu kéo đi biển, gọi tàu

tàu kéo biển, tàu kéo trong vùng nội địa hay tàu kéo sông và các tàu chỉ làm nhiệm vụ đẩy gọi là tàu đẩy

1 Tàu kéo chạy biển

Tàu kéo chạy (đi) biển (ocean going tugboats) đa dạng, làm những việc

chuyên môn không hòan toàn giống nhau Trong thực tế các tàu nhóm này được thiết kế cho những công việc nhất định và mang tên gọi qui ước cũng không trùng nhau Tàu kéo biển chuyên kéo các phương tiện nổi đi biển xa hoặc biển gần được hiểu là tàu viễn dương hoặc tàu cận hải, giống cách gọi dùng cho tàu vận tải Tàu kéo kiêm công tác cứu hỏa đuợc dùng rất phổ biến trong đội tàu kéo biển Tàu không chỉ làm nhiệm vụ kéo mà còn kiêm nghề gọi là tàu đa mục đích Tàu kéo đa mục đích ngày nay được phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng tại các nước chưa ở mức chuyên môn hóa cao

Trong nhiều trường hợp tàu kéo làm việc tại các cảng biển được xếp vào nhóm tàu kéo biển

Tàu kéo đa mục đích hay hiểu theo cách khác, tàu đa dụng được phát triển

tại nhiều nước Tàu có khả năng kéo tàu, giúp các tàu lớn quay trở trong cảng Tàu thường được trang bị hệ thống chữa cháy công suất cao làm cho tàu trở thành phương tiện chữa cháy chính khi có sự cố hỏa hoạn trên biển, trong cảng Các tàu này còn được trang bị các phương tiện cứu hộ để tàu nhanh chóng biến thành phương tiện cứu hộ trên biển

Hình 1 Tàu kéo đi biển

Hình Tàu kéo

Đặc trưng chính của các tàu đa dụng như sau:

Chiều dài tàu từ 29 m đến 45 m

Công suất máy chính từ 1500HP đến 3000HP

Vận tốc tàu thông thường nằm trong phạm vi 12 – 14 HL/h

Điều cần nêu, sức kéo đơn vị tính cho trường hợp thử tại bến (polar pull) 13,0 – 13,5 kG/HP

Tàu đa dụng còn được trang bị phương tiện bốc dỡ hàng và khoang chứa hàng trên tàu

Bảng 1 dưới đây giới thiệu những tàu kéo đa dụng đã được đóng tại các nước có nền công nghiệp đóng tàu phát triển

Bảng 1 Tên tàu Nước sản

Tàu được thiết kế để làm những việc nặng trên đại dương như kéo tàu, kéo giàn khoan, các công trình nổi Tàu phải được đảm bảo về mặt an toàn, đảm bảo ổn định để làm việc trong điều kiện thời tiết trở nên xấu nếu điều này xẩy ra trong chuyến đi Công suất máy tàu nhóm này không mấy khi dưới 3.000 – 4.000 HP Vận tốc chạy tự do của tàu có lúc còn nhanh hơn tàu vận tải kiểu cũ, đạt đến 16 – 17 Hl/h Các tàu này luôn trang bị phương tiện cứu sinh, cứu nạn và cả phương tiện chữa cháy đủ mạnh Các tàu kể sau thường được coi là tàu kéo kiêm cứu hộ, trong đó nhiệm vụ cứu hộ có khi lấn lướt vai trò kéo

Tàu kéo - cứu hộ đời mới trang bị máy công suất đến 8.000 – 10.000 HP, tầm hoạt động đến 20.000 hải lý Tàu mang tên Zvarter Zee đóng tại Netherlands giữa những năm sáu mươi trang bị máy công suất 9.000 HP, tầm làm việc lên đến 19.800 hải lý Cũng thời gian trên tàu người Nhật đóng cho chủ tàu USA Ellis L Morant lượng chiếm nước 1970 T, công suất 9.600 HP Cuối thập kỷ sáu mưới từ Germany

Hình 3 Tàu kéo kiêm cứu hộ

Hình 3 giới thiệu tàu kéo kiêm cứu hộ có tên gọi Alice L Moran được đóng vào nhửng năm bảy mươi

Tàu kéo cỡ nhỏ

Tàu cỡ nhỏ hoạt động vùng ven biển hoặc vừa kéo biển và còn tham gia kéo tuyến pha sông – biển Một trong các tàu kiểu này được giới thiệu tại hình 4 Tàu Sadko trong hình được trang bị máy chính công suất 750 HP

Hình 4 Tàu kéo đi biển Sadko, lắp máy công suất 750 HP

Tàu nhóm này thường có mạn khô khá lớn, đặc biệt mạn khô phần mũi lớn hơn mức bình thường Tàu có tính đi biển tốt, ít bị nước tràn boong Tính ổn định hướng của tàu phải cao hơn các tàu kéo cảng

Đặc trưng chung của nhóm tàu cỡ nhỏ này: công suất máy chính khoảng 220 – 750 HP, chiều dài tàu khoảng 20 – 30m Sức kéo trên tang từ 3,5 T đến 8 T Vận tốc tàu không quá 10 – 11 HL/h

Những tàu đặc trưng cho nhóm cỡ nhỏ được giới thiệu tại bảng 2

Tàu kéo chạy biển cỡ nhỏ ký hiệu MB-301 trang bị máy chính 225 HP, chân vịt trong ống đạo lưu được trích dẫn và giới thiệu tại hình dưới đây, hình 3 Trong hình 1 – lầu lái đặc trưng của tàu kéo, 2 – forepeak, 3 – thùng xích, 4 – phòng ở bốn người, 5 –

Mặt cắt dọc qua giữa tàu cho phép chúng ta nhìn nhận rõ hơn profile tàu kéo đặc trưng Lầu lái thông lệ nằm trước mặt cắt giữa tàu, chiếm vị trí cao và đẹp

nhất trên tàu Tỷ lệ giữa chiều dài lầu lái và chiều dài tàu thường lớn, trên 25% Mũi tàu cao hơn hẵn những phần còn lại của boong, mạn chắn sóng phía mũi thường cao và đủ chắc chống va đập thường xuyên sóng biển, nước phủ

Hình 5 Bố trí tàu kéo đi biển cỡ nhỏ

Trong phần tiếp theo sẽ giới thiệu những tàu kéo đi biển cỡ trung bình trở lên giúp bạn đọc quan sát kỹ hơn bố trí tàu

Tàu kéo trong cảng

Tàu kéo thuộc nhĩm này (harbour tugs) đơng nhất Đặc trưng của nhóm tàu

này: công suất máy chính đủ mạnh song kích cỡ tàu không lớn, chiều cao mạn khô

chỉ đạt giá trị tối thiểu Khả năng quay trở tàu kéo cảng (gọi tắt của tàu kéo hoạt động chủ yếu trong cảng) rất cao Tất cả điều vừa nêu đảm bảo tàu có thể an toàn

và dễ dàng thao tác trong khỏang không gian chật chội, luồng lạch hạn hẹp giữa các tàu trong cảng, giữa tàu và bến, giữa các chướng ngại khó tránh trong các cảng vv…

Tàu có kích thước nhỏ cho nên bố trí tàu nhóm này đòi hỏi chặt chẽ, chi li Các buồng điều khiển phải đảm bảo thông, thoáng; tầm quan sát đủ lớn, trong khi đó các buồng sinh hoạt không được thóang rộng như tàu biển khác Dự trữ nhiên liệu, lương thực, thực phẩm, nước vv… ở mức thấp nhất Thông thường dự trữ đủ cho tàu trong vòng 3 – 5 ngày

Hình 6 Tàu kéo trong cảng đang kéo tàu

Hình 7 Cơng việc thường ngày

Hoạt động trong vùng nước hạn chế, tầm hoạt động chỉ gọn trong khu vực cảng và vùng lân câïn do vậy trang thiết bị cho tàu được phép miễn giảm đến mức tối

đa Trên nhiều tàu không trang bị tời kéo, hệ thống nâng hạ xuồng cứu sinh Thay

vì tời kéo trên các tàu nhóm này phải có đủ móc kéo, cọc kéo, các cọc bích buộc tàu, chằng tàu

Những tàu đã được đóng và sử dụng có hiệu quả được giới thiệu tóm tắt sau đây

Hình 8 giới thiệu tàu trang bị thiết bị đẩy cycloidal do máy chính công suất 600HP lai Trong hình 5 các ghi chú mang ý nghĩa sau 1 – lầu lái, 2 – forepeak, 3 - thùng

xích, 4 - buồng cất giữ áo quần lao động, 5 – buồng máy đẩy, 6 – buồng ăn, 7 – két nhiên liệu, 8 - buồng máy, 9 – buồng nồi hơi phụ, 10 – phòng giải trí, 11 – két nước máy, 12 – két nước ngọt, 13 - kho, 14 – phòng chứa bình chống cháy, 15 – phòng chứa accu

Tàu kéo cùng công suất như tàu “Sao Hỏa” song trang bị máy diesel công

suất 600HP, chân vịt trong ống đạo lưu, hoạt động xứ lạnh được giới thiệu tại hình 8

Hình 8 Tàu kéo trong cảng mang tên “Sao Hỏa”

Trong hình 8 các ghi chú mang ý nghĩa sau 1 – lầu lái, 2 – forepeak, 3 - thùng xích,

4 – két nhiên liệu, 5 - buồng cất giữ áo quần lao động, 6 – buồng giải trí, 7 - buồng máy, 8 – thùng dầu trực, 9 - kho, 10 – két nước ngọt, 11 – buồng máy lái

Hình 10 Tàu Reid cong suất máy 600 HP

Hình 11 “Sao Thổ” với máy chính công suất 1200 HP

Tàu kéo “Sao Thổ” lắp máy công suất 1200 HP được trình bày tại hình 11 Những ghi chú trong “Sao Thổ”: 1 – lầu lái, 2 – kho, 3 – thùng xích, 4 – bồng giải trí,

5 – buồng công cộng, 6 – két nhiện liệu, 7 – buồng tắm, 8 – buồng máy, 9 – két dầu trực, 10 – buồng máy lái

Tàu kéo cỡ lớn trong nhóm, lắp máy 2520 HP có dạng như tại hình 12 Trong hình: 1 – lầu lái, 2 – forepeak, 3 – thùng xích, 4 – phòng ngủ hai người, 5 – két nước ngọt, 6 – két nước ballast, 7 - buồng đựng bình bọt chữa cháy, 8 – két nhiê liệu, 9 – buồng máy, 10 – kho dây, 11 – kho dụng cụ cơ khí, 12 – afterpeak

Hình 12 Tàu Dingl Bai lắp máy công suất 2520 HP

2 Tàu kéo chạy sông

Tàu kéo chạy sông chiếm số lượng đáng kể trong danh sách tàu thủy Có thể nói, tàu kéo sông với kích cỡ vô cùng đa dạng, từ tàu rất nhỏ đến tàu khá cồng kềnh có mặt hầu như trên tất cả sông, hồ

Hình 14 Tàu kéo cảng

Hình 15 Tàu sơng (river tug)

Đội tàu kéo hoạt động trong sông và vùng biển gần bờ có thể coi gồm ba chủng loại: tàu kéo đơn thuần, tàu đẩy đơn thuần và tàu làm được cả hai việc là tàu kéo-đẩy Dấu hiệu giúp phân biệt các nhóm là cơ cấu ghép nối hay còn gọi cơ cấu liên kết giữa tàu kéo hoặc đẩy với phương tiện bị kéo, đẩy cùng phương tiện kéo trên tàu Công suất máy chính trên tàu sông tùy thuộc nhiều vào điều kiện luồng, lạch mà tàu phải làm việc, phụ thuộc vào sức chở của các đối tượng bị kéo Người ta đã đóng những tàu kéo lắp máy chỉ vài mươi sức ngựa song đã có tàu xuất xưởng với máy chính trên đó xấp xỉ 2000 HP Cần nói rõ hơn, công suất máy cho tàu kéo-đẩy không lớn song với tàu đẩy công suất máy đã đạt đến 9000 HP cho một tàu

Tàu kéo và đẩy

Tàu nhóm này trong chừng mức giống tàu kéo trong cảng, kích thước bị hạn chế đến mức tối thiểu và theo đó bố trí thiết bị, bố trí tàu nói chung phải tiến hành trong không gian hạn hẹp

Hình 16 Tàu đẩy

Tàu sông trang bị máy không lớn, hiếm khi đến 600 HP, sức kéo trên tang

Tiện đây lưu ý bạn đọc cách gán đơn vị đo vận tốc cho tàu Tàu biển luôn phải được đo bằng đơn vị truyền thống trong ngành hàng hải là “nút”, dịch ra tiếng Việt là “hải lý / giờ”, viết tắt HL/h Một dặm biển, dịch từ tiếng Anh NM (hải lý) dài

1852 m Trong khi đó vận tốc tàu chạy trong sông, bất kể loại tàu nào, đều được đo bằng đơn vị km /h, với 1 km = 1000 m

Những tàu đã được khai thác có đặc tính như nêu tại bảng 4

Bảng 4

Hình 17 dưới đây giới thiệu mặt cắt dọc tàu sông làm nhiệm vụ kéo – cứu hộ, công suất máy 600 HP

đẩy-Hình 17 Tàu kéo – đây máy 600HP: 1 – lầu lái (ở vị trí rất cao), 2 – buồng trực, 3 – buồng công cộng, 4 – forepeak, 5 – thiết bị chuyên dùng, 6 – buồng máy, 7 – két nhiên liệu, 8 – buồng máy lái, 9 – afterpeak

Đặc điểm đầu cần đề cập đến khi thiết kế tàu đẩy là bố trí lầu lái ở vị trí cao và tầm quan sát của tàu đẩy phải tốt nhất

3 Tàu đẩy-kéo và tàu đẩy

Nhóm tàu này (notch tugs) có nhiệm vụ đẩy, kéo tàu hoặc các phương tiện

thủy khác trên những đoạn đường sông không ngắn Nhìn chung nhóm tàu này có ngoại hình gần giống nhau, lầu lái chiếm vị trí rất cao và được bố trí về hẵn phía mũi tàu Hình ảnh tàu đẩy – kéo, hình 18, giới thiệu tiếp là ví dụ cho kiểu tàu chúng ta đang quan tâm

Tài liệu thống kê về tàu nhóm này được trích từ [1], giới thiệu tại bảng 5 Các tàu cùng nhóm được sản xuất trong hững năm năm mươi trở đi được tổng kết tiếp tại bảng 6

Tàu nhóm đang đề cập thường khá dài, công suất máy đủ lớn Tàu kéo tại các sông châu Âu dài đến 50 – 55 m Máy chính các tàu châu Âu đạt đến 4000 HP trên những tàu công suất mạnh Vận tốc trong sông của tàu 28 km /h

Tàu đóng tại USA thường trang bị máy rất mạnh, đến 9000 HP Người Mỹ đang muốn tăng công suất máy cho đội tàu của họ đến 10.000 hoặc 15.000 HP/ chiếc

Những hình tiếp theo giới thiệu với bạn đọc các tàu đã đóng tại các nước có nền công nghiệp đóng tàu phát triển, như tài liệu tham khảo Các tàu này đã hoạt động có hiệu quả tại các sông Danube (Trung Âu), Volga (Nga)

Hình 19

Hình 20 giới thiệu tàu đẩy-kéo RT-601, công suất máy 600 HP

Hình 20 Tàu kéo – đẩy RT 601

Hình 21 giới thiệu mẫu tàu đẩy Danube , công suất máy từ 1200 – 1340 HP

Hình 21

Tàu đẩy OTA – 2001 công suất máy 2000 HP được trình bày tại hình 21

Hình 22 Tàu đẩy công suất 4000 HP

Ghi chú trong hình 14 có nghĩa: 1 – lầu lái, 2 – thông gió, 3 – buồng đặt thiết bị chuyên dùng, 4 , 5, 7 – buờng sinh hoạt, 6, 8 – buồng công cộng, 9 – điều hòa, 10 – phòng ăn và giải trí, 11 – bếp, 12 – lối đi, 13 – buồng điều khiển , 14 – ống, 15 – buồng máy, 16, 19 – kho, 17 – buồng máy lái,

18 – forepeak, 20 – khoang nước dằn

Hình 23

Như tài liệu tham khảo bạn đọc xem thêm phương án dùng tàu hai thân làm tàu đẩy, lập ra từ những năm sáu mươi Ngày nay tàu đẩy hai thân đã trở nên khá quen thuộc trong ngành đóng tàu

Hình 24 Phương án tàu đẩy hai thân

Tàu hai thân dùng trên sông Danube trong những năm cuối thế kỷ XX mang dạng đơn giản như trình bày tại hình 25 Hình vẽ đang nêu được trình bày trong bài

báo “Hướng mới thiết kế tàu kéo-đẩy”, đăng trong tạp chí “Đóng tàu” số 5, 1999

Hình 25 Thử nghiệm hệ thống chữa cháy bằng nước

4 Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí

Tàu nhóm này ra đời cùng công nghiệp khai thác dầu khí ngoài khơi Tàu có tên gọi

supply vessels, cung ứng cho các giàn khoan trên biển Đặc tính chung của tàu nhóm này,

tính cơ động cao, khả năng đi biển rất tốt, tính ổn định đảm bảo, độ bền kết cấu đảm bảo Tàu nhóm này có kích thước thuộc nhóm trung bình, từ 20m trở lên Các tàu dài trên 80m

đang hoạt động có hiệu quả Hình 26, 27 giới thiệu các tàu thuộc nhóm cung ứng ra đời

vào những năm tám mươi

Hình 26 Supply vessel

Hình 27 Supply vessel

Hình 28 Bố trí chung tàu cung ứng

Hình 30 Supply vessel

Hình 31a Thiết kế tàu cung ứng từ những năm bảy mươi

Hình 31b Thiết kế tàu cung ứng từ những năm bảy mươi

Những mẫu tàu tiêu biểu giới thiệu tiếp theo

Tàu dài 45m hoạt động ở biển Đông

Hình 32b Tàu supply vessel dài 45m

Tàu cung ứng dài 59m

LxBxT = 59,25x14,95x4,95 (m)

Tàu trang bị 2 máy: 2x2575HP

Dầu: 535T; Nước ngọt 360T; Dung dịch khoang/BW: 400T; hàng khô: 187T; Foam: 13T Deadweight: 1400T; GT 1500

Bollard pull: 60T

Tàu cung ứng dài 80m

LxBxT = 80x17,2x7 (m)

Công suất máy: 15000HP; vận tốc 15 HL/h

Hình 33a

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH

1 SỨC CẢN VÀ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU

Sức cản vỏ tàu bản thân tàu kéo xác định theo các phương pháp giành cho tàu cỡ nhỏ, chạy chậm

Sức cản ma sát và sức cản cản dư tính cho tàu kéo cỡ nhỏ, L/B = 4,2 – 6,0 và

CB = 0,52 – 0,58 tham khảo từ đồ thị Kent tùy thuộc số Froude F = v / L , trong đó v tính bằng HL/h, L tính bằng ft, hình 1

Kết quả thử mô hình tại Leningrad vào những năm sáu mươi cho phép xây dựng đồ thị tính sức cản dư tàu, tùy thuộc số Froude Fn=v/ gL , trong đó v tính bằng m/s, L tính bằng m, hình 2

Các tỷ lệ kích thước và hệ số dùng trong đồ thị tại hình 2 nằm trong phạm vi: L/B = 3,1 – 4,9; B/T = 2,28 – 3,2; CB = 0,41 – 0,60; CP = 0,56 – 0,68

Một trong những phương pháp tính sức cản tàu kéo có độ tin cậy cao được công bố trong tài liệu “Tugboat Design”, SNAME năm 1954, mang tên phương pháp

Taggart [6] Các đồ thị từ công trình này giúp cho công việc tính sức cản dư tàu kéo

biển và tàu kéo cảng

Hệ số sức cản dư tàu kéo tính theo công thức:

Hình 1

Hình 2

3 / 2

2V v

trong hệ mét, L – chiều dài tàu, tính bằng m trong hệ mét

Hệ số sức cản ma sát tính theo các công thức đã trình bày tại “Sức cản vỏ tàu” Ngày nay có thể sử dụng công thức ITTC 1957 để tính hệ số sức cản ma sát, mặc dầu lúc phương pháp Taggart ra đời, trước năm 1954, ITTC 57 chưa xuất hiện Công thức ITTC 57 có dạng:

(log 2)2

075,0

Hình 4 Hệ số sức cản dư C rV tàu kéo cho trường hợp ( )3

1,0

Hình 5 Hệ số sức cản dư CrV tàu kéo cho trường hợp ( )3

1,0

Hình 6 Hệ số sức cản dư C rV tàu kéo cho trường hợp ( )3

1,0