thiết kế môn học thiết kế đội tàu công trình

ThiÕt kÕ ®éi tµu NhiÖm vô thiÕt kÕ : ThiÕt kÕ tµu dÇu : - Träng t¶i : Pn = 2500T - VËn tèc : 13,5 h¶i lý/ giê - TuyÕn ho¹t ®éng : Vòng Taï_ Malaysia

Thiết kế đội tàu công trìnhThuyết minh thiết kế môn học

Thiết kế đội tàu

Mục lục

Đề mục Nhiệm vụ thiết kế _ Tài liệu tham khảo

Phần I : Tuyến đờng _ Tàu mẫu

3 Nghiệm lại kích thớc chủ yếu và các hệ số béo

Phần III : Xây dựng tuyến hình

1 Đặc trng hình dáng

2 Đặc trng di động của tàu

3 Xây dựng đờng cong diện tích sờn

4 Xây dựng đờng nớc thiết kế

5 Xác định tung độ đờng nớc trung bình

6 Xây dung đờng sờn lí thuyết

7 Nghiệm lại lợng chiếm nớc theo trị số tuyến hình

Phần IV : Bố trí chung tàu

1 Giới thiệu bố trí chung toàn tàu

2 Tính chọn thiết bị

Thiết kế đội tàu

Nhiệm vụ thiết kế :

Thiết kế tàu dầu :

- Trọng tải : Pn = 2500T

- Vận tốc : 13,5 hải lý/ giờ

- Tuyến hoạt động : Vũng Taù_ Malaysia

Tài liệu tham khảo :

Thiết kế đội tàu công trình

- Sổ tay kỹ thuật đóng tàu – 44 - ĐH Tập 1 (1)

- Lý thuyết thiết kế tàu thuỷ _ Phạm Tiến Tỉnh (2)

- Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép (3)

- Giáo trình Lý thuyết tàu _Nguyễn Thị Hiệp Đoàn (4)

- Sổ tay thiết bị tàu thuỷ – 44 - ĐH Tập 1 (5)

- Sổ tay thiết bị tàu thuỷ – 44 - ĐH Tập 2 (6)

Phần I : Tuyến đờng _ Tàu mẫu

1) Tuyến đ ờng :

Mỗi con tàu khi đợc thiết kế đều phải thoả mãn các yêu cầu thiết kế đã đa ra,ngoài ra nó còn phải đảm bảo hành hải an toàn và làm việc có hiệu quả trên tuyến đ-ờng quy định Tuyến đờng cho biết đặc điểm khí tợng thuỷ văn, điều kiện sóng gió,

độ sâu luồng lạch … là những yếu tố có ảnh h là những yếu tố có ảnh hởng trực tiếp đến tính hành hải của contàu Vì những lí do trên ngời thiết kế phải lựa chọn phơng án thiết kế phù hợp và tìmhiểu về tuyến đờng, cảng đi và cảng đến của tàu để lựa chọn kích thớc tàu hợp lý và

đạt đợc hiệu quả thiết kế cao

Đề tài thiết kế là tàu dầu, trọng tải 2500 tấn, hoạt động trên tuyến đờng từ cảngVũng Tàu đến Malaysia

a) Cảng Vũng Tàu :

Cảng nằm ở vĩ độ 10024’ bắc & 10703 độ kinh đông Cảng trực thuộc công ty

th-ơng cảng Vũng Tàu

Thiết kế đội tàu công trình Cảng có 1 cầu hàng tổng hợp dài 250 m với độ sâu -7.0 m Luồng vào cảng 14

km, độ sâu – 44 - ĐH 4.5 m cho phép tiếp nhận tàu có trọng tải đến 7500 tấn

Cảng có 12032 m2 kho thờng, 82680 m2 bãi ( trong đó có 10249 m2 là bãicontainer ) Kho ngoại quan 2205 m2, kho lạnh có khả năng chứa 500 tấn hàng

Chế độ thuỷ triều của Cảng là chế độ bán nhật triều, có độ lệch bình quân 3.8 m Trên cảng có đầy đủ phơng tiện xếp dỡ hàng containar, hàng bách hoá, hàng đônglạnh

Trong cảng có hai cầu tàu, mỗi cầu tàu dài 400 m và 5 cầu với tổng chiều dài

8784 m Độ sâu cảng từ -6.0 m đến -9.0 m cho phép tàu 9000 tấn ra vào dễ dàng.Chế độ thuỷ triều của cảng là nhật triều Cảng có đầy đủ trang thiết bị xếp dỡ hàngbao, kiện, hòm, thùng với tải trọng dới 30 tấn Khả năng thông qua của cảng hơn1.5 triệu tấn/năm

*Cảng Kelang:

Nằm tại thủ đô KuaLa_Lumpur đây là cảng đứng đầu Malaysia với khả

năng thông hàng lên tới 10triệu tấn/năm

Cảng nằm tại vị trí 3,00 Bắc và 101,24 0kinh Đông.Về bố trí Cảng Kelang gồm 2phần :Bắc và Nam với tổng số 25 bến cảng nằm xen giữa các hẻm luồng tàu.Khucảng mới tổng hợp Pulau_Lumut cũng đợc xây dung cạnh đó có diện tích 106ha

c) Đặc điểm khí hậu - thuỷ văn của tuyến đ ờng:

Vùng biển Đông Nam á nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, đặc biệt là

m-a rất nhiều, chịu ảnh hởng rất lớn củm-a gió mùm-a và khu vực này nằm trong vùng nhiệt

đới và xích đạo Khí hậu vùng biển này mang đặc điểm tơng tự nh vùng biển ViệtNam, cụ thể:

- Từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau chịu ảnh hởng của gió mùa đông bắc, càng vềNam thì gió giảm dần không ảnh hởng lớn đến sự đi lại của tàu thuyền

Thiết kế đội tàu công trình

- Từ tháng 6 đến tháng 9 gió mùa Đông Nam thổi mạnh ảnh hởng đến tốc độ tàu

Đồng thời vào mùa này lợng ma khá lớn, hơn nữa vùng này nhiều bão nhất là quần

đảo Philippin

Về hải lu: trên tuyến này chịu ảnh hởng của hai dòng hải lu Một dòng từ phía bắc

chảy xuống và một dòng đi từ Vịnh Thái Lan đi từ nam lên bắc sát với bờ biểnMalaixia qua bờ biển Campuchia, tốc độ của dòng chảy nhỏ, không ảnh hởng đếnhoạt động của tàu thuyền

Về thuỷ triều: hầu hết vùng biển Đông Nam á có chế độ nhật triều, có biên độ dao

động tơng đối lớn từ 2 đến 5 mét

Về sơng mù: ở vùng biển này vào sáng sớm và chiều tối có sơng mù Số ngày có

s-ơng mù trong năm lên tới 115 ngày

Tuyến đờng hoạt động của tàu là chạy tuyến Vũng Tàu – 44 - ĐH Malaysia nên ta chọncấp tàu thiết kế là tàu hoạt động cấp không hạn chế theo “quy phạm phân cấp và

đóng tàu biển vỏ thép 2003 của Việt Nam” Ta chọn tầm xa bơi lội của tàu chính làkhoảng cách từ cảng Vũng Tàu đến cảng Penang

Khoảng cách từ cảng Vũng Tàu đến cảng Penang: S = 912 (hải lý)

Ta có tầm xa bơi lội của tàu chính bằng khoảng cách giữa hai cảng

S = 912 (hải lý)

Vận tốc thiết kế của tàu là V = 13,5 (hải lý/giờ)

Vậy ta có thời gian hành trình là:

2.81 24v

Thiết kế đội tàu công trình

1 Xác định kích th ớc chủ yếu

1.1 Xác định sơ bộ lợng chiếm nớc của tàu D (tấn)

Theo yêu cầu thiết kế ta có Pn= 2500 (tấn)

Thiết kế đội tàu công trìnhMặt khác Pn= D.D  Dsb =

D n

P

Theo STTBĐT-T1; hệ số lợi dụng lợng chiếm nớc đối với tàu (2000  3000)T

D= 0,675

Suy ra Dsb = 02500,675 = 3703,704 (Tấn)

1.2 Xác định kích thớc

1.2.1 Chiều dài tàu giữa hai đờng vuông góc (L PP )

Theo công thức tính cho tàu dầu cỡ nhỏ ven biển thì chiều dài giữa hai đờng vuônggóc đợc tính theo công thức:

2 2 6 ,

025 , 1

704 , 3703 2 5 , 13

5 , 13 6 ,

7

78

+1.5 = 12.64 (m)Vậy ta chọn B = 13,5 (m)

5144 , 0 5 , 13

= 0,251

 = K - 1,68Fr = 1,015 - 1,68.0,251 = 0,593

Thiết kế đội tàu công trìnhChọn  = 0.66

2.2 Hệ số béo sờn giữa :

Hệ số béo sờn giữa đợc tính theo công thức

3.Nghiệm lại bộ kích thớc chủ yếu và các hệ số béo

3.1 Lợng chiếm nớc toàn tải(D)

Từ các kích thớc chủ yếu và các hệ số béo ở trên ta có lợng chiếm nớctoàn tải của tàu

100 0 2 , 44 0 2 , 5 0

704 , 3703

704 , 3703 4

, 3799

Thiết kế đội tàu công trìnhSTT Thông số Đơn vị Trị số

3.2 Kiểm tra điều kiện ổn định :

Theo điều kiện ổn định:

* 12

5 , 13 66 , 0

75 , 0 01 , 1

2 2

77 , 0

ZG _ cao độ trọng tâm của tàu , đợc xác định theo công thức:

ZG = KG.*H (m)Với KG = (0,63  0,7) Chọn KG = 0,65  ZG = 0,65.6,4 = 4,16 (m)

h0 _ là lợng hiệu chỉnh của mặt thoáng chất lỏng Chọn h0 = 0,3 (m)

Thay các đại lợng trên vào công thức ta có:

ho = 2,45 + 2,854 - 4,16 - 0,3 = 0,86  h0min = 0,689 (m)

Kết luận: Tàu đảm bảo điều kiện ổn định ban đầu

3.3 Kiểm tra chu kỳ lắc :

Chu kì chòng chành mạn cho phép của tàu theo Qui phạm là : [] = (7  12)s Chu kì chòng chành mạn của tàu đợc xác định theo công thức :

Thiết kế đội tàu công trình

o B

h

B C

5 , 13 74 ,

Mạn khô đóng vai trò chủ yếu trong việc đảm bảo trọng tải, tốc độ, tính ổn định và

dự trử lực nổi, xác định mức độ chống chìm của tàu, bảo vệ tính mạng cho thuyềnviên đi lại trên boong, không cho nớc tràn vào tàu hoặc hắt lên boong

Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép ( phần 11) mạn khô quy địnhmạn khô tối thiểu của tàu dài 78 (m) là Fmin = 814 (mm)

L/3 L/6

ĐVGĐ

Thiết kế đội tàu công trình

1 Chiều cao mạn khô nhỏ nhất của tàu Hmin m 0,814

3 Chiều dài đờng nớc tại chiều chìm 0,85H L0,85H m 80,739

4 Chiều dài hai trụ tại chiều chìm 0,85Hmin Lpp m 78

6 Chiều cao mạn tại giữa chiêù dài tàu H m 4,37

7 Chiều dày dảI tôn mép boong ts mm 14

h(m)

h1(m) (4)/(5)

bS(m)

BS(m) (7)/(8) E

+ S,S1 - Chiều dài thợng tầng và lầu

+ h,h1 - Chiều cao thợng tầng thực tế và tiêu chuẩn

+ bS,Bs - Chiều rộng thợng tầng tàu, tại giữa thợng v

+ E - Chiều dài tính toán của thợng tầng

E =

1

.

h

h S B

b

S S

26

= 0,33

3.4.1 Hiệu chỉnh theo hệ số béo 

Thiết kế đội tàu công trình

3.4.3 Hiệu chỉnh theo chiều cao mạn H

QP

2 75 , 0 8

Với: l_ tổng chiều dài của các thợng tầng kín

Vì chiều cao thợng tầng, lầu và boong nâng thực tế lớn hơn chiều cao tiêu chuẩnmột lợng

* Kết luận : Độ cong dọc tiêu chuẩn lớn hơn độ cong dọc thực tế.

Ta lập bảng so sánh độ cong dọc phần mũi và độ cong dọc phần đuôi :

Thiết kế đội tàu công trìnhSTT Tung độ QF Tung độ thực

tế

Hệsố

Tíchquyphạm

* Kết luận : Độ cong dọc boong phần mũi, đuôi đều nhỏ hơn quy phạm.

Độ cong dọc ở mũi phải hiệu chỉnh để có độ cong dọc thiết thực Bảng tính độcong dọc ở mũi nh sau :

QF F

2 75 , 0 8

36 , 1 500 1

f QF

m

L L

Các giới hạn trên nên ta áp dụng phơng pháp SERI_60 để tính toán lực cản

Quá trình tính toán thể hiện qua bảng sau:

Thiết kế đội tàu công trình

200

600

400

800 1000

E s

P P







 85 , 0

Trong đó:

0,85 _ hệ số kể đến dự trữ công suất cho động cơ

hs = 0,98 _ hiệu suất của hộp số

dt = 0,99 _ hiệu suất của đờng trục

Thiết kế đội tàu công trình

D = 0,58 _ hiêu suất đẩy sơ bộ của chong chóng

036 , 1 1

89 , 124

- Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền và điều kiện xâm thực:

5 3

max

'.

' 375 ,

D

C A

A A

A

o E o

C’ = 0.055 _ là hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chong chóng

m’ = 1,15 _ là hệ số phụ thuộc vào loại tàu

Z= 4 _ số cánh của chong chóng

max = 0,09 chiều dày tơng đối của cánh chong chóng (max = 0,08  0,1)

T = 159298 (N) _ lực đẩy của chong chóng

) (

.

P

K Ao

1 = 1,3 _ hệ số ứng với tàu hàng thông thờng

hB = 0,7D = 3,71_ độ ngập sâu của chong chóng

Vậy để thoả mãn hai điều kiện trên ta chọn  0 , 55

Ao

A E

Thiết kế đội tàu công trình

Việc thiết kế chong chóng đợc thể hiện theo bảng sau:

STT Đại lợng tính Đơn vị Số vòng quay giả thiết

4 8 , 11

4 vA = 0,5144.vS.(1-wT) m/s 5.18 5.18 5.18 5.18 5.18

T n

. opt

T

D n

T K

E S

v T P



 85 , 0

Hiệu suất chong chóng: D = 0,673

5 Nghiệm lại l ơng chiếm n ớc theo TP trong l ợng:

Thiết kế đội tàu công trìnhVới p’03 = 0,35  0,05 _ trọng lợng đơn vị trang thết bị

5.3 Trọng lợng hệ thống điện, thông tin liên lạc và điều khiển tàu

N = 2200 (KW) _ công suất của thiết bị năng lợng

5.5 Trang bị hoa tiêu

Chọn theo tàu mẫu P07 = 10 ( Tấn)

5.8 Trọng lợng phụ tùng dự trữ và trang bị thêm tải sản

Trọng lợng này nhỏ chọn theo tàu mẫu P13 = 5 (Tấn)

5.9 Trọng lợng thuyền viên, lơng thực, thực phẩm, nớc uống:

100

* 18

* 644

t = 46,67 (h)_ thời gian tàu hành trình trên biển

5.11 Trọng lợng hàng hoá tàu chuyên chở:

4 , 3794

D

D D

P

 = 23460,85,055 = 2760,06(m3)Với : àh = 0,85 ( T/m3 ) trọng lợng riêng của hàng (dầu)

Dung tích có ích của khoang hàng :

Whct = pp* Lk* 12* Hpp* (1 - ) = 3603,5 (m3)

Thiết kế đội tàu công trìnhVới : pp = 0,98 - hệ số béo phần két chở hàng.

 = 0,03 : khấu hao tơng đơng cho kết cấu mạn

B = 13,5 (m)

Hpp = H - Hđđ = 6,4 -0,8 = 5,6

Hđđ = 1 (m) - Chiều cao đáy đôi

Lk = 52 (m) – 44 - ĐH Tổng chiều dài các khoang hàng

Whi > Whct Tàu đủ dung tích chở hàng

Chiều dài tàu : L = 78 (m)

Phần III: Xây dựng tuyến hình vỏ bao tàu.

Đờng hình dáng có quan hệ mật thiết đến tốc độ, tính hàng hải, tính ổn định,tính điều khiển, dung tích chở hàng, công nghệ đóng mới và sửa chữa tàu

áp dụng phơng pháp thiết kế mới để xây dựng tuyến hình :

Trình tự các bớc tiến hành nh sau :

-Xây dựng đờng cong diện tích sờn

-Xây dựng đờng nớc thiết kế

-Xây dựng hình dạng mũi, đuôi

-Thiết kế các sờn và nghiệm lại D, Xf, Xc,  , , …

Các bớc tiến hành đợc trình bày cụ thể nh sau :

1 Xây dựng đờng cong diện tích sờn :

Đờng cong diện tích suờn biểu diễn sự phân bố lợng chiếm nớc theo chiềudài tàu Sự phân bố này ảnh hởng trực tiếp đến sức cản và chiều rộng tàu Đờng congdiện tích sờn đợc xây dựng trên phơng pháp cân bằng diện tích

+ Theo chiều dài tàu, ta chia thành 20 khoảng sờn lí thuyết với mỗi khoảng sờn là : l

Thiết kế đội tàu công trìnhTheo đồ thị thống kê STKTĐT-T1 và két hợp với hệ số hình dáng ta có:

Lr = 42Lpp = 32,76(m) _ Lr : chiều dài đoạn thon đuôi

Lm = 18Lpp = 14,04 (m) _ Lm : chiều dài ống

Le = 40Lpp = 31,2 (m) _ Le : chiều dài đoạn thon mũi

Diện tích sờn giữa : W = *B*T = 69,4 ( m2 ) Diện tích sờn mũi và lái là :

Wm = (2m - 1)*W = 26,23 (m 2 )

Wd = (2d - 1)*W = 23,596 (m2) Tiến hành xây dựng đờng cong diện tích sờn nh sau : Chọn số khoảng sờn lý thuyết là 20

2 Xây dựng đờng nớc thiết kế :

Xây dựng theo phơng pháp cân bằng diện tích tại chiều chìm tàu T = 5,3 (m)

Thiết kế đội tàu công trìnhVới e =  - 0,125 1   = 0,71 ; r =  + 0,125 1   = 0,83

Bảng tung độ đờng nớc thiết kế nh sau:

3 Xây dựng các sờn lý thuyết :

Sử dụng phơng pháp cân bằng diện tích ta đi xây dựng 20 sờn lí thuyết với cácthông số ban đầu đã tính ở trên :

Từ phơng pháp trên ta lập đợc bằng giá trị của mỗi sờn lí thuyết nh sau :

tp i

Thiết kế đội tàu công trìnhS

ờn 5 S ờn 6

tp i

tp i

tp i

tp i

tp i

tp i

tp i

tp i

Thiết kế đội tàu công trình

tp i

tp i

tp i

Thiết kế đội tàu công trình

tp i

Thiết kế đội tàu công trình

.1933,52 = 3883,9 (T) D =

D

D

D / / '



= 2,35% < 2,5

Trong đó :  = 1,025 (T/m3) _ Khối lợng riêng nớc biển

L = 3,37m là số khoảng sờn

D = 3794,4 (T) _ Lợng chiếm nớc của tàu

- Nghiệm lại hoành độ tâm nổi:

Thiết kế đội tàu công trình

S

*

'

= 0,8

4.Xây dựng dạng sờn lý thuyết :

Sờn giữa tàu có dạng chữ U nhằm tăng dung tích chở hàng cho tàu

Các sờn còn lại đợc xây dựng trên cơ sở sau khi đã xây dựng xong đờng cong diện tích

đờng sờn và đờng nớc thiết kế

Nửa trớc thân tàu thiết kế dạng sờn chữ U để tăng dung tích cho tàu và đồng thời tăngtính ổn định

Nửa sau thân tàu thiết kế dạng chữ U+V để tăng hiệu suất cho thiết bị đẩy

+ Lựa chọn hình dáng mũi và đuôi tàu :

Ta lựa chọn dạng mũi đuôi nh hình vẽ :

Dạng mũi này kết hợp đợc tính quay trở và tính ổn định hớng đi cho tàu, dạng đuôi cókhả năng mở rộng diện tích làm việc ở phía đuôi của tàu đồng thời bảo vệ chongchóng khi tàu lùi và tạo điều kiện cho chong chóng khi làm việc khi có sóng gió

+ Tàu thiết kế boong thợng tầng mũi để tăng dự trự lực nổi khi tàu bị sóng đánh trànlên boong mũi ,tránh cho tàu bị ngụp trong sóng

* Dạng mũi:

Thiết kế đội tàu công trìnhGóc nghiêng mũi phải đợc lựa chọn phù hợp để tránh hiện tợng Flewing Từnhững yêu cầu đó ta chọn dạng mũi mát, nghiêng góc so với phơng thẳng đứng Hìnhdạng cụ thể nh sau:

* Dạng đuôi tàu

Dạng đuôi tàu đợc lựa chọn trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu sau:

-Dễ thoát nớc

- Dễ công nghệ

- Giảm sức cản của tàu

- Đảm bảo điều kiện làm việc của thiết bị lái và thiết bị đẩy

Hình dạng đuôi đợc lựa chọn phù hợp với yêu cầu trên là đuôi tuần dơng

Để xác định đợc kích thớc của vòm đuôi, trớc hết ta phải xem xét yêu cầu

bố trí thiết bị lái và thiết bị đẩy

- Kích thớc thiết bị đẩy đã đợc lựa chọn ở phần trớc

- Chọn kiểu bánh lái cân bằng đơn giản có số hiệu NASA0015

Ta đi xác định các yếu tố hình học của bánh lái

a/ Diện tích bánh lái xác định theo công thức sau:

p = 1 : Bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt

q = 1 : Đối với tàu hàng

c/ Xác định kích thớc của bánh lái

Việc xác định kích thớc bánh lái phụ thuộc sự bố trí khung giá lái

- Chọn chiều cao bánh lái: hp = 3,5 (m)

- Chiều rộng bánh lái 2 , 25 ( ).

5 , 3

875 , 7

m h

F b

Thiết kế đội tàu công trình

55 , 1 25 ,

2

5 , 3

Từ đó ta lựa chọn tuyến hình vòm đuôi tàu có dạng nh sau:

* Dạng tuyến hình: Tuyến hình có dạng cong lồi

PHầN Iv : bố trí chung toàn tàu

- Thiết kế tổng thể là khâu quan trọng trong quá trình thiết kế tàu, nó ảnh hởng trựctiếp đến yêu cầu sử dụng, tính năng hành hải và tính kinh tế của tàu

- Việc bố trí phải đảm bảo chức năng về ổn định, chống chìm, đồng thời phải đảm bảocác yêu cầu sau:

+ Khả năng chở hàng cao nhất

+ Đảm bảo an toàn và sinh hoạt thuận lợi cho thuyền viên

+ Hệ thống hành lang hợp lý, có lối thoát hiểm khi có nguy hiểm

+ Thiết bị lắp đặt hợp lý, thao tác dễ dàng và an toàn

+ trang bị đầy đủ các dụng cụ cứu sinh, cứu hỏa, tín hiệu hàng hải

+ Với tàu dầu cẫn đặc biệt quan tâm đến công tác phòng tránh cháy nổ, ônhiễm môi trờng

1 Phân khoang