thiết kế tàu thủy

đồ án thiết kế tàu thủy. tàu chở hàng

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

- Thiết kế tàu hàng khô, chạy tuyến Hải Phòng - Sài Gòn, có các thông số cơ bản nhưsau :

Trọng tải DW = 3500 (T)Vận tốc v = 12,5 (hl/h)

- Tàu được thiết kế theo phương pháp tính chuyển từ tàu mẫu

- Tài liệu chính được sử dụng trong quá trình thiết kế là :

+ Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép - TCVN: 6259 - 2010

+ Sổ tay kỹ thuật Đóng tàu thủy T1

+ Sổ tay thiết bị tàu thủy

+ Sổ tay thiết kế tàu thuỷ - Hồ Quang Long

+ Lý thuyết tàu thuỷ - PGS.TS Nguyễn Đức Ân & KS Nguyễn Bân

+ Lý thuyết thiết kế - TS Lê Hồng Bang

+ Đặc trưng kỹ thuật một số tàu biển Việt Nam và đặc điểm khai thác một số cảng biểnthế giới - KS Dương Thị Quý

NỘI DUNG THIẾT KẾ

1 Tìm hiểu tuyến đường - Tàu mẫu

2 Xác định kích thước chủ yếu của tàu

3 Xây dựng tuyến hình tàu

4 Bố trí chung toàn tàu

PHẦN I TUYẾN ĐƯỜNG -TÀU MẪU

1.1.Tìm hiểu tuyến đường tàu hoạt động.

Nhiệm vụ thiết kế tàu chở hang khô trọng tải 3500T - vận tốc v=12,5 hl/h Tuyến hoạt động hạn chế 2

Tuyến đường là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàng hải của tàu, đòi hỏi người thiết kế phải quan tâm khi xây dựng phương án thiết kế Tuyến đường nói lên đặc điểm khó tượng thủy văn, độ sâu của luồng lạch giúp người thiết kế lựa chọn kích thước tàu phù hợp Chính vì vậy ta phải tìm hiểu cảng đi và cảng đến của tàu

1.2 Tuyến đường ( Hải Phòng – Sài Gòn)

a. Cảng đi :

-Cảng Hải Phòng bao gồm: Cảng Chính, Cảng Chùa Vẽ, Cảng Vật Cách

- Điều kiện tự nhiên:

+ Cảng Hải Phòng nằm ở hữu ngạn sông Cửa Cấm ở vĩ độ 20o52’ Bắc và kinh độ106o 41’ Đông

+Chế độ thủy chiều là nhật triều với mức nước triều cao nhất là +4m, thấp nhất +0,48m, đặc biệt cao 4,23m, mực nước chiều thấp nhất là +0.48m, đặc biệt thấp là +0,23m

+Chế độ gió: Cảng chịu hai mùa gió rõ rệt:

- Từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau: gió Bắc – Đông Bắc

- Từ tháng 4 đến tháng 9 gió Nam – Đông Nam

+Cảng Hải Phòng cách phao số 0 khoảng 20 hải lí Từ phao số 0 vào cảng phải qua luồng Nam Triệu, kênh đào Đình Vũ rồi vào sông cửa Cấm Cảng Hải Phòng nằm

ở vùng trung chân sông Hồng Sông Hồng mang nhiều phù sa nên tình trạng luồng lạch vào Cảng không ổn định

+Từ nhiều năm nay luồng vào cảng Hải Phòng thường xuyên phải nạo vét

năm gần đây luồng vào Cảng bị cạn nhiều, sông Cấm chỉ còn -3,9m đến -4,0m nên tàu

ra vào rất hạn chế về trọng tải Nếu tính bình quân Nam Triệu vét đêbs -6,0m, sông Cấm vét đến -5,5 m thì hàng năm phải vét một khối lượng khoảng 3 triệu m3 Thủy diện của cảng hẹp vị trí quay tàu khó khăn, cảng chỉ có một chỗ quay tàu ở ngang cầu

- Từ cầu 1 đến cầu 5 thường xếp dỡ hàng kim khí bách hóa, thiết bị Bến 6-7 xếp dỡ hàng nặng, bến 8,9 xếp dỡ hàng tổng hợp Bến 11 xếp dỡ hàng lạnh

- Toàn bộ kho (trừ kho 2a và kho 9a) của Cảng có tổng diện tích là 46,900m2, các khođược xây dựng theo quy hoạch chung của một cảng hiện đại, có đường sắt trước bến, sau kho thuận lợi cho việc xuất hàng Kho mang tính chất chuyên dụng Ngoài ra còn

có các bãi chứa hàng với tổng diện tích183000m2 (kể cả diện tích đường ô tô) trong

đó có 25000 m2 bãi nằm ở mặt bến 6 Tải trọng trên mặt bến 4 tấn/ năm, dải tiếp phía sau rộng 6 mét là 6 tấn/ m2 tiếp theo đó là 10 tấn/ m2

- Đường sắt trong cảng có khổ rộng 1,0 m, với tổng chiều dài 1560 m bao gồm đườngsắt trước bên, bãi sau kho, ga lập tàu phân loại

b Cảng chùa vẽ

- Theo thiết kế Cảng Chùa Vẽ có 5 bến với tổng chiều dài 810m và sản lượng thông qua hàng năm là 1.600.000 tấn Hiện tại đã xây dựng được bến phụ, bến 1-2 với chiềudài 330 dạng bến cọc tre bê tong cốt thép Trước bến có đường cần trục cổng và hai đường sắt hoạt động

- Bến thuộc dạng thiết kế theo tiêu chuẩn cảng biển cấp 1 mặt bến có trọng tải 4 tấn/

m2 Khu vực bến chưa được xây dựng nhà kho và các công trình làm việc và sinh hoạt khác

- Trên mặt bến được bố trí 2 cần trục KAMYHA có nâng trọng 5 tấn Cảng chùa vẽ chủ yếu xép hàng sắt thép, hàng kiện, gỗ.

c Cảng vật cách

- Bắt đầu xây dựng từ năm 1965, ban đầu là những bến dạng mố cầu, có diện tích mặtbến 8x8m Cảng có 5 mố cầu trên bố trí cần trục ô tô để bốc than và một số loại hàng khác từ xà lan có trọng tải 100 đến 200 tấn

*,Đặc điểm địa hình của cảng Hải Phòng:

- Luồng sông bao gồm sông Cấm, sông Cửu Cấm, Nam Triệu và sông Bạch ĐẰng là tuyến sông thuộc sông Hồng vào khoảng 25o vĩ Bắc và 105o kinh đông, nó bắt đầu từ thượng nguồn đổ ra biển Đông

- Triều cường cực đại (lũ): Lòng sông sâu nhất 9m

- Triều cường trung bình và triều kiệt từ (6-7)m, ven bờ triều cường 3m, triều kiệt1,5m

- Bề rộng trung bình vào khoảng 140m

- Mức phù sa trung bình hàng năm theo thống kê là 145270 m3/ năm mức cực đại là

Cảng sài gòn có chế độ bán nhật triều, biên độ dao động của mực nước triều lớn nhất

là 3,98 (m) lưu tốc dòng chảy là 1 (m/s)

Từ cảng Sài Gòn đi ra biển có 2 đường sông đó là:

-Theo sông Sài Gòn ra vịnh Gành ráy qua sông Lòng Tảo, sông Nhà Bè và sông Sài Gòn Những tàu có mớn nước khoảng 9 (m) và chiều dài khoảng 210 (m) dễ dàng đi theo đường này

Theo sông Soài Rạp tuyến đường này dài khoảng hơn 10 hải lí và tàu có mớn nước

Cảng Sài Gòn chia làm ba khu vực:

- Hai cần cẩu có sức nâng 90T + 60T

-Hai cần cẩu có sức nâng 100T

- Hai cần cẩu di động với trọng tải 90T

- Tám tấn lai sắt và nhiều xe trở hàng và xe nâng sản xuất

- Khu vực này có hệ thống cung cấp nhiên liệu thuận lợi.

- Giao thông trong cảng: đường hai chiều, xe tải đi lại dễ dàng

- Kho bãi: kho chứ được 40.000T không kể kho chứ hàng đông lạnh

• 1.6 Cẩu tàu và kho bãi:

Khu Nhà Rồng có 3 bến với tổng chiều dài 399 (m) Diện tích kho 7225 m2 và 3500

m2 bãi các loại thường nằm sau kho, phổ biến là các bãi xen kẽ ít có bãi liên hoàn.Khu vực Khánh Hội gồm 11 bến từ khi K0 đến K10 với tổng chiều dài 1264 (m).Khu Khánh Hội có 18 kho với tổng diện tích là 45,396 m2 và diện tích bến bãi là15.781 m2

Ngoài hệ thống bến chính còn có hệ thống phao neo tàu gồm có 6 phao ở hữu ngạnsông Sài Gòn và có 26 phao ở tả ngạn sông Sài Gòn Cách 10 hải lí về phía hạ lưucảng Sài Gòn có 12 phao neo để dành cho tàu dễ cháy nổ

• 1.2 Bảng thống kê tàu mẫu

Tàu mẫu là tàu được đóng và đưa vào khai thác mà có những tính năng tốt, cùngloại tàu và công dụng với tàu thiết kế Có tải trọng hoặc sức trở hàng, tốc độ hoặccông suất máy và vùng khai thác tương đương với tàu thiết kế

Bảng thống kê.

STT Các thông số của tàu Đơn vị Tàu mẫu 1 Tàu mẫu 2 Tàu mẫu 3

1 Tên tàu (theo đăng kí IMO) Trường An

29

Nghĩa Hải02

Tuấn Hưng16

3 Nguồn gốc tàu mẫu

hàng tổnghợp

Tàu chởhàng tổnghợp

Tàu chởhàng tổnghợp

14 Hệ số lợi dụng LCN theo tải

+ ηD – hệ số lợi dụng LCN theo trọng tải

+ DW – trọng tải của tàu

ηD = 0,66

2.1.2 Xác định sơ bộ kích thước của tàu

 Xác định chiều dài tàu

-Chiều dài tàu có thể được xác định qua chiều dài tương đối của tàu qua công thức sau:

+ L chiều dài sơ bộ tàu

+Δmsb = 5000 (T) : Lượng chiếm nước sơ bộ

+ ρ

=1,025 (T/m3) : Khối lượng riêng của nước biển

+ l : chiều dài tương đối của tàu

Theo L.M.Nogid chiều dài tương đối của tàu được xác định theo công thức sau

3 / 1

S

n v C

l =

= 2,16 12,51/3 = 5,01 (m)

n

C

= 2,16 đối với tàu có tốc độ vS < 16 knot

vS = 12,5 knot : Vận tốc của tàu

 Các hệ số béo

- Xác định số Frude:

v Fr

L= 87,4 (m) – chiều dài tàu

trong đó: ở bước tính sơ bộ chọn k = 1,007

ρ = 1,025 (t/m3) - khối lượng riêng của nước

Δsb = 1,007.1,205.0,66.87,4.B.T = 5303

 BT = ∆m/ kρCBL (m2)

Chọn tỷ số B/T , D/T theo tàu mẫu hoặc theo số liêu thống kê sau:

Theo thống kê cho tàu hàng khô: bT =B/T = 2,3÷2,5

2.2 Nghiệm lại lượng chiếm nước của tàu lần 1 ( theo phương trình sức nổi)

- Lượng chiếm nước của tàu : ∆m = k.ρ.CB.L.B.T

Vậy kích thước sơ bộ thỏa mãn

2.3 Nghiệm lại khối lượng tàu theo các kích thước chủ yếu

+ k1 = 0,0313

+ k2 = 1,675

+ k3 = 0,85

+ k4 = 0,28

m02 = mtb =

1620

pp pp

 Lựa chọn máy theo công suất động cơ N

• Công suất của động cơ được xác định theo công thức sau

S

B

Ne N

η

2464,53 (CV) = 1811,43 (kW)

- Suất tiêu hao nhiên liệu :

- Khối lượng động cơ :Q = 30 tấn

- Kích thước bao ngoải : CxDxH= 5070 x 1500 x 3747 mm

2.3.4 Dự trữ lượng chiếm nước

m11 = m’11 ∆m = 0,02 5301 = 106,02 (tấn)

Trong đó

+ m’11 = (0,01 ÷0,02) – Khối lượng đơn vị dự trữ LCN (t/t)

2.3.5 Khối lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước uống :

m14 = m1401 + m1402 + m1403 = 3 + 0,3 + 9 = 12,3 tấn

• m1401 – Khối lượng thuyền viên và hành lý

m1401 = nTV.a = 20.150 = 3000 (kg) = 3 tấn

Trong đó

+ nTV – Số thuyền viên (lựa chọn theo tàu mẫu) nTV = 20 người

+ a – Khối lượng thuyền viên và hành lý ( a = 130-150 kg/người)

• m1402 - khối lượnglương thực, thực phẩm:

m1402 = nTV.b.t= 20 5 3 = 300 (kg) = 0,3 tấn

Trong đó

b =(3÷5) kg/người/ngày;

+ t = 3 ngày - thời gian hành trình của tàu

• m1403 - khối lượng nước uống và nước sinh hoạt:

m1403 = nTV.c.t = 20.150.3 = 9000 (l) = 9 tấn

Trong đó:

+ c- dự trữ nước ngọt cho một người trong một ngày đêm,

c= (100 ÷ 150) lít/người/ ngày

+ t - thời gian hành trình của tàu

Tuyến Hải Phòng – Sài Gòn dài 795 hải lí

+ m1601 = kM.t.m’nl.Ne = 1,3.72.0,14.1478,72= 19,38 (tấn) , khối lượng chất đốt

kM - hệ số dự trữ hàng hải để ý đến thời gian đỗ bến hành trình, gặp bão, dòng chảy và rong rêu hà rỉ: kM = 1,13 ÷ 1,3

 Chọn kM = 1, 3

t =72 (giờ)- thời gian hành trình; (giờ);

Ne = (cv)- công suất tổ hợp TBNL;

m’nl - suất tiêu hao nhiên liệu.với động cơ Diesel m’nl =(0,11÷0,14) kg/kW.h

2.3.9 Khối lượng trang thiết bị thuyền viên

Thành phần khối lượng m13 rất đa dạng chủng loại phụ thuộc vào yêu cầu của bên đặt hàng

Khi tính toán thiết kế ta có thể bỏ qua vì thành phần trên không ảnh hưởng nhiều đến LCN của tàu

Bảng tổng hợp các khối lượng thành phần

S

TT Khối lượng thành phần Kí hiệu Đơn vị Giá trị

9 Khối lượng nhiên liệu dự trữ m16 tấn 21,71

So sánh:

.100%= 2,9% < 3% thỏa mãn

Vậy các thành phần khối lượng trên đã thỏa mãn

2.4 Kiểm tra dung tích, ổn định, chòng chành

- CBP – hệ số béo thể tích của vùng khoang hàng, trong giai đoạn thiết kế ban đầu có thể

xác định theo công thức sau:

CBP = CB+0,15 = 0,674 + 0,15 = 0,824

- B = 14,2 (m) : Chiều rộng tàu

- D = 7,68(m) : Chiều cao mạn tàu

-Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép

+ Đối với tàu hàng khô hđđ = max( B/20 ; 760mm ) = 760 mm

=> Chọn hđđ = 1 m

- Lkh : Chiều dài khoang hàng

Chiều dài vùng khoang hàng được xác định theo công thức:

Lkh = L- Lm-La-Lf = 87,4 – 13,2 - 5,4 – 5,2 = 63,6 (m)

+lm = Tổng chiều dài khoang máy (xác định theo số liệu tàu mẫu), trong trường hợpkhông có số liệu của tàu mẫu, chiều dài của khoang máy được lấy theo công thức kinhnghiệm

lm = (0,12 0,15 ).L = 0,15 87,4 = 13,2 (m)

(khoảng sườn khoang máy 600 mm)

+ Lf : Chiều dài khoang mũi

max(5%L+3;8%L) ≥ Lmũi≥ min (5%L;10m) ⇔

7,4 (m) ≥ Lf ≥ 4,3 (m)

 Chọn Lf = 5,2 (m)

(Khoảng sườn khoang đuôi Sf= 600 mm.)

+ La: Chiều dài khoang đuôi

Trong đó: C = 0,81 đối với tàu hàng đủ tải

Theo thống kê các tàu hàng chu kỳ dao động ngang cho phép là (7 ÷ 12)s

Vậy 7 ≤ Tθ = 8,1 (s) ≤ 12 (s) thì chu kỳ lắc ngang của tàu được đảm bảo

Kết luận: Tàu thiết kế có các thông số:

C C

= 0,69

L/D = 11,38

PHẦN III XÂY DỰNG TUYẾN HÌNH

Tàu thiết kế có các thông số kích thước như sau:

3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế

- Phương pháp xây dựng tuyến hình bằng phương pháp thiết kế mới

65,0

2sin π C B

Với tàu có CB = 0,674 >0,65Với hệ số điều chỉnh ± 0,5 để điều chỉnh theo tàu mẫu, ta sử dụng phương phápxây dựng mới tuyến hình nên hệ số điều chỉnh lấy bằng 0

65,0674,0.2

14,3sin

- Nửa góc vào nước đường cong diện tích đường sườn:

WL0

1424

WL1535

702 WL3070

1036 WL6140 2245 2540

2286 2104 WL1535

1613 WL3070

- Thông số ảnh hưởng lớn đến đường cong diện tích đường sườn:

+ Diện tích sườn lớn nhất của tàu được tính theo công thức:

AA ' (2 = C pr − 1).ωm = 14,18(m )



2 ax

' (2 pe 1). m 14,52( )

- Từ các tính toán ở trên ta xây dựng được gần đúng đường cong diện tích

Bảng kiểm tra lượng chiếm nước và hoành độ tâm nổi XB.

−

X’b = ∆L i i

i i

K

i K

ΩΣ

Ω

=4,37

193,122397,89

= 0,352 (m)

∆Xb= X c

Xc c X

'

/ '

=

/0,352 0, 016 /0,352

−

=0,95%

Vậy đường cong đường sườn vừa xây dựng là hợp lý

• Xây dựng đường cong đường nước thiết kế

- Tàu thiết kế có chiều dài đường nước thiết kế là: LTK = 90 (m)

- Chiều dài đường vuông góc là: LPP = 87,4 (m)

- Vậy ta có mặt phẳng sườn giữa nằm cách LPP/2 từ đường vuông góc mũi

• Xây dựng sườn theo phương pháp I.A Iacovlev

Tung độ đường nước trung bình

yiKWL

§NTK

DCS yitb

DNTK

DCS r

T

itb

2

).

1 ( −β

= 2,47 m

- Các bước xây dựng được tiến hành theo hình vẽ sau:

27

- Sau khi xây dựng tuyến hình ta cần kiểm tra lại lượng chiếm nước, nếu lượng chiếmnước không thỏa mãn sai số nhỏ hơn 1,5% thì ta phải tiến hành điều chỉnh lại tuyếnhình để đảm bảo lượng chiếm nước:

- Lập bảng tính diện tích từng sườn tới mép boong:

Tổng 2428

= Ω

5475,87(tấn)Trong đó: DL = 4,37 (m)_khoảng sườn lý thuyết của tàu

Wi_diện tích sườn thứ i tính tới chiều chìm thiết kế

5301 87

,

5475 − ×

=

% =3,3%

Vậy tuyến hình có lượng chiếm nước thoả mãn

PHẦN 4 BỐ TRÍ CHUNG TOÀN TÀU

Với các thông số cơ bản như trên thì tàu được phân khoang sơ bộ như sau:

• Phân khoang theo chiều dài tàu:

* Phân khoang theo [3] và [5]

Khoảng cách sườn thực khoang hàng của tàu thiết kế có hệ thống kết cấu ngang đượcxác định theo [3] như sau:

s = 2L + 450 (mm) = 624,8 (mm) Mặt khác khoảng sườn vùng mũi, đuôi của tàu không vượt quá 610 (mm)

Do vậy để thuận lợi cho quá trình tính toán và công nghệ chọn khoảng sườn là đềunhau trên toàn bộ chiều dài tàu là:

s = 600 (mm)Theo bảng 2B/11.1 [3] với L = 87.4 (m) ta chọn số vách ngang kín nước là 5

- Chiều cao đáy đôi:

Hdd = B/16 = 0,8875 (m) [3]

⇒ Chọn Hdd = 1,0 (m)

- Chiều dài khoang mũi, đuôi: 0,05L < Lm,đ < 0,08L

- Chiều dài khoang máy: Lm = (10 ÷ 15)%L

- Chiều dài khoang hàng không lớn hơn 30 m

Do vậy ta phân khoang cho thân tàu như sau:

TT Tên khoang Khoảng sườn

4.1.1 Phân khoang theo chiều cao

- chiều cao đáy đôi: hdd = 1m

4.2 Bố trí chung

4.2.1 Biên chế thuyền viên

Thuyền trưởng: 1 người

Đại phó: 1 người

Máy trưởng: 1 người.

4.3 Bố trí thượng tầng, lầu, phòng ở và các phòng chức năng.

Theo chiều cao bố trí thượng tầng , boong sĩ quan, boong cứu sinh, lầu lái

4.3.1 Thượng tầng:

Bố trí buồng ở cho thuyền viên : thuỷ thủ boong và thợ máy, phục vụ viên, bếptrưởng, bố trí nhà bếp, nhà ăn cho thuyền viên và nhà ăn cho sĩ quan, câu lạc bộ., phònggiặt đồ, phòng tắm, nhà vệ sinh, phòng sấy khô và các kho đồ

Phòng ở của thuyền viên được bố trí là phòng đôi diện tích 8 m2 gồm các trangthiết bị :

Mắc áo 1 chiếc

Cửa ánh sáng 1 chiếcNhà tắm, nhà vệ sinh được thiết kế riêng biệt Các thiết bị gồm: labo, bồn tắm,chậu rửa, vòi sen, vòi nước

Buồng giặt đồ: bố trí máy giặt, chậu giặt

Buồng sấy : máy sấy, dây phơi, mắc treo quần áo

Buồng ở cho phục vụ viên và cấp dưỡng giống như của buồng ở thuyền viên.Nhà ăn thuyền viên được bố trí

Bàn, bếp ga, bếp điện, giá để đồ, lò sưởi, đèn

Kho thực phẩm bố trí các tủ đông lạnh để bảo quản thức ăn và được bố trí sát nhàbếp Câu lạc bộ bố trí các trang thiết bị phục vụ giải trí

4.3.3 Boong cứu sinh:

Boong cứu sinh bố trí buồng ở cho thuyền trưởng, máy trưởng, đại phó, buồng dànhcho khách, và nhà vệ sinh chung

Buồng thuyền trưởng, máy trưởng là buồng đơn có nhà tắm và nhà vệ sinh riêng diện