(Tiểu luận) đồ án chuyên ngành đề tài thiết kế tàu container 175m tuyến đường hải phòng kobe

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Đề tài: THIẾT KẾ TÀU CONTAINER 175M TUYẾN ĐƯỜNG HẢI PHÒNG - KOBE Sinh viên thực hiện: LÊ QUANG ANH Lớp CKĐL K64 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Ngô Văn Hệ PGS TS Ngô Văn Hiền Hà Nội, April 27, 2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Đề tài: THIẾT KẾ TÀU CONTAINER 175M TUYẾN ĐƯỜNG HẢI PHÒNG - KOBE Sinh viên thực hiện: LÊ QUANG ANH Lớp CKĐL K64 Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Ngô Văn Hệ PGS TS Ngô Văn Hiền Hà Nội, April 27, 2023 LỜI NÓI ĐẦU Theo VLA (Hiệp hội Doanh nghiệp Dịch vụ Logistics Việt Nam), việc vận chuyển hàng hóa xuất nhập đường biển có nhiều khó khăn, đặc biệt tình trạng ùn tắc cảng, đứt gãy chuỗi cung ứng gây nên thiếu tàu vỏ containers làm cho giá cước vận tải container tăng vọt ảnh hưởng nặng nề tới xuất nhập khả cạnh tranh hàng hóa xuất nhập Gần toàn lực vận chuyển kèm theo tiền cước vận chuyển hàng hóa container tuyến liên lục địa nằm tay chủ tàu nước ngoài, Nhà nước nguồn ngoại tệ lớn hàng năm Do đó, việc có đội tàu container không đơn hạn chế chèn ép hãng tàu ngoại giá cước phụ phí mà lâu dài cơng cụ để bảo đảm an ninh kinh tế đất nước, thực có hiệu hiệp định FTA (Hiệp định thương mại tự do) có hiệu lực Việt Nam với vị trí địa trị quan trọng, nằm tuyến vận tải hàng hải trọng yếu Đông - Tây bán cầu Khoảng 90% khối lượng hàng hóa xuất nhập Việt Nam chuyên chở đường biển Tốc độ hàng hóa thơng qua cảng biển nước ta tăng bình quân 10%-15% năm Cụ thể, năm 2021, đại dịch Covid-19 tác động lớn đến kinh tế, lượng hàng container thông qua cảng biển đạt 24 triệu TEU, tăng 7% so với năm 2020 Tuy nhiên, đội tàu biển Việt Nam đảm nhiệm vận tải khoảng 7% thị phần chủ yếu hoạt động tuyến nội địa tuyến ngắn khu vực nội Á, lại nằm tay hãng tàu nước ngồi Tính đến 253-2022 đội tàu container giới có 6.346 tàu với tổng sức chở 25,5 triệu TEU, tổng trọng tải 305.902.000 DWT Trong đó, đội tàu container Việt Nam đến ngày 31-3-2022 có 10 Cơng ty vận tải container, sở hữu 48 tàu container với tổng sức chở 39.519 TEU, tổng trọng tải 548.236 DWT Đặc biệt, số có tới 13 tàu 25 tuổi, tàu 20 tuổi, 15 tàu có trọng tải từ 300 TEU đến 600 TEU Số tàu chạy nước, cịn lại 17 tàu có trọng tải từ 600 TEU trở lên có 14 tàu có trọng tải từ 1.000 đến 1.800 TEU chạy tuyến khu vực Nội Á VLA cho rằng, để phát triển đội tàu container, phải đầu tư đồng ba yếu tố hình thành nên loại hình vận tải này, bao gồm: tàu chuyên dụng chở container; vỏ container mạng lưới phục vụ khách hàng, đội tàu tất cảng mà tàu đến Đồng thời, nên chia làm giai đoạn phát triển Giai đoạn I kéo dài khoảng đến năm: Chỉ tập trung đầu tư loại tàu phù hợp để hoạt động tuyến Nội Á (Intra-Asia), cụ thể tới Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc đến Ấn Độ Trung Đơng Đây khu vực có khối lượng hàng hóa XNK (hàng khô) chiếm 60% tổng lượng hàng khô XNK nước Đồng thời với việc mua tàu, vỏ container mở tuyến container khu vực, cần tìm đối tác hãng tàu lớn để hợp tác với họ việc đổi chỗ, đổi vỏ container chí sử dụng phần mềm điều hành, quản lý hệ thống phục vụ họ cảng Đây cách làm mà hãng tàu khu vực thực thành cơng thập kỷ vừa qua, điển hình hãng tàu WAN HAI Đài Loan (Trung Quốc) ZIM LINES Israel Giai đoạn II: kéo dài khoảng năm tiếp theo, sau hoạt động thành công khu vực Nội Á với đối tác, tiếp tục đầu tư loại tàu container lớn từ Panamax, Post Panamax để tham gia vận chuyển tuyến liên lục địa giới tuyến Châu Á – Mỹ, tuyến Châu Á – Châu Âu, tuyến Đông – Tây RTW (Round The World) Cùng với việc đề xuất định hướng phát triển, VLA đề xuất giải pháp, sách ưu đãi để phát triển đội tàu Nhằm tận dụng điều kiện thuận lợi đó, đồ án thiết kế em lựa chọn tàu container làm đối tượng thiết kế, đề tài thiết kế là: “Thiết kế tàu CONTAINER 175m hoạt động tuyến Hải Phịng – KOBE” Đối với cơng tác thiết kế, sử dụng phương pháp thiết kế theo tàu mẫu tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế phương pháp đồng dạng hình học biến phân tuyến hình từ tàu mẫu Vì kinh nghiệm hiểu biết hạn chế em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy bạn bè để em hồn thiện hiểu sâu vấn đề tồn đồ án LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hồn thành đồ án thiết kế này, tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến cá nhân tổ chức giúp đỡ hỗ trợ Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn tôi, PGS TS Ngô Văn Hệ, dành thời gian kiến thức để hướng dẫn tơi q trình nghiên cứu hồn thiện đồ án PGS TS Ngơ Văn Hệ cung cấp cho ý kiến quan trọng đóng góp xây dựng, giúp tơi hồn thành đồ án cách thành công Tôi muốn cảm ơn PGS TS Ngô Văn Hiền, cung cấp cho kiến thức kỹ cần thiết để hoàn thành đồ án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến thầy/cơ nhóm chun mơn Kỹ thuật Thủy khí Tàu thủy cá nhân cung cấp cho tài liệu, tài nguyên thơng tin quan trọng để hồn thành đồ án Các đóng góp họ giúp tơi nâng cao hiểu biết giải vấn đề khó khăn đồ án Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn tất người giúp đỡ hỗ trợ tơi q trình hồn thành đồ án thiết kế Hà Nội,April 27, 2023 Sinh viên thực Lê Quang Anh TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án bao gồm bảy phần Trong chương lựa chọn tuyến đường hoạt động, tìm hiểu phân tích đặc điểm, thực trạng tuyến đường khai thác cho tàu thiết kế Nhằm mục đích làm rõ hạn chế hay ưu tuyến đường với loại tàu cần thiết kế Tìm hiểu lựa chọn tàu mẫu Chương tính tốn kết hợp với tàu mẫu để đưa bảng thơng số tàu Chương trình bày sở lý thuyết thiết kế tuyến hình tàu Thiết kế tuyến hình cho tàu từ thơng số có, đưa vẽ tuyến hình tàu (A0) Chương trình bày sở lý thuyết quy định thiết kế bố trí chung cho tàu Tính tốn thực thiết kế bố trí chung cho tàu Đưa vẽ bố trí chung tồn tàu (A0) Chương trình bày sở tính tốn lập bảng tính tương ứng, đưa vẽ Boonjean, đường cong thủy lực (A1) Chương trình bày sở lý thuyết tính tốn, quy định, quy phạm liên quan đến tính toán cân ổn định cho tàu (mới nhất) Thực tính tốn cân bằng, ổn định tàu theo quy phạm Vẽ đồ thị ổn định cho tàu Cuối cùng, kết luận cung cấp chương 7, tài liệu tham khảo, phụ lục bao gồm kế hoạch vẽ cung cấp cuối đồ án MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iii CHƯƠNG TUYẾN ĐƯỜNG VÀ TÀU MẪU 1.1 Tuyến đường 1.1.1 Cảng Container Quốc tế Tân Cảng Hải Phòng (TC-HICT) 1.1.2 KOBE 1.1.3 Thời gian hành trình tàu hai cảng 1.2 Thông số tàu cần thiết kế CHƯƠNG CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 2.1 2.2 2.3 CÁCKÍCHTHƯỚCCHỦYẾU 2.1.1 Sơ lượng chiếm nước 2.1.2 Phương án xếp theo số container Xác định kích thước 2.2.1 Xác định hệ số béo thể tích 2.2.2 Tính lực cản tàu 2.2.3 Tính hệ số thân tàu 2.2.4 Kiểm tra sơ Xác định sơ trọng lượng tàu không 11 2.3.1 Khối lượng thân tàu m01 11 2.3.2 Khối lượng thiết bị m02 11 2.3.3 Khối lượng hệ thống m03 11 2.3.4 Khối lượng buồng máy m04 : 11 2.3.5 Khối lượng hệ thống điện thông tin liên lạc m05 11 2.3.6 Dự trữ lượng chiếm nước m11 12 2.3.7 Khối lượng thuyền viên,lương thực, nước uống m14 12 2.3.8 Khối lượng dự trữ nhiên liệu,dầu mỡ bôi trơn m16 12 2.3.9 Khối lượng hàng chuyên chở m17 12 2.3.10 Nghiệm lại theo phương trình khối lượng 12 KẾT LUẬN 13 PHỤ LỤC 15 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VLA FTA Vietnam Logistics Business Association TEU Twenty-foot equivalent unit DWT Deadweight tonnage Free trade agreement DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cảng HICT ii liền kề); bến sà lan: D150m R30m, độ sâu trước bến: -5m; bãi container 41ha (Cont hàng 22 làn/ cont lạnh / Container rỗng tổng số: 28 làn); cẩu bờ cẩu (tầm với: 65m, chiều cao khung chụp: 46m, sức nâng khung chụp: 65t); cẩu bãi 24 cẩu ERTG (Cẩu điện bánh lốp); thiết bị xếp dỡ 30 xe đầu kéo / Xe nâng hàng / Xe nâng rỗng chiếc; cẩu cố định cẩu bên phía bến sà lan ;cửa vào cho xe đầu kéo 14 cửa + cửa có cân kiểm tra trọng lượng xe; cơng trình khác văn phịng/khu vực sửa chữa/trạm xăng Hình 1.1 Sơ đồ cảng HICT 1.1.2 KOBE Là cảng lớn quan trọng Nhật Bản, cách tokyo 1000 km o ′ o ′ Cảng nằm vĩ độ 34 40 Bắc 135 12 kinh Đơng Kobe cảng tự nhiên, có vị trí thuận lợi phía bắc vịnh Osaka che kín hệ thống phức tạp đê chắn sóng (có đê chắn sóng) Kobe cửa ngõ quan trọng Nhật Bản quan hệ buôn bán với Trung Quốc, Triều Tiên Cảng Kobe có 12 bến thuộc quản lý Chính quyền thành phố bến tư nhân thuộc tập địan cơng nghiệp Tổng chiều dài bến 22,4 km với 135 chỗ neo tàu Vùng trung tâm cảng có khu bến Shinko gồm 12 bến với tổng chiều dài 6655 m cho phép đậu lúc 35 tàu viễn dương Đây trung tâm phục vụ hành khách nước chuyển tải khách từ Mỹ qua Australia khoảng 11.500 người/năm, cịn hàng hóa Vị trí sơ đồ cảng: http://hict.net.vn/dich-vu/Pages/vi-tri-va-so-do-cang.aspx qua khu chủ yếu hàng bách hóa Khu Hyogo có bến với tổng chiều dài 1089 m , độ sâu từ – 7,2 ÷ 9,0 m, lúc tiếp nhận 17 tàu viễn dương Khu Maya có cầu tàu với 21 chỗ neo đậu, độ sâu trước bến từ 10m đến 12 m, khu chủ yếu phục vụ tàu Liner Bắc Mỹ Khu bến Higachi có bến sâu (5,5 ÷ 7,0 m) tiếp nhận tàu Ro-Ro có tổng diện tích 7,8 Khu Đảo cảng có bến container với tổng chiều dài 2650 m 15 bến cho tàu bách hóa thơng thường với chiều dài 3.000 m, độ sâu từ 10 đến 12 m Khu đảo nhân tạo Rokko với diện tích 583 ha, khu bến Rokko có độ sâu 12 m , tiếp nhận lúc 29 tàu viễn dương kể tàu container tàu Ro – Ro Cảng Kobe cảng tổng hợp lớn giới với khối lượng hàng hóa thơng qua cảng năm gần khỏang 150.000.000 tấn/ năm Cảng xuất chủ yếu hàng công nghiệp, nhập nguyên vật liệu công nghiệp dầu hỏa, than cốc, quặng sắt, phân công nghiệp 1.1.3 Thời gian hành trình tàu hai cảng Khoảng cách từ Hải Phịng đến cảng Kobe 2462 hải lí Theo thiết kế, tàu chạy với vận tốc trung bình 20,86 hải lý/giờ Ta tính sơ thời gian hành trình theo cơng thức: 2462 S t= v = 20, 86 = 118(h) ≈ 5(ngày) 1.2 Thông số tàu cần thiết kế Căn vào đặc điểm tàu mẫu (the 108 Research Conunittee of the Shipbuilding Research Association of Japan (SR 108)) tàu có chức năng, cấp, có thơng số kỹ thuật tương đối sát với tàu thiết kế ta có bảng thống kê sau: Bảng 1.1 Thông số tàu mẫu SR 108 container ship Thơng số/Tên Kí hiệu L Chiều dài Chiều rộng SR 108 container ship B 175.00 25.40 Mớ nước thiết kế T 8.5 Hệ số béo thể tích CB 0.559 Hệ só béo đường nước CW 0.686 Hệ số béo đường sườn CM 0.966 Hệ số béo lăng trụ dọc CP 0.58 Hệ số béo lăng trụ đứng CV 0.815 pp Tiểu kết chương Kết thúc chương 1, sau tìm hiểu đánh giá đặc điểm thực trạng tuyến đường lựa chọn cho tàu thiết kế, tác giả tiếp tục thực việc xếp container lên kích thước tàu mẫu tính tốn thơng số liên quan chương Những kết sở để tác giả đưa giải pháp đề xuất thiết kế tàu hiệu CHƯƠNG CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU Từ kích thước chiều dài (L), chiều rộng (B) chiều cao (T) tàu, tác giả lựa chọn thực việc xếp container lên tàu, sau tính tốn thông số chủ yếu tải trọng, sức chứa kích thước sơ tàu Những kết cung cấp cho tác giả thông tin quan trọng cần thiết để đề xuất thiết kế tàu vận chuyển hàng hóa tối ưu cho tuyến đường chọn 2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 2.1.1 Sơ lượng chiếm nước Hệ số lợi dụng lượng chiếm nước (hay gọi hệ số trọng tải) số quan trọng việc xác định lượng chiếm nước tồn tải tàu Chính vậy, hệ số có quan hệ mật thiết đến loại tàu, hình thức kết cấu, tốc độ tàu phạm vi biến động hệ số lớn Thông thường, hệ số xác định từ số liệu thống kê tàu mẫu Do lượng chiếm nước sơ tàu tính cơng thức Dsb = Ph η h Trong đó: Trọng lượng hàng hóa: Ph = nc.PC = 717*16,244 = 11646,948 (T) + nc số TEU (twenty-foot equivalent unit) tương đương container 20 feet + Pc trọng container chọn (bao gồm trọng lượng vỏ hàng) Trọng tải tối đa 27,75T Chọn Pc = 16,25T - Hệ số lợi dụng LCN theo tải trọng : ηh = 0,55 (bảng 1.8 [2]) Vậy lượng chiếm sơ tàu: Dsb = 11646,948 = 21176(T ) 0,55 Ta chọn: Số container xếp khoang hàng: 315 TEU (35%) Số container xếp mặt boong: 585 TEU (65%) 2.1.2 Phương án xếp theo số container Việc xác định kích thước sơ tàu dựa việc lên phương án xếp container khoang hàng Từ sơ đồ bố trí ta xác định thơng kích thước sơ chiều dài, chiều rộng chiều cao tàu Các kích thước khe hở chọn: - Khe hở container theo chiều dài tàu: 76(mm) việc chọn trọng tải tối đa container để tính tốn dẫn đến hạn chế thiết kế tàu, làm tăng chi phí giảm sức chứa tàu Việc chọn trọng tải nhỏ giá trị tối đa giúp tàu thiết kế linh hoạt hơn, tăng sức chứa giảm chi phí sản xuất, cần đảm bảo an tồn cho tàu hàng hóa tàu - Khe hở nhóm container theo chiều dài tàu :1516(mm) Khe hở container với vách ngang: 350(mm) Khe hở container theo chiều rộng: 62(mm) Khe hở container với mạn kép:81(mm) Khe hở hai container theo chiều cao: 12(mm) 2.1.2.1 Xác định sơ chiều dài khoang hàng Chiều dài trụ vng góc: Lpp = (0, 94 ÷0, 98)%L Trong đó: Lpp chiều dài hai trụ: Lpp = 175.00m L chiều dài toàn tàu tàu: L = 178.57 ÷186.17m Chọn L = 180 m Chiều dài sơ tồn tàu tính theo cơng thức T54 [4]: L = LH + L f + Ld + Lm Trong đó: - Chiều dài khoang đi: Ld = (5 ÷7)%L ⇒ Ld = (8.93 ÷13.03)m Chọn Ld = m - Chiều dài khoang máy: Lm = (12 ÷18)%L ⇒ Lm = (21.43 ÷33.51)m Chọn Lm = 20 m Chia tàu thành 10 khoang hàng, khoang hàng gồm nhóm hay hàng: LH = 20 ∗6058 + 76 ∗10 + 350 ∗10 + 1516 ∗5 + 2100 ∗4 = 141400mm - Chiều dài khoang mũi: L f = L −LH −Lm −Ld = 9, 6m 2.1.2.2 Xác định sơ chiều rộng khoang hàng Chiều rộng tàu xác định theo công thức T55[4]: B = BH + 2.Bmk Khoảng cách container xếp khoang hàng theo chiều rộng sau: Khoảng cách container: 71 mm Khoảng cách container với mạn tàu: 145 mm Các container xếp thành hàng: BKH = ∗2438 + 71 ∗7 + 145 ∗2 = 20291(mm) Như chiều rộng mạn kép : Bmk = (25400 −20291)/2 = 2554mm = 2, 5m 2.1.2.3 Xác định chiều cao tàu Chiều cao mép boong tính theo cơng thức T55[4]: H = n.hC + Hdd Trong đó: Số TEU xếp khoang theo chiều cao: n = Chiều cao TEU : hC = 2591mm - Chiều cao đáy đôi, Hdd ≥ B/16 = 1,59 (m) Chọn giả định: Hdd = 2522mm Suy ra: H = 2590*5 + 6*12 + 2522 = 15400 mm Chọn H = 15,4 m 2.2 Xác định kích thước 2.2.1 Xác định hệ số béo thể tích Hệ số Fround: v Fr = √ gL (2.7) Ta có: - Chọn v = 20,86 hl/h = 10,73 m/s (1 hl/h = 0,5144 m/s) - L = Lpp = 175 (m) Như Fr = 0,259 Hệ số béo tính theo cơng thức δ = 0,16 ±0,015 = (0,559 0,83) Fr ÷ (2.8) Chọn δ = 0.559 2.2.2 Tính lực cản tàu Tính toán so sánh lực cản tàu phương án, kiểm nghiệm sơ tính theo phương pháp Papmiel T455[4]: N0 V = x √ Lλ vs ψ Cp Trong đó: V = k.γ.δ L.B.T = 21756,67: thể tích chiếm nước tàu k = 1.005: hệ số kể đến phần nhô γ - = 1.025: trọng lượng riêng nước biển L = Lpp = 175m: chiều dài đường nước thiết kế vs = 20,86 hl/h : vận tốc tàu (tính theo hl/h) x = 1: hệ số phụ thuộc vào số trục chân vịt, số trục λ : hệ số tính theo cơng thức Nếu L > 100m λ = - ψ: hế số thon tàu tính theo công thức B ψ = 10 L.δ = 0,81 B: chiều rộng tàu : hệ số béo thể tích δ - ′ Cp: hệ số xác định đồ thị 8.4[4], phụ thuộc vào thông số v s tính sau ψ ′ v = vs s = 1.42 L Tra đồ thị tìm Cp = 66 √ 21756,67 Vậy N0 = 20,86 0,81 175 66 = 15388, 48(cv) Như lực cản tàu: N0 R=75 15388,48 = 75 v = 107561, 63(kg) 10,73 v = 10,73 m/s :vận tốc tàu 2.2.3 Tính hệ số thân tàu 2.2.3.1 Các tỷ số kích thước -Tỷ số kích thước L/B = 6,88 -Tỷ số kích thước B/T = 2,99 -Tỷ số kích thước H/T = 1,81 2.2.3.2 Các hệ số béo thân tàu Hệ số béo thể tích: δ = 0,559 - Hệ số béo đường nước: sử sụng công thức 2.38 T44 [4] √ α = δ −0,025 = 0,793 Trong tính tốn cụ thể, tàu trị số tính nhỏ lớn Vậy nên ta chọn α = 0, 686 - Hệ số béo sườn β Ta chọn dựa theo đồ thị 2.21 T41[4] β = 0, 966 (2.11) - Hệ số béo lăng trụ dọc tàu: ϕ= δ = 0,58 β - Hệ số béo lăng trụ đứng tàu: χ= δ α = 0,815 (2.13)