Ô nhiễm môi trường biển đang ngày càng trầm trọng và bức thiết. Nguyên nhân chính của sự ô nhiễm trên là do rác và các vật nổi gần mặt nước gây nên. Việc vớt sạch rác và các vật nổi trên biển hiện đang là một công việc khó khăn và nặng nhọc với những người làm công tác môi trường, đặc biệt là những công nhân trực tiếp làm nhiệm vụ vớt rác. Trước những yêu cầu cấp thiết đó, để tạo điều kiện tiếp cận với thực tế, làm quen với việc giải quyết những vấn đề cụ thể, sau thời gian học tập em đã được nhà trường giao cho thực hiện đề tài với nội dung: “Nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu xử lý rác ven biển”.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ ĐẶT RA - 2 - 1.3 MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG - 4 -
Mục tiêu của đề tài
Phân tích các giải pháp xử lý rác nổi hiện có để lựa chọn một giải pháp phù hợp xử lý rác nổi ven biển.
Thiết kế mẫu tàu xử lý rác ven biển được xây dựng dựa trên nền tảng khoa học vững chắc và lý luận chặt chẽ Mục tiêu là tạo ra tàu có tính thực tiễn và hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng nhu cầu xử lý rác thải một cách hiệu quả trong môi trường ven biển.
Phương pháp nghiên cứu
Chúng tôi áp dụng phương pháp nghiên cứu thực tế kết hợp với lý thuyết để phát triển đề tài Qua việc kiểm nghiệm thực tế, chúng tôi lựa chọn giải pháp phù hợp và sử dụng lý thuyết để tính toán thiết kế mẫu tàu tối ưu.
Giới hạn nội dung
Đề tài “Nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu xử lý rác ven biển” tập trung vào việc thiết kế tàu trang bị thiết bị xử lý rác ven biển, bao gồm rác nổi, rác lơ lửng và rác chìm Quy trình xử lý rác bao gồm thu gom, vớt rác, phân loại thành rác vô cơ, rác hữu cơ và chất dẻo thải, cũng như tìm cách phân hủy và tái tạo rác Do hạn chế về thời gian, tôi chọn thiết kế một tàu điển hình hiện nay, với thiết bị vớt rác cho rác nổi và lơ lửng ở độ cao 30-40 cm, được chế tạo từ vật liệu composite, một loại vật liệu phổ biến hiện nay.
Lĩnh vực nghiên cứu của đề tài được gói gọn ở một số nội dung sau:
Nghiên cứu, phân tích tìm ra giải pháp vớt rác hợp lý
Thiết kế sơ bộ thiết bị vớt rác
Thiết kế sơ bộ tàu vớt rác vỏ composite hoạt động ở vùng Vịnh Nha Trang.
Xây dựng nhiệm vụ thư thiết kế
Thiết kế đường hình và tính toán các yếu tố hình học của tàu
Thiết kế kết cấu theo quy phạm.
Thiết kế bố trí chung toàn tàu
Kiểm tra ổn định và nghiệm tốc độ tàu
Kết luận và đề xuất ý kiến.
GIẢI PHÁP XỬ LÝ RÁC VEN BIỂN
ĐẶC ĐIỂM RÁC NỔI VEN BIỂN
Thành phần và tính chất của rác và các vật nổi gần mặt nước
Tùy thuộc vào từng khu vực và nguồn thải, thành phần và tính chất rác thải biển Nha Trang có sự khác biệt Với vai trò là một khu du lịch lớn và mật độ dân cư đông đúc, lượng rác thải trên biển Nha Trang ngày càng gia tăng.
Rác thải ven biển rất đa dạng về thành phần và tính chất, bao gồm rác nổi, rác chìm và rác đáy Qua nghiên cứu thực nghiệm, phần lớn rác thải ven biển
Qui luật phân tán và chuyển động của rác và các vật nổi gần mặt nước
Nghiên cứu quy luật phân tán và chuyển động của rác và vật nổi gần mặt nước là điều cần thiết để đề ra giải pháp thu gom rác hiệu quả Dòng chảy của nước ảnh hưởng lớn đến sự di chuyển của rác, do đó, cần phân tích dòng chảy chất lỏng để hiểu rõ hơn về hiện tượng lưu tuyến xảy ra khi tàu di chuyển Hiện tượng này làm thay đổi áp lực và tốc độ dòng chảy quanh tàu, với tốc độ dòng chảy tại giữa tàu đạt giá trị cao nhất do sự chèn ép của các dòng chất lỏng Hơn nữa, tàu di chuyển còn tạo ra sóng xung quanh, khiến rác bị đẩy ra xa, gây khó khăn trong việc bố trí và thao tác thiết bị thu gom rác trên tàu.
Mức thải rác
Mức thải rác là khối lượng rác phát sinh hàng ngày tính trên đầu người, được tính toán dựa trên nghiên cứu, tính toán thực tế theo từng vùng.
Mức thải rác trung bình ở các nước công nghiệp phát triển: > 0,8 Kg/người.ngày Ở các nước đang phát triển khoảng (0,3 ÷ 0,6) Kg/người.ngày
Mức rác thải trung bình của các đô thị nước ta hiện nay khoảng (0,4 ÷ 0,5)
Tỷ trọng
Tỷ trọng rác thải đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương thức thu gom và vận chuyển Tại các nước công nghiệp phát triển, rác thải thường có tỷ trọng thấp do tỷ lệ lớn của các thành phần như giấy, bao bì và vỏ hộp Ngược lại, ở các nước đang phát triển, tỷ trọng rác thải thường cao hơn.
Rác nổi do ngậm nước nên trọng lượng riêng của rác lớn, rất khó xác định được tỷ trọng.
Tỷ trọng rác nổi ở các đô thị của nước ta hiện nay ước tính là 0,42 tấn/m 3
CÁC GIẢI PHÁP TÀU VỚT RÁC NỔI TRÊN BIỂN HIỆN NAY
Giải pháp gom rác nổi
Tàu vớt rác được thiết kế với hai thân phao nổi riêng biệt, liên kết bằng một sàn tàu cao hơn mặt nước Mỗi thân tàu đều có một cánh tay gom rác hình chữ nhật, được cấu tạo từ các thanh liên kết với khoảng cách giữa các thanh từ 50 đến 60 mm.
Cánh tay gom rác có tác dụng tập trung và hướng rác nổi vào luồng chảy giữa hai thân tàu Thiết bị này được điều chỉnh bằng cơ cấu thủy lực, với độ mở của cánh tay tùy thuộc vào mật độ rác nổi Khi mật độ rác tăng cao, độ mở của cánh tay gom rác cũng sẽ được điều chỉnh tương ứng.
Cánh tay gom rác mở sẽ thu hẹp lại, giúp duy trì lượng rác di chuyển ổn định giữa hai thân tàu, ngăn chặn tình trạng rác nổi đè lên nhau gây chìm rác.
Giải pháp này cho phép tàu khi chuyển động tạo ra dòng chảy từ miệng phễu, nhờ vào hai cánh tay gom rác, giúp đưa rác và các vật thể nổi gần mặt nước về phía giữa thân tàu Dòng chảy này không chỉ đẩy rác mà còn gom chúng vào miệng hứng, nằm giữa hai thân tàu, nơi tập trung rác nổi Tại vị trí này, các thiết bị vớt rác sẽ được lắp đặt để thu gom hiệu quả.
Giải pháp vớt rác
Túi lưới chứa rác được đặt tại miệng hứng, với miệng túi được mở rộng nhờ khung thép hình chữ nhật Khung thép này được bố trí ngay tại mặt thoáng của nước, giúp tối ưu hóa việc thu gom rác.
H 2-4: Tàu hai thân bố trí cơ cấu túi lưới vớt rác
( 1 Cánh tay gom rác; 2 Túi rác; 3 Dây cáp )
Giải pháp này nâng cao hiệu quả thu gom rác nhờ vào chuyển động của tàu, giúp rác được thu gom qua miệng hứng và tập trung vào túi lưới Khi túi rác đầy, cửa miệng hứng sẽ tự động đóng lại và túi rác được chuyển lên boong bằng thiết bị nâng hạ.
Giải pháp này gặp khó khăn khi phải xử lý rác cồng kềnh nổi trên mặt nước, điều này cản trở việc thu gom rác vào túi lưới Hơn nữa, việc di chuyển túi rác đã đầy lên boong cũng trở nên khó khăn và tốn nhiều thời gian.
Bơm hút được sử dụng để đưa rác lên tàu, trong đó bơm ly tâm là thiết bị chính để hút hỗn hợp rác và nước Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm dựa vào lực ly tâm, được tạo ra khi cánh bánh xe công tác quay Khi cánh bánh xe quay, hỗn hợp rác và nước sẽ chuyển động theo và tạo ra sự dịch chuyển tương đối so với cánh.
Khi rác được tập trung tại miệng hứng với mật độ cao, miệng hút cùng hệ thống ống bơm sẽ được thả xuống nước và khởi động Hỗn hợp rác và nước sau đó được
Giải pháp xử lý rác thải phụ thuộc vào đặc điểm của từng loại rác Đối với rác có thành phần và tính chất đa dạng như ở khu vực ven biển Nha Trang, việc sử dụng bơm hút để xử lý là không hợp lý.
Gầu tải đứng là giải pháp hiệu quả để vớt rác tự động, sử dụng gầu tải hai xích với các gầu rộng được đặt cách nhau Cơ cấu gầu tải được lắp đặt ngay tại miệng hứng, nơi có mật độ rác dày đặc, cho phép múc lên hỗn hợp rác và nước Nhờ thiết kế đặc biệt, nước sẽ chảy xuống trong khi rác được giữ lại Dưới tác dụng của lực ly tâm khi gầu đi qua đĩa xích, rác sẽ được đổ xuống máng dẫn hướng và tập trung vào hầm chứa Giải pháp này mang lại ưu điểm vớt rác liên tục với năng suất cao, rất phù hợp cho các khu vực có mật độ rác lớn.
Giải pháp này có nhược điểm lớn là không cho phép quá tải, vì khi bị quá tải, gầu tải dễ bị hư hỏng Do rác không thể cung cấp một cách đều đặn, tình trạng quá tải xảy ra thường xuyên, dẫn đến việc tính toán trở nên phức tạp.
Cơ cấu vớt rác bao gồm hai gầu và hệ thống thủy lực, với gầu động được đặt tại miệng hứng và có lỗ thoát nước Nhờ vào chuyển động của tàu, rác được dẫn qua miệng hứng và tập trung tại gầu động Khi gầu đầy, miệng hứng sẽ đóng lại, và gầu được điều khiển bằng thủy lực để đưa rác lên thùng đựng trên sàn tàu Phương án này đơn giản và hiệu quả, cho phép vớt được cả rác nổi và rác chìm ở độ sâu 30-40 cm, với năng suất cao và tiết kiệm nhân công, rất phù hợp cho tàu vớt rác ven biển.
H 2-5: Tàu hai thân bố trí cơ cấu gầu tải vớt rác (1.Cánh tay gom rác; 2.Cơ cấu gầu tải; 3.Máng dẫn hướng; 4 Hầm chứa rác; 5.Miệng hứng)
2.2.2.5 Sử dụng hệ thống băng tải
Nhờ vào khoảng trống dọc theo hai bên dưới thân tàu và hệ thống băng tải với các răng cào và máng hứng, tàu có khả năng tự động di chuyển về phía trước trong trạng thái hoạt động Vật nổi (rác) sẽ được lùa qua khoảng trống này và gom lại tại miệng hứng trong thân thiết bị.
H 2-6: Tàu hai thân bố trí cơ cấu gàu vớt rác (1.Cánh tay gom rác; 2.Gầu động; 3.Gầu dẫn hướng;
H 2-7: Tàu hai thân bố trí cơ cấu băng tải vớt rác (1.Cánh tay gom rác; 2.Hệ thống băng tải; 3.Máng hứng;
Thùng đựng rác và miệng hứng của hệ thống băng tải giúp thu gom rác một cách hiệu quả Nhờ vào thiết kế thông minh, vật nổi được thu gom dễ dàng và chỉ cần ít nhân lực để vận hành thiết bị trong quá trình này.
Giải pháp này gặp phải nhược điểm lớn là tính toán phức tạp, dẫn đến tình trạng quá tải trên răng cào và băng truyền Hiệu suất thu rác không đạt yêu cầu
Một tàu kéo được trang bị hai cơ cấu thu gom ở hai bên sườn, mỗi cơ cấu bao gồm một thùng vớt hình hộp có mũi lệch về phía thuyền kéo, một túi lưới gắn ở đuôi thùng, và một cánh tay gom rác có thể quay để điều chỉnh khẩu độ thu gom nhờ vào tời kéo và cáp kéo Thanh đẩy kết nối giữa thuyền kéo và cánh tay thu gom giúp thu hút rác khi tàu di chuyển, nhờ dòng chảy nước, rác sẽ được đưa vào thùng vớt và tập trung ở túi lưới.
H 2-8: Tàu kéo bố trí cơ cấu vớt (1.Túi lưới; 2.Thùng vớt; 3.Cánh tay gom rác; 4.Thanh đẩy;
5 Tàu kéo; 6.Tời kéo; 7.Dây cáp kéo lưới đầy, thùng vớt đóng cửa lại, túi rác được chuyển lên sàn tàu Giải pháp đem lại hiệu quả không cao khi hoạt động ở vùng ven biển, những vùng có mật độ rác cao.Khi tàu chuyển động, với mật độ cao rác sẽ bị tàu đè lên trên và đẩy ra phía sau.Với những vật nổi cồng kềnh rất khó thu gom.
LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP
Quá trình gom rác
Tàu vớt rác là loại tàu hai thân, với cánh tay gom rác dạng mắt lưới gắn ở đầu mỗi thân Chức năng chính của cánh tay gom rác là thu hút và hướng rác nổi vào luồng chảy giữa hai thân tàu Cánh tay này có thể điều chỉnh bằng cơ cấu thủy lực, với độ mở tùy thuộc vào mật độ rác nổi Khi mật độ rác cao, độ mở sẽ thu hẹp để đảm bảo lượng rác di chuyển vào giữa tàu luôn ổn định, ngăn không cho rác nổi chồng lên nhau và gây chìm.
Giải pháp này cho phép tàu di chuyển với tốc độ Vtàu hoặc dòng nước chảy với tốc độ Vd, tạo ra một dòng chảy từ miệng phễu nhờ vào hai cánh tay gom rác Dòng chảy này sẽ đẩy rác và các vật thể nổi gần mặt nước, thu gom chúng vào miệng hứng ở giữa thân tàu.
Chuyển động của tàu vớt rác trong một khoảng thời gian nhất định giúp tự động thu gom rác trên một diện tích rộng (Sg = Bg.Vtàu) và tập trung về vị trí miệng hứng.
Quá trình vớt rác tự động
Dùng gầu để vớt rác tự động
Có hai loại gầu trong hệ thống thu gom rác: gầu dẫn hướng và gầu động Gầu động được đặt tại miệng hứng, nơi rác được thu gom nhờ vào chuyển động của tàu và dòng nước Khi rác tích tụ đủ tại gầu động, hệ thống thủy lực sẽ điều khiển gầu này để nâng rác lên và đổ vào gầu dẫn hướng, từ đó chuyển rác vào thùng rác trên sàn tàu.
H 2-9: Sơ đồ giải pháp tự động gom rác
THIẾT KẾ SƠ BỘ CƠ CẤU VỚT RÁC
Những thông số cơ bản
Năng suất vớt rác của thiết bị vớt rác phụ thuộc vào:
Khối lượng rác cần vớt
Nghiên cứu cho thấy rác thải nổi ven biển Nha Trang gia tăng đáng kể vào mùa du lịch cao điểm và khi có mưa lớn, với ước tính lên tới 9 m³ rác thải mỗi ngày Do đó, khối lượng rác cần được vớt hàng ngày không dưới 9 m³ để duy trì môi trường biển sạch sẽ.
Vậy năng suất vớt rác của thiết bị là:
t : thời gian làm việc trên biển của thiết bị; t = 6 h
M : khối lượng rác cần vớt; M = 9 x 0,42 =3,78 T
2.4.1.2 Thể tích của gầu múc
Sức chứa của gầu múc được tính theo công thức: sc
N: năng suất vớt rác của thiết bị
n: số chu kỳ làm việc trong 1h
ε: hệ số đầy của gầu múc; ε = 0,6
Số chu kỳ làm việc trong một giờ được xác định bởi mật độ rác và diện tích làm việc của thiết bị Trung bình, mỗi giờ có khoảng 2 chu kỳ làm việc.
Vậy sức chứa của gầu múc là:
Dựa vào sức chứa của gầu múc, ta tính được thể tích của gầu múc:
Chọn sơ bộ kích thước gầu múc
Gầu múc được thiết kế phải thỏa mãn những yêu cầu sau:
Khả năng hứng rác là tốt nhất
Khi di chuyển gầu lên boong, rác không bị rớt ra ngoài
Gầu có kích thước nhỏ, gọn
Chọn sơ bộ chiều dài của gầu là 1,5 m Bằng phương pháp vẽ ta xác định được kích thước của gầu múc.
H 2-11: Kích thước gầu múc rác H 2-12: Kích thước cần
Chọn sơ bộ kích thước cơ cấu cần nâng hạ
Cơ cấu cần có tác dụng nâng hạ gầu múc, kích thước của cần thiết kế sao cho:
Tầm với của cần phải đủ để đưa gầu từ miệng hứng lên vị trí đổ rác.
Khả năng nâng, hạ gầu tốt.
Ta chọn sơ bộ kích thước cơ cấu cần như hình 2.12
Tải trọng tác dụng lên cơ cấu
Tải trọng nâng danh nghĩa của cơ cấu được tính theo công thức:
Qdn = Qv + Qmt (2.4) Trong đó :
Qr là trọng lượng rác trong gầu; Qv = 5250 N
Qgm là trọng lượng gầu múc; Qgm = 10% Qv = 525 N Suy ra Qdn = 5250 + 525 = 5775 N
Tải trọng tác dụng lên cơ cấu:
Q = Qdn k (2.5) Trong đó k = 1,1 là hệ số tải trọng không đều
Vậy tải trọng tác dụng lên cơ cấu là Q = 5775 1,1 = 6352,5 N
Ta tính toán với tải trọng tác dụng Q = 6400 N
Tính toán lực học tại các vị trí
Vì gầu có kích thước lớn, để tính toán lực học ta đặt tải trọng tác dụng lên cơ cấu tại vị trí trọng tâm của gầu
Tính toán lực học ở 4 vị trí:
+ Tính lực của piston thứ nhất
Lấy mô men đối với điểm B
- T : Lực kéo của piston thứ nhất
- Q : Tải trọng của cơ cấu
H 2-13: Sơ đồ chuyển động của cơ cấu
+ Tính lực của piston thứ hai
Lấy mô men đối với điểm O
- F : Lực kéo của piston thứ hai
- Q : Tải trọng của cơ cấu
Ta lập được bảng tính toán lực học tại 4 vị trí của gầu:
Bảng 2.1 Bảng tính toán lực học tại các vị trí
Vậy lực piston thứ nhất là T = TMAX = 14757 N; piston thứ hai là F = FMAX 28537 N Dựa vào lực này để ta chọn được hệ xilanh thủy lực phù hợp.
KẾ SƠ BỘ TÀU XỬ LÝ RÁC VEN BIỂN
XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ
Tàu vớt rác hai thân được thiết kế mới để phục vụ nhu cầu xử lý rác ven biển Nha Trang.
Tàu vớt rác hai thân được chế tạo bằng vật liệu composite cốt sợi thuỷ tinh (FRP).
Tàu chở được 4 tấn rác, 4 công nhân làm việc trên tàu.
Tàu được thiết kế hoạt động trong phạm vi vùng vịnh Nha Trang.
Tàu thiết kế đạt tốc độ V ≤ 8 hải lý/giờ.
3.1.6 Đặc điểm bố trí chung
Tàu có hai thân thuôn dài, hai thân liên kết bằng các đà ngang, đà dọc và đỡ sàn tàu.
Mặt sàn là composite phẳng có gân chống trượt.
Lan can Inox có thể gấp mở được, tạo mặt thoáng khi cần.
Trần sàn tàu bố trí một bàn điều khiển, lái,ghế ngồi.
Có chỗ để treo phương tiện cứu sinh.
3.1.7 Yêu cầu về giá thành, thời gian và trang thiết bị khác
Tàu được sản xuất với giá thành thấp và thời gian đóng tàu ngắn, đồng thời được trang bị đầy đủ các phương tiện tín hiệu, thiết bị hàng hải, vô tuyến điện, cùng với trang thiết bị cứu hỏa và cứu đắm.
XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC VÀ CÁC YẾU TỐ CỦA TÀU THIẾT KẾ -
Vấn đề hiện nay trong quá trình thiết kế sơ bộ là xác định các yếu tố hình học của tàu thiết kế đáp ứng được hai yêu cầu:
- Đáp ứng nhiệm vụ thư
- Đảm bảo tính năng tốt
Chúng tôi sẽ lựa chọn các thông số cho tàu thiết kế dựa trên tàu mẫu và một số thông số khác sẽ được xác định theo cơ sở lý luận Phương pháp này giúp tàu thiết kế kế thừa những ưu điểm nổi bật của tàu mẫu.
Trước tiên, cần xác định một số thông số cơ bản của tàu, dựa trên tàu mẫu và kết hợp với các lý thuyết liên quan.
3.2.1 Thống kê một số tàu hai thân cỡ nhỏ.
Dựa trên các thông số của tàu hai thân từ tài liệu và thống kê các mẫu tàu hai thân mới đóng và hoạt động hiệu quả gần đây, chúng ta có thể tổng hợp danh sách một số tàu hai thân cỡ nhỏ như trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Bảng thống kê một số tàu hai thân.
3.2.2 Lựa chọn chiều dài L cho tàu thiết kế
Lựa chọn chiều dài L cho tàu thiết kế là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình bố trí tàu và trang trí các phương tiện Chiều dài tàu đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tính năng của tàu.
L ảnh hưởng quyết định đến trọng lượng vỏ tàu được thiết kế.
Tàu thiết kế có khả năng vận chuyển 4 tấn rác, với rác được chứa trong các thùng rác 880 lít Thùng rác 880 lít có kích thước dài 1350 mm và rộng.
Thùng chứa có kích thước 880 mm chiều dài, 1100 mm chiều cao, và khối lượng định mức khi đầy tải đạt 370 kg Để chứa tổng cộng 4 tấn rác, cần sử dụng 10 thùng, cùng với 4 thùng loại khác.
240 lít kích thước dài 600 mm, rộng 520 mm, cao 935 mm, khối lượng định mức của thùng khi đầy tải là 100 kg Bố trí các thùng rác trên boong như hình 3.1:
Chiều dài cần thiết để bố trí 10 thùng rác là 7,64 m, cộng thêm cơ cấu vớt rác và lầu lái có chiều dài khoảng 3,5 m Do đó, chiều dài tàu thiết kế được chọn là 11,5 m.
Tỷ lệ L/B ảnh hưởng đáng kể đến sức cản và độ bền dọc của tàu Khi trị số L/B quá nhỏ, sức cản hình dáng và sức cản sóng sẽ tăng nhanh, dẫn đến tính ổn định hướng kém Ngược lại, tỷ lệ L/B lớn giúp giảm sức cản hình dáng, cải thiện ổn định dọc và ổn định hướng, đồng thời giảm lắc dọc tàu, nhưng lại có thể làm giảm độ bền dọc.
Tàu hai thân tại Việt Nam vẫn còn là một khái niệm mới mẻ và chưa được phổ biến rộng rãi Ở cấp nhà nước, loại tàu này chủ yếu được thảo luận trong các hội thảo nghiên cứu, với ít tài liệu hiện có Việc lựa chọn tỷ lệ L/B được thực hiện dựa trên phương pháp thống kê từ một số tàu hai thân đã được đóng mới và hoạt động hiệu quả trong những năm gần đây.
Ta có đồ thị thống kê tỷ lệ L/B
H 3-1: Bố trí các thùng rác
H 3-2: Đồ thị thống kê tỷ lệ L/B
Dựa vào đồ thị, với L = 11,5 m ta tìm được tỷ lệ L/B = 2,4
Mớn nước T là một trong những kích thước hình học cơ bản của tàu.
Mớn nước T của tàu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó điều kiện tự nhiên nơi tàu hoạt động là yếu tố quan trọng nhất Việc lựa chọn mớn nước cho tàu thiết kế cần xem xét kỹ lưỡng các yếu tố này để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
H/T là thước đo mạn khô của tàu, ảnh hưởng đến ổn định và sức cản Để xác định chiều chìm lớn nhất, cần xem xét mối quan hệ giữa mạn khô, kiểu tàu, bố
3.2.6 Lựa chọn hệ số diện tích mặt đường nước (C W ).
Hệ số được xác định: = S/LB.
S: Diện tích mặt đường nước (m 2 )
Hệ số của tàu mẫu nằm trong khoảng: 0,30 0,59
Ta chọn hệ số diện tích mặt đường nước = 0,4
3.2.7 Lựa chọn hệ số thể tích chiếm nước (C B ).
Hệ số được xác định: = V/LBT.
V: Thể tích chiếm nước của tàu (m 3 ).
L, B, T: Chiều dài, chiều rộng, mớn nước của tàu (m).
Hệ số ảnh hưởng lớn đến sức cản của tàu, đặc biệt khi tàu di chuyển với tốc độ cao, từ đó tác động đến dung tích chở hàng và cách bố trí các khoang, đặc biệt là với tàu có máy ở phần đuôi Hệ số lớn dẫn đến sức cản nước lớn, làm giảm công suất hữu ích của máy đẩy, nhưng lại tăng sức chở Tuy nhiên, hệ số này cũng làm giảm bán kính ổn định ngang và độ cao tâm nổi ban đầu Zc0, gây giảm chiều cao tâm ổn định ban đầu h0 và làm giảm tính ổn định của tàu Ngược lại, hệ số nhỏ sẽ tăng tính ổn định của tàu, giảm sức cản và cải thiện tốc độ.
Tàu hai thân có đặc tính ổn định ngang vượt trội và sức cản thấp, do đó, trong thiết kế, chúng tôi lựa chọn hệ số phù hợp cho mỗi thân tàu.
Hệ số của tàu mẫu nằm trong khoảng: 0,30 0,60.
Ta chọn hệ số thể tích chiếm nước = 0,38
3.2.8 Lựa chọn hệ số diện tích mặt cắt ngang (C M ).
Hệ số diện tích mặt cắt ngang được xác định: = /BT.
: Diện tích mặt cắt ngang (m 2 ).
B, T: Chiều rộng, mớn nước của tàu (m).
Hệ số ít ảnh hưởng đến tính ổn định cũng như tính lắc của tàu, vì vậy ở đây hệ số sẽ được chọn dựa trên tàu mẫu.
Hệ số có giá trị trong khoảng: 0,2 0,4 Chọn = 0,3
3.2.9 Xác định các kích thước cơ bản cho tàu thiết kế.
Từ các công thức thống kê nêu trên cùng với chiều dài L = 11,5 m, ta tiến hành tính chọn các thông số kích thước cho tàu thiết kế như sau:
Hệ số diện tích mặt đường nước = 0,4
Hệ số thể tích chiếm nước = 0,38
Hệ số diện tích mặt cắt ngang = 0,3
Vậy ta xác định được sơ bộ các thông số cơ bản cho tàu thiết kế là:
Chiều dài lớn nhất: Lmax = 11,5 m Chiều rộng lớn nhất: Bmax = 4,8 m Chiều cao mạn: H = 1,5 m
Hệ số diện tích mặt đường nước: = 0,4
Hệ số thể tích chiếm nước: = 0,38
Hệ số diện tích mặt cắt ngang: = 0,3
VẼ ĐƯỜNG HÌNH LÝ THUYẾT
3.3.1 Mục đích yêu cầu: Đường hình lý thuyết là đường hình mô tả chính xác hình dáng con tàu Nhìn vào đó người ta nhận dạng ra một con tàu Đây là bản vẽ kỹ thuật ghi nhận chính xác về mặt lý thuyết. Đường hình lý thuyết có quan hệ mật thiết đến tốc độ, tính ổn định, tính điều khiển, bố trí dung tích chở và công nghệ đóng sửa chữa tàu Để thỏa mãn yêu cầu này ta phải cân nhắc và suy tính.
Việc vẽ đường hình tàu cần phải tuân thủ các đặc điểm hình học, đảm bảo rằng hình dáng thân tàu không chỉ đúng mà còn đẹp và chính xác.
3.3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế đường hình tàu:
Tàu biển có hình dáng hình học phức tạp, điều này đã dẫn đến việc nghiên cứu biểu diễn đường hình của tàu bằng hàm toán học từ rất sớm Nhiều công trình nghiên cứu đã đề cập đến vấn đề này và kết quả của những nỗ lực kiên trì đó rất khả quan.
Việc thiết kế đường hình tàu thường sử dụng hai phương pháp chính: phương pháp dựa vào tàu mẫu và phương pháp tự thiết kế đường hình Trong đó, phương pháp tự thiết kế đường hình, mặc dù chỉ tham khảo khái quát tàu mẫu, được coi là khoa học hơn Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức sâu sắc và kinh nghiệm thực tiễn Do đó, phương pháp thiết kế đường hình của tàu chủ yếu vẫn dựa vào tàu mẫu.
3.3.3 Trình tự vẽ đường hình tàu:
Tàu mẫu là loại tàu du lịch câu cá hai thân với thiết kế đường hình thuận lợi cho việc chế tạo vỏ tàu Đặc điểm này giúp giảm công suất máy cần thiết so với các loại tàu khác Ngoài ra, tàu không có đuôi transom, tạo nên đường hình đơn giản, lý tưởng cho việc lắp đặt máy giữa hai thân tàu.
Phương pháp xây dựng đường hình tàu
Từ kết quả phân tích tàu mẫu, ta lựa chọn ra tàu mẫu và tiến hành vẽ đường hình cho tàu thiết kế theo các bước sau:
Bước 1: chia tỷ lệ bản vẽ
Bước 2: Chọn số lượng sườn, số đường nước, khoảng cách lý thuyết giữa các sườn và các đường nước Sau đó, vẽ các ô lưới dựa trên khoảng cách sườn, khoảng cách các mặt cắt dọc và khoảng cách các đường nước.
Bước 3: vẽ biên dạng mặt cắt dọc giữa tàu trên hình chiếu đứng và biên dạng mép boong trên hình chiếu bằng
Bước 4: vẽ các sườn trên hình chiếu cạnh dựa vào mặt cắt dọc giữa tàu, biên dạng mép boong
Bước 5: từ toạ độ các sườn, mặt cắt dọc, mặt đường nước trên hình chiếu cạnh lần lượt vẽ các đường trên hình chiếu đứng, hình chiếu cạnh
Bước 6: kiểm tra sự phù hợp giữa ba hình chiếu và điều chỉnh lại các đường trên toàn bộ bản vẽ cho đúng quy cách
Bước 7: lặp lại bước 6 đến khi tạo thành bản vẽ đường hình hoàn chỉnh
Bước 8: lập bảng toạ độ đường hình tàu thiết kế.
Bảng 3.2 BẢNG TRỊ SỐ ĐƯỜNG HÌNH
NỬA CHIỀU RỘNG MB 587 599 600 600 600 600 600 600 599 574 501 423 334 208 ĐN6 498 509 510 510 510 510 510 510 509 487 401 306 167 19 ĐN5 472 487 492 492 492 492 492 492 491 464 362 255 122 - ĐN4 445 464 474 474 474 474 474 474 473 440 324 204 77 - ĐN3 114 442 456 456 456 456 456 456 455 417 285 149 32 - ĐN2 - 419 438 438 438 438 438 438 437 393 205 91 - - ĐN1 - 131 388 404 404 404 404 404 403 300 99 33 - - ĐN0 - - - 4 4 4 4 4 4 4 - - - -
XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ TĨNH THỦY LỰC
Đường cong thủy lực thể hiện sự biến đổi của các yếu tố tính nổi của tàu theo mớn nước Để đảm bảo tính chính xác, các yếu tố thủy lực của thân tàu sẽ được tính toán bằng phương pháp gần đúng, cụ thể là phương pháp hình thang Các yếu tố thủy lực của tàu bao gồm nhiều thành phần quan trọng.
: hệ số diện tích mặt đường nước.
: hệ số diện tích mặt cắt ngang.
: hệ số béo thể tích
S: diện tích mặt đường nước.
Xc: hoành độ tâm nổi.
Xf: hoành độ trọng tâm mặt đường nước.
Zc: cao độ tâm nổi.
R0: bán kính ổn định dọc.
r0: bán kính ổn định ngang.
3.4.1 Diện tích mặt đường nước (S (m))
Diện tính mặt đường nước được tính theo công thức:
L = 1 (m) là khoảng cách sườn lý thuyết. yn: nửa chiều rộng tại vị trí sườn thứ n, tại mặt đường nước đang tính. n: số mặt cắt ngang lý thuyết
Để tính phần hiệu đính diện tích ở hai đầu lái và mũi, ta áp dụng công thức hình thang bằng cách chia nhỏ diện tích hiệu đính thành 10 phần, sử dụng các đường song song với trục oy cách đều nhau Đường đầu tiên và cuối cùng sẽ trùng với điểm đầu và cuối của diện tích hiệu đính, sau đó cần đo lại giá trị hiệu đính L.
Diện tích S được tính theo công thức chỉ phản ánh diện tích của một thân tàu Để có diện tích mặt đường nước toàn tàu, kết quả S cần được nhân với 2, và diện tích S cho toàn tàu được trình bày trong bảng 3.3.
3.4.2 Thể tích chiếm nước ứng với các mặt đường nước (V (m 3 ))
Thể tích chiếm nước (V) được tính theo công thức:
Trong đó: T = 0,15 (m) là khoảng cách mặt đường nước. n: số mặt đường nước
Sn: diện tích mặt đường nước tương ứng thứ n.
Kết quả tính thể tích chiếm nước (V) được thể hiện ở bảng 3.3.
3.4.3 Diện tích mặt cắt ngang giữa tàu ( (m 2 ))
Diện tích mặt cắt ngang giữa tàu được tính theo công thức:
: diện tích mặt cắt ngang (m 2 )
Kết quả tính toán theo công thức trên chỉ phản ánh diện tích của một thân con tàu Để có được diện tích mặt cắt ngang toàn bộ tàu, cần nhân giá trị tính được với 2.
Kết quả tính được thể hiện ở bảng 3.3.
3.4.4 Các hệ số hình dạng vỏ tàu
- Hệ số béo thể tính: = i i i i
- Hệ số diện tích mặt đường nước: i i i
- Hệ số diện tích mặt cắt ngang: i i i
Trong bài viết này, các ký hiệu Vi, Si, 5i, Li, Bi, Ti đại diện cho thể tính, diện tích mặt đường nước, diện tích mặt cắt ngang giữa tàu, cùng với các thông số hình học của tàu trên mặt đường nước thứ i.
Kết quả tính các hệ số hình dạng vỏ tàu được thể hiện ở bảng 3.3.
3.4.5 Hoành độ trọng tâm mặt đường nước (X f (m))
Hoành độ trọng tâm mặt đường nước được tính theo công thức:
M (3.7) Với MSioy là momen tĩnh của diện tích mặt đường nước (S) đối với trục oy
Để tính toán momen tĩnh hiệu đính MSioy, trước tiên cần xác định trọng tâm của phần diện tích hiệu đính bằng cách chia nhỏ diện tích này thành các hình tam giác và hình chữ nhật Sau khi xác định trọng tâm của các hình đơn vị, chúng ta sẽ tổ hợp trọng tâm của chúng theo phương pháp cơ học để tìm ra trọng tâm của phần diện tích hiệu đính Momen hiệu đính được tính bằng tích giữa khoảng cách từ trọng tâm diện tích hiệu đính tới trục oy và diện tích hiệu đính đã tính toán từ diện tích mặt đường nước.
Kết quả tính Xf được thể hiện ở bảng 3.3.
Chiều cao tâm nổi được xác định theo công thức : i ixoy ci V
Trong đó : MVixoy là momen tĩnh của thể tích Vi đối với mặt phẳng toạ độ xoy và được tính theo công thức :
3.4.6.2 Hoành độ tâm nổi (x c (m)) xci i
Trong đó: MViyoz là momen của thể tích Vi đối với mặt phẳng toạ độ yoz và được tính theo công thức:
(3.12) Kết quả tính Zc và Xc được thể hiện ở bảng 3.3.
3.4.7 Bán kính ổn định ngang (r 0 (m))
Bán kính ổn định ngang được tính theo công thức:
Trong đó Ix là momen quán tính của diện tích mặt đường nước đối với trục ox và được tính theo công thức:
Để tính toán phần hiệu đính Ix ở đầu mũi và lái, ta chia diện tích hiệu đính thành 10 khoảng tương tự như một đường nước, đảm bảo rằng điểm đầu và cuối của phần hiệu đính đều có đường thẳng đi qua, như mô tả trong hình 3.1 Sau đó, áp dụng công thức tính Ix đã nêu để thực hiện phép tính.
Chiều rộng tính toán của tàu hai thân được xác định là khoảng cách từ mép ngoài của mạn tàu đến trục ox giữa tàu Để tính toán chính xác, tung độ yêu cầu đo được trên mỗi thân con của tàu cần được cộng thêm 1,8 m, tương ứng với khoảng cách từ cắt dọc giữa của mỗi thân con đến mặt phẳng đối xứng của tàu chính.
3.4.8 Bán kính ổn định dọc (R 0 (m))
Bán kính ổn định dọc được tính theo công thức: i y
Trong đó: Iy là momen quán tính dọc của diện tích mặt đường nước đối với trục oy và được tính theo công thức:
Với Iy là phần hiệu đính ở đầu mũi và lái
Để tính hiệu đính mô men quán tính Iy, chúng ta chia phần hiệu đính thành các phần tương tự như khi tính Ix Sau đó, áp dụng công thức tính Iy để có kết quả Cuối cùng, cần cộng thêm tích của kết quả với 1,8 m để xác định mô men đối với trục ox của tàu chính.
Chiều dài tính toán của mỗi thân con tương ứng với chiều dài tính toán của tàu chính, do đó, giá trị tung độ y đo được trên mỗi thân con cũng chính là tung độ y của tàu chính.
Kết quả tính bán kính ổn định dọc (R0) được thể hiện ở bảng 3.3.
Từ các công thức tính toán ở trên ta có bảng kết quả tính toán các yếu tố tĩnh thuỷ lực như bảng 3.3.
STT Yếu tố Đường nước Đơn vị 1 2 3 4 5 6
Bảng 3.3: Bảng tính các yếu tố tĩnh thủy lực
3.4.9 Tính và vẽ đồ thị Bonjean
Đối với mỗi sườn tàu, việc tính toán diện tích phần chìm và momen tĩnh phần chìm so với đáy cho phép vẽ hai đường cong thể hiện sự biến thiên của hai giá trị này theo chiều chìm T Tập hợp tất cả các đường cong như vậy cho các sườn tính toán được gọi là đồ thị Bonjean.
Đường cong Bonjean là công cụ quan trọng để tính toán thể tích phần chìm giả định và xác định tâm nổi theo chiều dọc Nó cũng đóng vai trò then chốt trong việc tính toán chiều cao trước khi hạ thủy tàu, cũng như trong việc thiết kế chống chìm và phân khoang tàu.
3.4.9.1 Diện tích mặt cắt ngang tàu ( (m 2 ))
Diện tích mặt cắt ngang tàu được tính theo công thức:
Trong đó: i là diện tích mặt cắt ngang thứ i.
Kết quả tính toán theo công thức trên cho ra diện tích mặt cắt ngang của một thân con tàu Để xác định diện tích mặt cắt ngang toàn bộ tàu, cần nhân kết quả này với 2.
Từ công thức tính được giá trị của ở bảng 3.4.
Bảng 3.4: Diện tích mặt cắt ngang tàu
Mômen tĩnh của diện tích mặt cắt ngang tàu đối với trục oz được tính theo công thức:
( (m 3 ) (3.18) Đây là công thức áp dụng cho tàu một thân Đối với tàu hai thân công thức trên thành:
Kết quả tính toán được thể hiện ở bảng 3.5.
Bảng 3.5: Mômen tĩnh của diện tích mặt cắt ngang tàu.
THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO QUY PHẠM
Trong quá trình thiết kế mọi tính chọn căn cứ vào quy phạm kiểm tra và kết cấu tàu vỏ FRP theo quy phạm:
- Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông,TCVN 5801: 2001 [1].
- Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thủy tinh TCVN 6282 – 2003 [2].
3.5.1 Tính toán các chi tiết kết cấu
Việc tính toán các chi tiết kết cấu thân tàu đóng vai trò quan trọng trong thiết kế tàu, đảm bảo tính bền vững theo quy phạm, dễ thi công chế tạo và đồng thời mang lại tính thẩm mỹ cao.
Vị trí và kích thước của các chi tiết kết cấu đóng vai trò quyết định trong việc xác định tọa độ trọng tâm của tàu, ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của nó Do đó, việc tính toán và kiểm tra các chi tiết kết cấu cần tuân thủ các yêu cầu của quy phạm.
Hình dáng các chi tiết kết cấu có ảnh hưởng lớn đến quá trình thi công chế tạo cũng như giá thành của con tàu.
Tàu được thiết kế chủ yếu với các chi tiết kết cấu bằng vật liệu FRP, kết hợp với lan can, cột chống và mái che làm từ Inox, mang lại tính thẩm mỹ và vẻ sang trọng cho tàu.
Vỏ tàu được chế tạo từ vật liệu FRP (Fiberglass Reinforced Plastic), trong đó:
- Vật liệu cốt là sợi thủy tinh dạng Matting và Roving sắp xếp xen kẽ nhau.
Vật liệu nền được sử dụng là nhựa polyester không no, đã được Đăng kiểm Lloyd chứng nhận Độ bền của vật liệu này được kiểm tra tại Phòng thí nghiệm Trung tâm nghiên cứu chế tạo tàu cá và thiết bị - VR LAB 02, thông qua máy kiểm nghiệm vật liệu Hounsfield của Anh Quốc, với các giá trị cơ bản được xác định rõ ràng.
Bảng 3.5: Kiểm tra bền thực tế vật liệu composite.
STT Đại lượng Độ bền theo quy phạm Độ bền thực tế
1 Độ bền kéo (kG/mm 2 ) 10 19
2 Mođun đàn hồi kéo (kG/mm 2 ) 700 900
3 Độ bền uốn (kG/mm 2 ) 15 21
4 Môđun đàn hồi uốn (kG/mm 2 ) 700 1200
Dựa vào bảng trên ta thấy, độ bền của vật liệu hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu của quy phạm (theo 1.3.4 TCVN 6282-2003) [2].
3.5.3 Tính toán kết cấu vỏ tàu Đối với các chi tiết phần vỏ làm bằng vật liệu composite được tính toán và kiểm tra theo “quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh” - TCVN 6282-2003 [2].
- Thân tàu kết cấu theo hệ thống kết cấu ngang.
- Khoảng cách sườn thực là S = 500 (mm).
Toàn bộ phần vỏ được thiết kế theo dạng kết cấu một lớp.
3.5.3.1 Lớp vỏ (FRP) [TCVN 6282- 2003, chương 7]
Chiều rộng cực đại lớp vỏ giữa đáy: b = 530 + 14,6.L (mm) (3.20) Trong đó: L = 11 (m) là chiều dài thiết kế (chọn sơ bộ theo bản vẽ đường hình và theo d)
Chiều dày lớp vỏ giữa đáy: t 9 + 0,4L (3.21) Thay số: t 9 + 0,4 11 = 13,4 (mm)
Chọn t = 13 (mm) (do độ bền thực tế của vật liệu lớn hơn độ bền yêu cầu trong quy phạm).
Lớp vỏ bao đoạn giữa tàu:
Chiều dày lớp mạn là kết cấu một lớp theo quy phạm [2] phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
d = 0,9 (m) là chiều chìm trung bình (chọn sơ bộ).
Theo quy phạm [2] quy định thì:
Lớp vỏ bao ở đoạn mút:
Vỏ tàu có kết cấu 1 lớp nên ra ngoài đoạn giữa tàu chiều dày giảm dần còn bằng 0,85 chiều dày lớp vỏ bao ở đoạn giữa tàu:
Đoạn gia cường mũi tàu:
Vậy đoạn gia cường mũi tàu dài 0,3L tính từ đoạn mũi tàu.
Lớp vỏ bao đoạn đáy gia cường mũi tàu dài 0,3L từ mũi tàu cần được cấu trúc với một lớp có chiều dày tối thiểu theo công thức tính toán cụ thể.
C được tra theo bảng 7.2 của tài liệu [11] Do = 1 nên C = 5,36.
: khoảng cách của đà dọc đáy chia cho khoảng cách sườn.
Thay số vào (3.24) được: 8,89 (mm)
Kết cấu: kết cấu để sườn không mất ổn định ngang.
Khoảng cách sườn được chọn S = 500 mm - bằng khoảng sườn tiêu chuẩn ghi trong quy phạm.
Môđun chống uốn tiết diện của sườn ngang ở phía sau của 0,15L tính từ mũi tàu phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
l = 1,34 (m): khoảng cách thẳng đứng từ mặt trên lớp đáy trên hoặc là từ mặt đà ngang cuả đáy đơn ở mạn đến mặt trên của xà ngang boong, tại mạn (m).
h = 0,45 (m): là khoảng cách thẳng đứng từ mút dưới của l ở chỗ được đo đến điểm d + 0,026L Nếu khoảng cách đó nhỏ hơn 0,5D thì h được lấy bằng 0,5D(m)
Mođun chống uốn của sườn ngang ở phía trước của 0,15L tính từ mũi tàu phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức:
Thay số: Wu = 37,5 x 0,5 x 0,45 x 1,34 2 = 15,15 (cm 3 ) Để đơn giản cho chế tạo ta chọn sườn từ mũi đến đuôi có cùng kích thước 50x60x5 (mm) (hình
Để kiểm tra mô đun chống uốn của tiết diện sườn theo quy phạm, cần áp dụng phương pháp tính sức bền vật liệu Để đơn giản hóa quá trình tính toán, tiết diện sườn được chia thành ba phần, từ đó xác định mômen quán tính của nó.
W u x (3.27) Vậy sườn đã chọn thoả mãn theo yêu cầu của quy phạm.
3.5.3.3 Đối với các kết cấu đáy (FRP) [TCVN 6282 – 2003, chương 10]
Để thuận lợi cho quá trình thi công và chế tạo, sườn và đà được đúc liền và
H 3-4: Kích thước sườn cùng có kích thước là: 50x60x5 (mm), có Wu = 17,38 (cm 3 ).
Theo quy phạm quy định môđun chống uốn tiết diện của đà ngang đáy không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
Wu = 15,4SDb = 15,4 x 0,5 x 1,5 x 1,2 ,86 (cm 3 ) (3.28) Vậy kích thước đà ngang đáy thoả mãn theo điều kiện của quy phạm.
- Sống chính đi suốt từ vách mũi đến vách đuôi như luật định
Chiều dày tấm thành sống chính không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
Chiều rộng tấm mép sống chính không nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:
Chiều dày tấm mép sống chính không nhỏ hơn trị số tính theo công thức:
Vậy chọn sống chính 40x80x10 (mm) (hình 3.5).
3.5.3.4 Kết cấu vách kín nước (FRP) [TCVN 6282 – 2003, chương13]
Vách kín nước phải được lắp đặt đúng theo quy định tại mục 1.3.1 Chiều cao của vách kín nước kéo dài từ đáy đến gần boong, và cần gia cường ở các vị trí nối giữa vách với đáy, vách với mạn và vách với boong.
Kết cấu vách kín nước:
Các vách kín nước được kết cấu bằng vật liệu FRP một lớp có các nẹp gia cường Khoảng cách giữa các nẹp được chọn là 0,4 mm.
Chiều dày của vách kết cấu một lớp: h S
S = 0,4 m: khoảng cách giữa các nẹp
h = 1,5 m: khoảng cách thẳng đứng từ cạnh dưới của vách đến mặt trên của lớp boong đo ở đường tâm tàu.
Thay số: 12 x 0 , 4 x 1 , 5 = 5,8 (mm); Chọn = 6 mm.
Mođun chống uốn tiết diện ngang của nẹp vách:
Đối với nẹp đứng vách:
l = 0,4 m: tổng chiều dài giữa các đế lân cận của nẹp
h = 2,4 m: 0,8 khoảng cách thẳng đứng từ trung điểm của l đến mặt trên của lớp boong trên ở đường tâm tàu cộng 1,2 m.
C = 30: hệ số khi các nẹp được xén vát.
Chọn nẹp có kích thước 30x30x3 (mm) (hình 3.6).
Kiểm tra nẹp theo sức bền vật liệu:
Momen quán tính của tiết diện nẹp:
Momen chống uốn của một nẹp:
Do có 3 nẹp đứng vách nêm:
Vậy kích thước đã chọn của nẹp đủ bền.
Đối với nẹp ngang: (hình 3.7)
l = 0,33 m: tổng chiều dài giữa các đế lân cận của nẹp
h = 2 m: 0,8 khoảng cách thẳng đứng từ trung điểm của l đến mặt trên của lớp boong trên ở đường tâm tàu cộng 1,2 m.
C = 30: hệ số khi các nẹp được xén vát.
Wu 30 x 0,34 x 2 x 0,33 2 = 2,61 (cm 3 ) Để đơn giản cho chế tạo ta chọn nẹp ngang có cùng kích thước 30x30x3 (mm).
Momen chống uốn của các nẹp:
Vậy nẹp ngang đủ bền
3.5.3.5 Kết cấu boong [TCVN 6282 – 2003, chương 8]
Boong tàu được chế tạo từ vật liệu composite một lớp liên tục, đảm bảo tính kín nước theo quy định Độ cong boong được chọn là B:100, và cấu trúc boong được thiết kế theo hệ thống kết cấu ngang nhằm đảm bảo độ cứng vững ngang cho tàu.
Chiều dày tối thiểu của boong:
Chiều dày của lớp boong trên ở đoạn giữa tàu trong hệ thống kết cấu ngang:
H 3-7: Bố trí chung các nẹp h S
S = 0,5 (m): khoảng cách các xà ngang h = 0,5 tấn/m 2 : tải trọng được tính trong trường hợp thùng rác đặt trên một đơn vị diện tích.
Chiều dày của lớp boong trên ở đoạn giữa tàu và chiều dày của các lớp boong khác: h S
Thay số: 13 x 0 , 5 0 , 5 4 , 58 (mm) Để dễ thi công trong chế tạo chọn = 7 mm.
Các vị trí lỗ khoét trên boong theo quy định của quy phạm và chiều dày của lớp boong được gia cường thích đáng.
3.5.3.6 Kết cấu xà boong (TCVN 6282 – 2003, chương 11)
Xà boong được đặt ở mỗi sườn với độ cong được chọn B:100.
Mođun chống uốn tiết diện của xà ngang boong:
Wu ≥ CShl 2 (cm³) (3.36) với lmax = 3,6 m, là khoảng cách nằm ngang từ đỉnh trong của mã xà đến đế tựa gần nhất của boong Khoảng cách l chính là khoảng cách ngang từ mã liên kết xà ngang boong với sườn tại mũi tàu, tương ứng với giá trị lmax của thân trái đến mã liên kết với thân phải.
C = 28: hệ số xà ngang boong
Sau khi tính toán sơ bộ ta chọn tiết diện ngang của xà ngang boong có kích thước: 60x120x5 (mm) (hình3.8)
Kiểm tra độ bền của xà ngang boong theo quy phạm:
Để kiểm tra mô-đun chống uốn của tiết diện xà ngang, chúng ta áp dụng phương pháp sức bền vật liệu Để đơn giản hóa quá trình tính toán, tiết diện xà ngang được chia thành 3 phần Momen quán tính của tiết diện xà ngang sẽ được xác định dựa trên cách chia này.
(cm 3 ) Vậy thanh có kích thước đã chọn đủ bền.
3.5.3.7 Kết cấu sống dọc dưới boong [TCVN 6282 – 2003, chương 12]
Vị trí đặt các sống dọc dưới boong là các vị trí 1, 2, 3, 4 ở hình 3.9
Mođun chống uốn của tiết diện sống:
C = 42: hệ số tính toán ở đoạn giữa tàu
Khoảng cách giữa các đế tựa của sống là 0,5 mét, với sống được tựa lên các xà ngang boong Khoảng cách giữa các xà ngang boong tương ứng với khoảng sườ
b = 0,6 (m): khoảng cách giữa các trung điểm của các khoảng cách từ sống đến các sống lân cận hoặc đến đỉnh trong của mã (m).
Dựa vào tính toán sơ bộ ta chon kết cấu xà dọc boong có kích thước tiết diện 20x40x3
H 3-9: Vị trí đặt xà dọc boong
(hình 3.10), để đơn giản trong chế tạo ta chọn tất cả các xà dọc boong có cùng kích thước như trên.
Kiểm tra độ bền thanh theo sức bền vật liệu.
Kết luận: xà dọc boong được chọn đủ bền.
Việc trát lớp trở nên khó khăn do khoảng cách khe là 20 mm Để đơn giản hóa quá trình thi công, chúng tôi lựa chọn xà dọc boong với kích thước 30x40x3 (hình 3.13).
3.5.4 Kết cấu cơ bản của tàu thiết kế
3.5.4.1 Kích thước kết cấu chính
Từ kết quả tính toán kết cấu ở phần 3.3.4, tổng hợp lại được kích thước và vật liệu các kết cấu chính của tàu như bảng 3.6.
Bảng 3.6: Kích thước kết cấu chính
STT Tên chi tiết Kích thước (mm) Vật liệu
2 Lớp vỏ giữa đáy 13 FRP
3 Sườn ngang + Đà ngang đáy 50 x 60 x 5 FRP
7 Vách kín nước khu vực mũi tàu 8 FRP
8 Vách kín nước các khu vực khác 6 FRP
13 Sàn kín nước dọc tàu 5 FRP
14 Xà ngang boong khu vực hầm máy 70x140x5 FRP
3.5.4.2 Bản vẽ kết cấu cơ bản
Dựa trên kết quả từ bảng 3.6 và hình thiết kế, cùng với các yêu cầu cơ bản của tàu, đã xây dựng được bản vẽ kết cấu cơ bản.
THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG TOÀN TÀU
3.6.1 Ảnh hưởng của việc bố trí chung toàn tàu.
Thiết kế bố trí chung toàn tàu có ảnh hưởng lớn đến yêu cầu sử dụng, tính năng hàng hải và tính kinh tế của con tàu Bố trí này phụ thuộc vào chức năng và nhiệm vụ của tàu, vì tàu thuỷ không chỉ là phương tiện vận tải mà còn là công trình kiến trúc nổi Do đó, ngoài việc đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, thiết kế còn cần chú ý đến tính thẩm mỹ Thiết kế bố trí chung toàn tàu là yếu tố quyết định vẻ đẹp và không gian của con tàu.
Tàu thiết kế là loại tàu hàng cần chú trọng đến tính kinh tế và đặc điểm khai thác bốc xếp Đồng thời, cần xem xét điều kiện khí hậu nhiệt đới để cải thiện môi trường làm việc cho thủy thủ và công nhân trên tàu, đảm bảo rằng các phương tiện an toàn và cứu sinh được trang bị đầy đủ và bố trí hợp lý.
Nguyên tắc chung khi bố trí phải xét tới là:
Lối đi lại trên tàu dễ dàng, an toàn, sinh hoạt thoải mái.
Đảm bảo khoang chứa hàng có dung tích đầy đủ là rất quan trọng để có thể chứa đủ lượng hàng hóa cần thiết Việc bốc dỡ và chuyển hàng trên các tàu cần được tổ chức một cách thuận lợi và an toàn để tối ưu hóa quy trình vận chuyển.
Đảm bảo điều kiện làm việc thuận lợi.
Thuận lợi cho việc dằn tàu và điều chỉnh trạng thái cân bằng.
Lối thoát hiểm đủ rộng, đảm bảo mọi người trên tàu nhanh chóng thoát hiểm trong trường hợp tàu gặp sự cố.
Thiết bị trên boong được sắp xếp, bố trí hợp vị trí, đảm bảo thao tác dễ dàng và an toàn.
3.6.2 Bố trí chung của tàu thiết kế.
Bố trí chung toàn tàu đươc thiết kế tuân theo quy định của quy phạm:
Quy phạm kiểm tra và chế tạo các tàu làm bằng chất dẻo cốt sợi thuỷ tinh: TCVN 6282- 2003.
Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN 5801-2001 quy định việc bịt kín mặt boong của tàu nhằm ngăn chặn hiện tượng nước tràn vào các khoang tàu khi tàu lắc Các miệng két được lắp đặt để đảm bảo tính an toàn và ổn định cho tàu trong quá trình hoạt động.
Việc phân chia các khoang trên tàu là bước khởi đầu quan trọng trong thiết kế bố trí tàu, giúp đảm bảo tính chống chìm và độ bền ngang cho tàu Đồng thời, việc này còn tạo ra sự ngăn cách giữa các khoang với mục đích sử dụng khác nhau.
Trên cơ sở tham khảo tàu mẫu, kết hợp với yêu cầu cơ bản của tàu thiết kế.
Bố trí cụ thể của tàu thiết kế như sau:
Vách ngang phía lái được đặt tại sườn số 0, có chức năng ngăn nước hiệu quả và tạo không gian cho phòng tắm và phòng vệ sinh.
Vách kín nước phòng tắm và phòng vệ sinh được bố trí tại sườn số 2, có vai trò quan trọng trong việc tạo độ kín nước cho các hầm chứa và phân chia ranh giới giữa khu vực đuôi và giữa tàu.
Các vách kín nước 5, 7, 9,11, 13, 15, 17 có tác dụng tạo tính kín nước và phân chia thành các hầm chứa khác nhau.
Vách mũi được lắp đặt tại sườn 19 và sườn 20 với độ dày lớn, giúp tăng cường độ ổn định cho phần mũi tàu trong quá trình hoạt động và chịu được tải trọng va đập từ sóng gió Ngoài ra, hai vách này còn có chức năng phân định ranh giới giữa khu vực mũi tàu và phần giữa của tàu.
Bàn lái, ghế lái và các thiết bị được sắp xếp từ sườn 19 đến sườn 11, nằm ngay trên boong tàu Trên bong lái, hệ thống lái và các dụng cụ hỗ trợ khác được lắp đặt để phục vụ cho việc điều khiển thuyền.
Thùng đựng rác được bố trí từ sườn 0 đến sườn 10 và được đặt ngay trên boong tàu.
Các miệng hầm được bố trí từ đuôi đến sườn 0 và từ sườn 3 đến sườn 19.
Buồng máy bố trí từ sườn 0 đến sườn 2 Buồng máy được đặt tại giữa tàu.
Sàn kín nước dọc tàu bố trí từ đuôi đến sườn 0 và từ sườn 3 đến mũi Sàn tạo độ kín nước cho các hầm chứa.
Hầm chứa Acqui bố trí từ sườn 0 đến sườn 2 nằm bên mạn phải cân bằng với phòng tắm và vệ sinh.
Nhà vệ sinh và phòng tắm được bố trí chung trong một không gian từ sườn 0 đến sườn 2, nằm bên mạn trái của tàu Cả hai khu vực đều có cầu thang dẫn xuống từ đuôi tàu đến sườn 0 và được thiết kế với vách dâng cao.
Hầm chứa nhiên liệu bao gồm hai hầm được bố trí từ sườn 2 đến sườn 7, cung cấp nước uống và nước sinh hoạt cho các khu vực như nhà vệ sinh và nhà tắm.
Hầm chứa nước ngọt từ sườn 7 đến sườn 11
Hầm chứa thiết bị phục vụ cơ cấu vớt rác : bơm thuỷ lực, két dầu… bố trí từ sườn 11 đến sườn 17.
Hầm mũi từ sườn 17 đến sườn 19 Đây là hầm chứa xích neo, tời neo, mỏ neo và dây chằng buộc tàu.
Lan can tàu được thiết kế linh hoạt, có thể bố trí xung quanh boong tàu và dựa vào các cột chống để đảm bảo an toàn Chất liệu chế tạo lan can thường là Inox, mang lại vẻ sang trọng và hiện đại cho tàu Một trong những tính năng nổi bật của lan can tàu là khả năng đóng mở dễ dàng, giúp việc di chuyển và sử dụng trở nên tiện lợi hơn Khi mở, lan can có thể được thả xuống hai mạn tàu thông qua các chốt liên kết với cột chống, tạo sự linh hoạt và an toàn cho người sử dụng.
Cột chống gồm 4 cột bằng Inox, bố trí phía trên sườn 1, 7 nơi có sườn, xà dọc và xà ngang boong đi qua.
Mái che bằng composite có khung cứng vững Dùng bạt để che và có thể đóng mở khi cần.
Các phao cứu sinh được bố trí hai bên tàu.
Máy chính được đặt trong hầm máy, trọng tâm của máy trùng với trung điểm của hầm máy.
Cơ cấu vớt rác được đặt trên boong, bố trí từ sườn 12 đến sườn 19.
Yêu cầu chung khi bố trí:
Việc sắp xếp trang thiết bị năng lượng trong buồng máy tàu cần tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn của ngành hàng hải.
Máy chính được lắp đặt trong hầm máy, từ sườn số 0 đến sườn số 2, với trục động cơ nằm trong mặt phẳng cắt dọc giữa tàu và song song với đường cơ bản.
Tất cả các tải trọng, trang thiết bị và két được sắp xếp đối xứng qua mặt phẳng cắt dọc giữa tàu, nhằm đảm bảo độ ổn định cho tàu.
3.6.3 Bản vẽ bố trí chung
Bản vẽ bố trí chung được thể hiện như ở bản vẽ.
3.6.4 Tính trọng tâm, trọng lượng tàu
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH
3.7.1 Tính toán ổn định cho tàu thiết kế:
Tàu thiết kế được kiểm tra ổn định theo yêu cầu Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN 5801: 2001, tàu được kiểm tra ở 4 trường hợp tải trọng:
Trường hợp 1: Tàu đủ tải và toàn bộ dự trữ
Trường hợp 2: Tàu đủ tải và 10% dự trữ
Trường hợp 3: Tàu không tải và 100% dự trữ
Trường hợp 4: Tàu không tải và 10% dự trữ.
3.7.2.1 Trường hợp 1: Tàu đủ tải và toàn bộ dự trữ
T Thành phần P (Tấn) Xg (m) Mx (t.m) Zg (m) Mz
5 Trọng lượng bì của thùng rác 0,85 -2,1 -1,785 2,05 1,743
3.7.2.2 Trường hợp 2: Tàu đủ tải và 10% dự trữ
STT Thành phần P (Tấn) Xg (m) Mx (t.m) Zg (m) Mz
5 Trọng lượng bì của thùng 0,85 -2,1 -1,785 2,05 1,743 rác
3.7.2.3 Trường hợp 3: Tàu không tải và 100% dự trữ
STT Thành phần P (Tấn) Xg (m) Mx (t.m) Zg (m) Mz
3.7.2.4 Trường hợp 4 : Tàu không tải và 10% dự trữ.
T Thành phần P (Tấn) Xg (m) Mx (t.m) Zg (m) Mz
3.7.2 Tính ổn định ban đầu
Ta tính tính ổn định ban đầu của tàu theo bảng 3.12 sau:
Bảng 3.8: Tính toán ổn định ban đầu
STT Đại lượng Ký hiệu ĐV Các trường hợp tải
8 Bán kính ổn định tâm dọc R m 8,074 8,338 11,946 12,474
10 Chiều cao ổn định tâm dọc H m 6,998 7,214 11,043 11,535
13 Hoành độ mặt đường nước X f m -0,139 -0,145 -0,184 -0,159
18 Bán kính ổn định tâm ngang r m 3,454 3,63 5,412 5,874
19 Chiều cao ổn định tâm ban đầu h 0 m 2,379 2,505 4,509 4,936
Nhận xét: h0 rất lớn trong cả 4 trường hợp chứng tỏ ổn định ban đầu của tàu là đảm bảo.
3.7.3 Tính tay đòn ổn định cho tàu ở các trường hợp
Ta sử dụng phương pháp Krưlov Dargnies để tính
Phân chia các đường sườn theo phương pháp Chebưsev
Vẽ hai đường sườn Chebưsev cho cả hai thân trên cùng một tờ giấy
Dựng đường nước ban đầu (φ = 0 0 ) WL0;
H 3-11 Dựng đường nước thể tích tương đương
Trong quá trình nghiên cứu, chúng ta xác định qua tâm S0 của đường nước ban đầu và vẽ đường nước phụ thứ nhất WL’1 với góc nghiêng Δφ = 5 độ Ở đây, thân phải nghiêng vào nước trong khi thân trái nhô khỏi mặt nước.
Khi tàu nghiêng quanh trục dọc đi qua điểm S0, tâm diện tích đường nước bên phải dịch chuyển khoảng η p1, trong khi bên trái dịch chuyển khoảng η tr1 Tổng thể tàu sẽ dịch chuyển một khoảng là η k1.
Tâm diện tích mỗi thân cách tâm quay một khoảng là lp1 và ltr1
Các giá trị a, b ghi vào bảng 3.9
Tính toán theo bảng 3.9 ta tìm được khoảng cách từ tâm đường nước phụ S’1 đến S0: η k1
Đo trờn đường WL0 một đoạn S0O0 = ẵ η k1
Qua O0 dựng đường song song với WL’1 , đường này chính là đường nước thể tích tương đương WL1;
Từ S1 hạ đường vuông góc xuống WL1, S1 là trọng tâm của WL1; tâm diện tích đường nước của mỗi thân được xác định nhờ η p1 và η tr1
Đối với các góc nghiêng tiếp theo, đường nước phụ WL’2 vẽ qua điểm S1, đường nước phụ WL’3 vẽ qua điểm S2 và cứ tiếp tục cho đến hết;
Các phép toán tiếp tục tính theo bảng 3.10 và 3.11;
Tính toán ở trường hợp thứ nhất = 11,848 Tấn; Zg = 1,615 m
Bảng 3.9 Đường nước phụ thứ nhất φ1 = 5 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a 2 b 2 a 3 b 3 a(m) b(m) a 2 b 2 a 3 b 3
Bảng 3.10 Đường nước phụ thứ hai φ1 = 10 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a(m) b(m)
Bảng 3.11 Đường nước phụ thứ ba φ1 = 15 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a(m) b(m)
Bảng 3.12 Đường nước phụ thứ tư φ1 = 20 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a(m) b(m)
Bảng 3.13 Đường nước phụ thứ năm φ1 = 25 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a(m) b(m)
Bảng 3.14 Đường nước phụ thứ sáu φ1 = 30 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a(m) b(m)
Bảng 3.15 Đường nước phụ thứ bảy φ1 = 35 0
Sườn Thân phải Thân trái a(m) b(m) a(m) b(m)
Bảng 3.16 Bảng giá trị bán kính tâm nghiêng φ 0 0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 r i (m) 3,454 2,616 2,556 2,419 1,463 1,231 1,019 0,993
Bảng 3.17 Tính yc và Zc - Zco φ 0 r( φ ) r( φ ) co sφ T ổn g tíc h ph ân ∑ ( 3) r( φ ) si nφ T ổn g tíc h ph ân ( 5) Y c = Δ φ /2 (4 ) Z c – Z co = Δ φ /2 (6 )
H 3-12: Đồ thị ổn định trường hợp 1
Tính toán ở trường hợp thứ hai = 11,128 Tấn; Zg = 1,645 m
Bảng 3.19 Bảng giá trị bán kính tâm nghiêng φ 0 0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 r i (m) 3,630 2,982 2,753 2,436 2,168 1,595 1,241 1,023
Bảng 3.20 Tính yc và Zc - Zco φ 0 r( φ ) r( φ ) co sφ T ổn g tí ch p hâ n ∑ ( 3) r( φ ) si nφ T ổn g tí ch p hâ n (5 ) Y c = Δ φ /2 (4 ) Z c – Z co = Δ φ /2 (6 )
Bảng 3.21 trình bày tính toán cánh tay đòn ổn định tĩnh và động với công thức φ 0 Y c Z c – Z co Y c c os φ (Z c – Z co ) si nφ l v = (4) + (5) l d = a o s in φ Cánh tay đòn ổn định tĩnh L được tính bằng công thức (6) – (7) Y c s in φ (Z c – Z co ) co sφ a o (1- co sφ) Cánh tay đòn ổn định động d được xác định qua công thức (9) - (10) - (11).
H 3-13: Đồ thị ổn định trường hợp 2
Tính toán ở trường hợp thứ ba = 6,998 Tấn; Zg = 1,314 m
Bảng 3.22 Bảng giá trị bán kính tâm nghiêng φ 0 0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 r i (m) 5,412 4,431 4,256 3,001 2,198 1,897 1,372 1,107
Bảng 3.23 Tính yc và Zc - Zco φ 0 r( φ ) r( φ ) co sφ T ổn g tí ch p hâ n ∑ ( 3) r( φ ) si nφ T ổn g tí ch p hâ n (5 ) Y c = Δ φ /2 (4 ) Z c – Z co = Δ φ /2 (6 )
Bảng 3.24 trình bày cách tính cánh tay đòn ổn định tĩnh và động với các công thức φ 0 Y c Z c – Z co Y c c os φ (Z c – Z co ) si nφ l v = (4) + (5) l d = a o s in φ Cánh tay đòn ổn định tĩnh được tính bằng công thức L = (6) – (7) Y c s in φ (Z c – Z co ) co sφ a o (1 - co sφ) Đối với cánh tay đòn ổn định động, công thức được áp dụng là d = (9) - (10) - (11).
Tính toán ở trường hợp thứ tư = 6,323 Tấn; Zg = 1,331 m
Bảng 3.25 Bảng giá trị bán kính tâm nghiêng φ 0 0 5 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 r i (m) 5,874 4,524 4,308 3,129 2,357 1,986 1,435 1,108
Bảng 3.26 Tính yc và Zc - Zco φ 0 r( φ ) r( φ ) co sφ T ổn g tí ch p hâ n ∑ ( 3) r( φ ) si nφ T ổn g tí ch p hâ n (5 ) Y c = Δ φ /2 (4 ) Z c – Z co = Δ φ /2 (6 )
Bảng 3.27 trình bày công thức tính cánh tay đòn ổn định tĩnh và động, với các thông số φ, Yc, Zc, và Zco Cánh tay đòn ổn định tĩnh được tính bằng công thức L = (6) – (7) Yc sin φ (Zc – Zco) cos φ a0 (1 - cos φ) Còn cánh tay đòn ổn định động được xác định qua công thức d = (9) - (10) - (11) Những công thức này giúp hiểu rõ hơn về sự ổn định của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.
H 3-15: Đồ thị ổn định trường hợp 4
3.7.4 Kết luận phần kiểm tra ổn định
Qua kết quả tính toán ở phần này, lấy các giá trị nhỏ nhất của các trường hợp, ta rút ra được kết luận sau:
Chiều cao tâm nghiêng ban đầu lớn h0 = 2,379 m
Bán kính tâm nghiêng giảm rất nhanh khi góc nghiêng tăng dần
Cánh tay đòn ổn định tĩnh tại φ = 30 0 : lφ30 = 1,513 m
Góc ứng với cánh tay đòn ổn định cực đại φ > 35 0
Diện tích dưới đường cong ổn định tĩnh GZ có giá trị 1,37 m.rad khi tính đến góc nghiêng 30 0
Hiện tại, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn ổn định cụ thể cho tàu hai thân Tuy nhiên, các kết quả tính toán và thực tiễn đã chứng minh rằng tàu hai thân có tính ổn định rất cao.
TÍNH SỨC CẢN VÀ NGHIỆM CÔNG SUẤT MÁY CHÍNH
Xét về nguyên nhân của hiện tượng dòng chảy xung quanh vỏ tàu thì sức cản của tàu gồm các thành phần sau:
R = Rf + Rw + Rp + Rd (3.42) Trong đó:
+ Rf là sức cản ma sát.
+ Rp là sức cản hình dáng.
+ Rw là sức cản sinh sóng.
Sức cản phụ, ký hiệu là Rd, thường được tính toán bằng cách gộp hai thành phần Rw và Rp thành một, được gọi là sức cản dư Công thức tính sức cản dư này có dạng cụ thể, giúp tối ưu hóa quá trình tính toán.
Sức cản phụ Rd thường khó xác định và có độ lớn nhỏ, không đáng kể so với sức cản tổng thể của tàu Vì vậy, trong thực tế, công thức tính sức cản có thể được xem là gần đúng.
3.8.1 Sức cản ma sát của vỏ tàu ( R f )
Sức cản ma sát của tàu được xác định dựa trên sức cản của tấm phẳng, có tính đến độ cong và độ nhám của bề mặt vỏ tàu Công thức tổng quát được áp dụng để tính toán chính xác sức cản này.
Để tính diện tích mặt ướt của vỏ tàu, ta sử dụng công thức kinh nghiệm phù hợp với tàu thiết kế có hình dáng gầy với tỷ lệ = 0,375 Công thức áp dụng cho trường hợp 0,29 < cho phép xác định diện tích mặt ướt của thân tàu (m²) dựa trên tốc độ tàu (m/s).
+ Mật độ nước biển: ρ = 104,5 (Kg.s 2 /m 4 ) + Cmst: Hệ số sức cản ma sát của tàu tính theo công thức
Cmstptd là hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu, có chiều dài và diện tích ướt giống như tàu, và di chuyển trong cùng một chất lỏng với tốc độ tương đương.
Hệ số k phản ánh ảnh hưởng của độ cong bề mặt vỏ tàu so với tấm phẳng, có giá trị dao động từ 1,02 đến 1,08 Giá trị này được xác định dựa trên tỷ số L/B.
Hệ số ∆Cbm phản ánh ảnh hưởng của độ nhám bề mặt vỏ tàu, thường nằm trong khoảng từ 0,0003 đến 0,0008 Giá trị này phụ thuộc vào loại vật liệu làm vỏ tàu cũng như các điều kiện làm việc khác nhau.
Để tính sức cản ma sát của tàu xuồng nhỏ với ∆Cbm từ 0,0003 đến 0,0006, trước tiên cần xác định sức cản ma sát cho một thân con của tàu Sau đó, kết quả này được nhân đôi để có được sức cản ma sát tổng thể của tàu.
Sức cản ma sát của một thân con của tàu :
Thân con có tỷ số L/B = 10,7 , tra bảng tìm được k =1,02
Tính hệ số sức cản ma sát của tấm phẳng tương đương với tàu :
Theo công thức của Hội nghị quốc tế bể thử lần thứ VIII (ITTC -1957)
(3.47) Với Re là số Reynolds
+ V : vận tốc chuyển động của tấm phẳng, (m/s) + L: Chiều dài tàu; L = 11 (m)
+ ν : Hệ số nhớt động học của nước
Tra bảng ta có nhiệt độ nước biển t 0 = 20 0 C, tìm được ν = 1,57 10 -6 (m 2 /s).
Từ các công thức tính toán ở trên ta có bảng kết quả tính toán sức cản ma sát theo tốc độ tàu như bảng sau :
Bảng 3.28 : Bảng tính sức cản ma sát
Vận tốc tàu Giá trị
Hl/h m/s Re Cmstptd Cmst Rf (kG)
Sức cản dư của tàu hai thân theo Alferive được tính theo công thức:
+ D – lượng chiếm nước của cả hai thân, (tấn) + r 0 L B / - hệ số sức cản dư, phụ thuộc vào tỷ lệ L/B (B là chiều rộng của một thân) và các tham số sau: d v 3
Fr g V (3.50) + V – thể tích chiếm nước, (m 3 )
+ c – khoảng cách giữa hai thân ở giữa tàu, (m) + B – chiều rộng của một thân, (m)
+ ǽB/T – hệ số chiếu cố ảnh hưởng của B/T, được xác định bằng công thức: ǽ B/T = 0 / / *
Hệ số sức cản dư (r) của tàu được xác định dựa trên tỷ lệ chiều dài (L) và chiều rộng (B) của tàu, cùng với tỷ lệ chiều rộng (B) và chiều cao (T) của thiết kế Hệ số này cũng có thể được so sánh với đồ thị chuẩn để đánh giá hiệu suất của tàu.
+ ǽδ - hệ số chiếu cố ảnh hưởng của được xác định bằng công thức: ǽδ / *
Dựa vào đồ thị hình 8-14 ÷ 8-23, [Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy_Tập 1_Trang
475] ta xác định được các hệ số.
Từ các công thức tính toán ở trên ta có kết quả tính toán sức cản dư theo tốc độ tàu như bảng sau :
Bảng 3.29 : Bảng tính sức cản dư
Vận tốc tàu Giá trị
3.8.3 Sức cản toàn phần và nghiệm công suất máy chính
Từ 2 bảng tính trên, ta xác định được sức cản tổng hợp tác dụng lên tàu khi tàu chuyển động.
Công suất có ích của thiết bị động lực Ne xác định theo công thức :
: hiệu suất tổng hợp của liên hợp tàu, xác định theo công thức :
Hiệu suất cơ khí được xác định với hệ số ck = 0,86, phản ánh các tổn thất cơ học xảy ra trong quá trình truyền công suất từ động cơ đến chân vịt, bao gồm các mất mát trên đường trục, hộp số và trong các gối đỡ.
p = 0,7: hiệu suất chân vịt, tính đến các mất mát năng lượng khi chân vịt làm việc.
tt = 0,84: hiệu suất thân tàu, tính đến mất mát năng lượng do ảnh hưởng qua lại giữa thân tàu với chân vịt
Bảng 3.30 : Bảng tính sức cản toàn phần và nghiệm công suất máy chính
Vận tốc tàu Giá trị
Hl/h m/s Rf (kG) R0 (kG) R(kG) Ne (Hp)
Từ bảng 3.23 ta vẽ được đồ thị sức cản và nghiệm công suất máy chính :
Để đảm bảo hiệu suất hoạt động và dự trữ công suất cho các hệ thống như chiếu sáng, hút khô và cơ cấu vớt rác, tàu được trang bị máy chính VIKYNO DIESEL EV 2400-N với các thông số kỹ thuật nổi bật.
Loại 4 kỳ, 1 xilanh, nằm ngang Đường kính x hành trình pittông (mm) 116 x 105
Công suất định mức (Mã lực/vòng/phút)
Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/Mã lực/giờ) 165
Moment cực đại (kgm/vòng/phút) 8.3
Hệ thống làm mát Két nước
Hệ thống đốt nhiên liệu Phun trực tiếp
Thể tích nước làm mát (l) 4.7
Thể tích thùng nhiên liệu (l) 16
Thể tích dầu bôi trơn (l) 5
Hệ thống khởi động Tay quay
Kích thước:- Dài - Rộng - Cao (mm) 943 - 453 - 667
THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
Sau hơn ba tháng nghiên cứu và dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Trần Gia Thái, tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp với chủ đề “Nghiên cứu thiết kế sơ bộ một mẫu tàu xử lý rác ven biển” Qua quá trình này, tôi không chỉ củng cố kiến thức đã học mà còn thu được nhiều kiến thức bổ ích về tàu thuyền, đặc biệt là tàu hai thân.
Qua tìm hiểu về lĩnh vực tàu hai thân thì em xin được đưa ra những thảo luận về vấn đề này như sau:
Thiết kế tàu hai thân là một thách thức mới mẻ tại Việt Nam, đặc biệt đối với sinh viên Quá trình thực hiện đề tài đã cho thấy sự phức tạp trong thiết kế và tính toán, nhưng cũng mở ra nhiều cơ hội để tiếp thu kiến thức mới và mở rộng tầm nhìn về lĩnh vực này.
Tàu hai thân mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như diện tích sử dụng mặt boong lớn, tính ổn định cao và sức cản thấp Những lợi ích này cho phép tàu hai thân được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như khai thác đánh bắt cá, vận chuyển hành khách và hàng hóa Qua tìm hiểu, tôi nhận thấy rằng lĩnh vực tàu hai thân không chỉ hiện tại mà còn có tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai.
Quy phạm thiết kế tàu hai thân ở Việt Nam hiện còn thiếu hoàn thiện, với các công thức và yêu cầu chưa cụ thể và thực tiễn Cần có sự sửa đổi và bổ sung từ phía nhà nước để nâng cao chất lượng và tính khả thi của quy phạm này.