kết cấu tàu thủy và công trình ngoài khơi

PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TRƯNG CÁC TÀU THỦY I.Khái niệm tàu thủy _ Tàu thủy là phương tiện nổi có công dụng chở hàng, chở người trong giao thông vận tải hoặc phục vụ các lĩnh vực khác của ngày k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH VIỆN HÀNG HẢI

KHOA KỸ THUẬT TÀU THỦY

Báo cáo

GVHD: Nguyễn Văn Công SVTH: Trần Minh Thiện

MSSV: 2151070038 LỚP: VT-21

Thành phố Hồ Chí Minh – 2024

KẾT CẤU TÀU THỦY VÀ CÔNG TRÌNH NGOÀI KHƠI

PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TRƯNG CÁC TÀU THỦY

I.Khái niệm tàu thủy

_ Tàu thủy là phương tiện nổi có công dụng chở hàng, chở người trong giao thông vận tải hoặc phục vụ các lĩnh vực khác của ngày kinh tế như dân sự và quốc phòng _ Tàu thủy đã ra đời các đây hơn 4000 năm và vẫn còn đang được nghiên cứu và phát triển nhằm phục vụ, đáp ứng ngày một tốt hơn đòi hỏi về mọi mặt của con người

II Phân loại

2.1 Tàu hoạt động trên nguyên tắc động học

2.2 Tàu hoạt động trên nguyên tắc thủy động lực

_ Sử dụng lực nâng của cánh chìm chạy trong nước nâng tàu lên lúc chạy (hydrolicvehicle)

_ Tàu lướt (planing craft) tàu có kết cấu đáy dạng tấm trượt thường gập hình chữ V Tấm trượt khi lướt trong nước tạo lực nâng và nhấc một phần tàu lên, giảm thể tích phần chìm khi chạy tăng tóc độc tàu

2.3 Tàu hoạt động trên nguyên lý định luật Archimedes

_ Trong trạng thái đứng yên hay chạy tàu chịu tác động từ lực đẩy từ dưới lên, gọi là lực lực nổi do nước tác động, luôn cân bằng với trọng lượng tàu trong trạng thái ấy Trong nhóm này bao gồm các loại tàu chạy sông, đi biển như tàu chở hàng, tàu chở dầu, tàu khách nói chung, tàu kéo, tàu đánh cá,… Xét thân tàu đặt biệt phần thân chìm trong nước có thể thấy trong nhóm nàu có tàu một thân, tàu hai thân, tàu ba thân

2.4 Tàu chở hàng khô + Tàu chở hàng tổng hợp

_ Thường dùng để chở các loại hàng đóng gói không theo đống như tàu hàng rời, hoặc một số loại hàng đặt biệt như cuộn thép

_ Do kích thước miệng hầm hàng rộng có thể chiếm tới 80%-85% chiều rộng boong nên chiều dày thành miệng hầm hàng lớn để đảm bảo khả năng chịu tải trọng của của kết cấu

_ Với các tàu cỡ lớn thường được thiết kế đáy đôi, mạn đơn

+ Tàu chở hàng rời (bulk carrier)

_ Thường dùng để chở các loại hàng hạt rời hoặc quặng, than đá

_ Do kích thước miệng hầm hàng rộng có thể chiếm tới 80%-85% chiều rộng boong nên chiều dày thành miệng hầm hàng lớn để đảm bảo khả năng chịu tải trọng của của kết cấu

_ Với các tàu cỡ lớn thường được thiết kế đáy đôi, mạn đơn

_ Để tránh hiện tượng mặt thoáng với các loại hàng rời tàu được thiết kế vách nghiêng (vách hẫng chân) để hạn chế mặt thoáng các loại hàng

+ Tàu chở Container

_ Thường dùng để chở các loại thùng công 20ft (TEU 20) hoặc 40ft (TEU40)

_ Đặc điểm kết cấu: do loại bỏ gần như hoàn toàn phần boong và hầm hàng chỉ được che bằng nấp hầm hàng rời ra Nên tàu có thiết kế đáy đôi, mạn kép và các vách gia cường để tham gia thêm vào thành phần chịu tải trọng trên tàu

+ Tàu RO-RO (tàu roll-on/ roll-off)

_ Dùng để vận chuyển các loại xe ô tô, xe tải,…

_ Thường được bố trì nhiều cửa ở đuôi, mạn, mũi và cầu dẫn để tiện cho việc vận chuyển hàng

+ Tàu chở hàng lạnh

_ Thường dùng để chở các loại hàng cần phải bảo quản ở nhiệt độ từ -27 độ đến 13 độ

_ Tàu thông thường vận chuyển hàng lạnh số lượng lớn

_ Tàu chuyên dùng, chở hàng đông lạnh và tàu đông lạnh, đặc biệt dành vận chuyển cá đông lạnh và hàng hóa khác

_ Tàu chứa container lạnh

_ Tàu chở nước ép trái cây hoặc chứa trong két đặc biệt

+ Tàu chở sà lan (tàu LASH)

_ Thường dùng để chở các sà lan không tự hành

_ Các xà lan được đưa lên tàu bằng các cổng trục gantry crane

+ Tàu chở hàng nặng (heavy cargo ship)

_ Tàu chở hàng nặng kiểu bán chìm _ Tàu chở hàng nặng kiểu thông thường _ Xà lan kéo

_ Ụ nổi

_ Trên thới giới các tàu dạng này được phát triển để chở các loại hàng siêu trường siêu trong có thể là cái cấu kiện nổi, thậm chí là các loại tàu khác,…

_ Hiện nay ở Việt Nam các tàu chở hàng loại này còn rất ít thông tin

2.5 Tàu chở dàu (Tankers)

_ Tàu chở dầu có nhiều kích cỡ, sức chở từ vài trăm tấn, bao gồm các tàu để phục vụ trong các cảng nhỏ và khu định cư ven biển đến vài trăm nghìn tấn để phục vụ cho vận chuyển dầu tầm xa

_ Tàu thường có từ hai đến ba vách dọc chạy suốt chiều dài tàu

_ Tàu thường có đáy đôi, mạn kép Không chỉ để bảo đảm độ bền kết cấu mà còn được dùng để tránh tràn dầu ra môi trường khi va trạm

_ Tàu được tranh bị thêm vách chống va ở mũi tàu

_ Vách tại các khoang hàng cũng được bố trí vách nghiêng để hạn chế mặt thoáng _ Hiện nay ở Việt Nam đã đóng được các tàu chở dầu thô nặng 104.000 tấn do công ty Dung Quất đóng Với một quất gia đang xem ngành dầu khí là một trong những ngành mũi nhọn Thì việc làm chủ công nghệ đóng tàu chở dầu vẫn đang được tập trung phát triển

+ Tàu chở khí hóa lỏng và hóa chất (liquefied gas carrier)

_ Dùng để chuyên chở khí hóa lỏng và các loại hóa chất _ Được phân loại theo kết cấu khoang hàng

+ Khoang hàng chịu áp lực + Khoang hàng nén bán phần + Khoang lạnh

_ Kết cấu két hàng:

+ Két liền hay bình khí ( các khoang hàng được có kết cấu liền với thân tàu + Két màng mỏng (thuộc kết cấu tàu, làm từ các lớp vật liệu tự trên các tấm cách nhiệt, còn các tấm cách nhiệt đó là chi tiết kết cấu thân tàu

_ Còn với loại phà đi biển thì nổi tiếng là vụ chìm phà Seoul là loại phà đặc trưng cho loại phà này

+ Tàu khách du lịch (cruise ship)

_ Kết cấu tàu khách có kết cấu nhiều boong trong thân và thượng tầng

_ Đặc biệt tàu khách thường phải thiết kết nhiều cửa ra và cửa bốc xếp hàng sẽ làm yếu kết cấu nên phải đặt biệt lưu ý

_ Hiện nay như cầu phát triển tàu khách cỡ lớn phục vụ du lịch vẫn đang được thịnh hành Một trong những đội tàu nổi tiếng nhất là Royal Caribbean có nhiều tàu khách du lịch thuộc loại lớn nhất thế giới

Một phần kết cấu của tàu khách du lịch

2.7 Tàu chuyên dùng + Tàu kéo (tug) _ Tàu kéo chạy biển

ước riêng

biến

giàn khoan dầu công trình nổi

_ Tàu kéo trong cảng

quay trở rất cao

để đảm bảo thông thoáng và tâm quan sát đủ lớn

+ Tàu công trình (workshop vessel)

_ Các phương tiện nổi phục vụ các công việc nạo vét luồng lạch trên các sông, cảng và đường sông đường biển Hai đặc trưng cơ bản là tàu hút bùn và tàu cuốc

+ Tàu hút bùn

_ Thực hiện hút bùn, đất từ lòng sông, cảng, cửa biển,… bằng các phương pháp thủy lực Bùn và đất được hút bằng ống và dẫn đến bơm thuộc dạng bơm bùn, nhờ bơm đẩy bằng đường ống đên các địa điểm tập kết

_ Hiện nay Việt Nam đã và đang có rất nhiều tàu loại này đang hoạt động

+ Tàu cuốc

_ Thực hiện nạo vét chuyển bùn đất bằng phương pháp cơ giới và thủy lực Dạng thường thấy là tàu cuốc nhiều gầu

+ Tàu vận chuyển bùn đất

_ Tàu có thể tự tách thân để đổ bùn đất xuống nước

_ Sà lan đổ bùn đất tự lật được sử dụng tại nhiều nước

+ Tàu đặt cáp ngầm (cable layer)

_ Được sử dụng để rải cáp điện, cáp thông tin liên lạ ngoài đại dương

_ Ở Việt Nam các tàu rải cáp đang được sử dụng để rải hệ thống cáp từ đảo Phú Quốc kết với đất liền

+ Tàu huấn luyện (tranning ship)

_ Phục vụ cho công tác huấn luyện thuyền viên đi biển

_ Các tàu là tàu buồm được trang bị động cơ Để các học viên được thực hành kỹ năng thao tác trên biển

_ Hiện tại Hải Quân Việt Nam đang vận hành một tàu loại này có tên là Lê Quý Đôn

2.8 Tàu phục vụ khai thác dầu khí trên thềm lục địa (offshore vessels)

_ Phục vụ cho công tác khai thác dầu khí Như thăm dò, các trạm chứa dầu, cung ứng dịch vụ và cung ứng vật liệu như phẩm (như bùn khoan, nhiên liệu, máy móc, đường ống)

+ Tàu dịch vụ cung ứng (platform supple vessels)

_ Tàu được thiết kế đặc biệt để cung cấp dịch vụ cho các giàn khoan dầu ngoài khơi

_ Hiện nay các tàu AHTS được phát triển rộng rãi để phục vụ cho ngành dầu khí, ngoài ra còn được sử dụng để nghiên cứu, thăm dò đáy biển, phục vụ các công trình nổi

_ Ở các quốc gia đang xu hướng lắp đặt các mạng lưới điện gió ở ngoài khơi cũng đc sử dụng các tàu này

_ Đặc biệt công ty Vard đang sản xuất tàu AHTS với khả năng tự động vận hành

+ Giàn cố định

_ Được đặt cố định tại các vị trí khai thác trong thời gian dài Cho nên phải được thiết kế chế tạo đủ độ bền, chịu được những điều kiện môi trường khác nghiệt nhất nhất tại vùng biển có mặt công trình

_ Thường hay được kết nối từ nhiều giàn với nhau bằng các cầu dẫn (bridges) gồm: • Wellhead platform – Giàn đầu giếng

• Process plaform – Giàn công nghệ

• Rise platform – Giàn đỡ hệ thống ống mềm • Living Quarter platform – Khu sinh hoạt

• Production and Quarter platform – Giàn chế biến có khu sinh hoạt • Flare Support platform – Giàn đỡ giàn dẫn khí đồng hành

_ Ở Việt Nam và trên thế giới các giàn loại này được dùng tương đối phổ biến tại các khu vực khai thác Ngoài gia các chân đế cũng được áp dụng để xây dựng các chuỗi nhà giàn

_ Gần đây nhất chúng ta vừa hạ thủy giàn Sao Vàng Đại Nguyệt cũng thuộc loại giàn này

+ Giàn trọng lực (gravity-fixed platform)

_ Đặc điểm khác với giàn cố định kết cấu thép, giàn trọng lực không đòi hỏi các cụm chân đế bằng sắt cắm trong lòng nền Với đường kính đáy đủ lớn giàn trọng lực có thể tựa lên trên đấy biển đã được chuẩn bị sẵn

_ Giàn có kết cấu bằng trụ bằng bê tông rỗng Khi di chuyển nó có tác dụng như các ballast Khi được đặt cố định nó được dùng như các két chứa dầu và có chức năng giữ giàn ổn định

+ Giàn khoan nửa chìm (Semi-submersible drill rig)

_ Giàn có khả năng làm việc ở sâu từ 60 đến 3000m

_ Kết cấu giàn nửa chìm gồm các pontoon chìm trong nước, làm nhiệm vụ đỡ các cột chống, trên đó có các boong và thượng tầng

_ Hiện tại các giàn bán chìm đang được sử dụng và tiếp tục phát triển Tiêu biểu ở Việt Nam là giàn khoan bán chìm Đại Hùng

+ Giàn khoan tự nâng (jack-up rig)

_ Kết cấu làm từ thép Thường có 3 hoặc 4 chân, hiện nay giàn tự nâng 3 chân đang được ưu tiên sử dụng và phát triển do những ưu điểm của nó

_ Giàn được sử dụng để phục vụ cho công tác khoan thăm dò và khai thác dầu do tính cơ động

_ Hiện nay ở Việt Nam cũng đã làm công nghệ thiết kế giàn tự nâng Hiện tại ta đã có giàn khoan tự nâng ba chân Cửu Long

+ Giàn khoan nổi chân chịu kéo (Tension Leg Platform)

_ Giàn có khả năng làm việc trong vùng nước sâu từ 100m đến 1500m Kết không khác nhiều với hệ thống giàn bán chìm Chỉ khác thay vì hệ thống dây chằng buộc của giàn nửa chìm, trên các giàn kiểu này sử dụng các “chân chống” định vị giàn tại nơi khai thác

_ Nguyên lý làm việc của “chân chống” dựa trên sức kéo của chính các chân Nói cách khác các “chân” của giàn nổi làm việc theo nguyên lý “phản nén”, không chịu tác động trực tiếp của trọng lượng giàn đang nằm trên nó mà chịu sức căng dưới tác động của giàn Các chân được định vị tại đáy biển, đầu kia gắn vào thân giàn

_ Nhờ nguyên lý trên các chuyển động do sóng biển gây ra gồm lắc đứng, lắc ngang, lắc dọc gần như bị triệt tiêu Các chuyển động đảo, xoay qua phải trái, tiến lùi do sóng gây ra còn phát huy tác dụng

+ Tàu khoan (drill ship)

_ Hiện nay trên thế giới đang vận hành hàng trăm tàu loại này

_ Tàu khoan có hình dáng không khác với tàu chở hàng nhưng được trang bị thêm các máy móc và tháp khoan Ngoài ra còn được trang bị hệ thống định vị phức tạp để giữ độ ổn định khi vận hành

_ Tàu khoan có thể tự vận hành bằng động cơ hoặc được các tàu kéo đi _ Công việc của tàu khoan là thực hiện khoan thăm dò

+ Cần cẩu nổi (crane barge)

_ Dùng trong ngành khai thác dầu khí có kích thước lớn, sức nâng lớn từ vài trăm tới vài nghìn tấn

+ Kho chứa dầu không bến (FPSO và FSO)

_ Bố trí các khu vực khai thác tác dụng Floaing nổi, chế biến Production, chứa dầu Storage, dỡ hàng Offloading

_ Các tàu loại này có chức năng là kho nổi hoặc trạm chế biến dầu tại các giàn khoan cách xa bờ Tàu có nhiều chứ năng tùy biến như chỉ làm kho chứ, hoặc có thể chế biến dầu sau đó được bơm trừ tiếp cho các tàu vận chuyển

_ Tàu có kết cấu khác với tàu thông thường là hệ thống kết cấu trên boong dùng để phục vụ cho công tác chứa và chế biến dầu

+ Tháp khoan

_ Tháp dây chằng (guyed tower)

• Tháp là kết cấu thép đế không lớn, dựng trên đáy biển, trụ vững nhờ hệ thống dây chằng thép neo tại đấy biển

• Kết cấu đặt biệt khác so với các kết cấu compliant khác là két dự trữ nổi bố trí ngay trong lòng tháp, tại vị trí không xa mặt thoáng đảm bảo lực nổi cho tháp

_ Tháp nổi (spar)

• Về mặt thiết kế tháp nổi không khác thác dây chằng Điểm khác biệt giữa chúng là trên tháp nổi số két dự trữ nổi nhiều hơn, tổng dung tích két lớn hơn Tháp nổi nhờ sức nổi các két này

+ Tháp buộc tàu

• Các cột nhân tạo (articulated bouyant) Liên kết giữa đầu nối đỉnh cột với tàu có thể nối trực tiếp bằng cáp (hawser) hoặc thông qua các thiết bị khác

+ Phao buộc tàu (Single buoy moorings)

• Các phao nổi làm nơi buộc tàu chứa đang dùng ở các nước trong đó có Việt Nam

• Phao nổi quay được 360 độ trên mặt nước

• Phao được nói với tàu thông qua ách và xích tàu nối qua hệ thống đặt biệt trên boong, mũi tàu để giữ không cho phép tàu trôi khỏi vị trí đang buộc

+ Tổng kết tàu và công trình phục vụ ngành khai thác dầu khí: các hệ thống này

đang được phát triển và rộng rãi ở nhiều nước trên thới giới Với Việt Nam quốc gia thu nguồn lợi không nhỏ từ dầu khí, có bờ biển dài, có các mỏ dầu và đặc biệt lượng băng cháy lớn Không nằm ngoài cuộc đua này Tuy đã có những thành công nhất định nhưng vẫn còn nhiều vấn đề đang được nghiên cứu và phát triển Dự kiến đây sẽ là một lĩnh vực còn được ưu tiên phát triển cao

2.9 Tàu đánh bắt và chế biến cá + Tàu cá (fishing vessels)

_ Tàu cá đặc trưng kết cấu theo hệ thống ngang thuận tiện cho việc chế tạo dễ sử dụng

_ Đặc tính tàu cá luôn làm việc trong chế độ nặng và yêu cầu đảm bảo độ bền cục bộ rất lớn Tàu liên tục va đập do vật cần có các biện pháp tăng cường độ bền _ Ở Việt Nam hiện nay tàu cá được đóng chủ yếu là vật liệu gỗ, thép và composite Trong đó ta đẩy mạnh phát triển tàu cá bằng vật liệu composite để phát triển cho đội tàu cá hiện nay

➢ Hạn chế cấp 1: cách bờ không quá 200 hải lý

➢ Hạn chế cấp 2: cách bờ và nơi trú ẩn không quá 50 hải lý ➢ Hạn chế cấp 3: cách bờ và nơi trú cẩn không quá 20 hải lý

ngầm, nhiều vật trôi nổi

+ Tàu sông

_ Cấp SI hoạt động trong vùng đường thủy nội địa có chiều cao sóng 2m _ Cấp SII hoạt động trong vùng đường thủy nội địa có chiều cao sóng 1.2m

2.11 Phân loại theo vật liệu đóng tàu

_ Tàu đóng bằng vật liệu kim loại + Thép carbon thấp

+ Thép độ bền cao

_ Tàu đóng bằng vật liệu phi kim loại + Tàu vỏ gỗ

+ Tàu xi măng + Tàu chất dẻo

2.12 Phân loại theo năng lượng cung cấp và kiểu thiết bị động lực

_ Tàu chạy bằng ngoại lực: sức gió (tàu buồm), tàu chạy bằng sóng biển

_ Tàu chạy bằng nội lực như động cơ đốt trong, tàu chạy bằng turbin, tàu chạy bằng động cơ điện

2.13 Phân loại theo kiến trúc và kết cấu

_ Tàu boong hở: mạn khô thấp, boong liên tục trên cùng là boong vách

_ Tàu boong kín: thường kết cấu 2 boong, boong liên tục trên cùng là boong kín nước, boong dưới cùng là boong vách, mạn khô cao

TÀI LIỆU THAM KHẢO

_ Lý Thuyết Tàu Thủy Tác giả: Vũ Ngọc Bích

_ Lý Thuyết Tàu Thủy Tác giả: Nguyễn Cảnh Thanh _ Kết cấu thân tàu Tác giả : Trần Công Nghị

_ Thiết kế, Giàn khoan di động, FPSO, Tàu dịch vụ ngoài khơi Tác giả: Trần Công Nghị - Đỗ Hùng Chiến

_ Các nguồn tài liệu tham khảo khác

MỤC LỤC

Phân Loại

2.2 Tàu hoạt động trên nguyên tắc thủy động lực Page 2 2.3 Tàu hoạt động trên nguyên lý định luật Archimedes Page 3

2.8 Tàu phục vụ khai thác dầu khí trên thềm lục địa (offshore vessels) Page 13

2.12 Phân loại theo năng lượng cung cấp và kiểu thiết bị động lực Page 23