Thiết kế tàu thủy ( Trần Công Nghị - Nxb ĐH quố gia ) - Chương 1 pptx

TRỌNG LƯNG TÀU. PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG 19 Chương 1 TRỌNG LƯNG TÀU. PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG 1.1 TRỌNG LƯNG VỎ TÀU Trọng lượng vỏ tàu trong các bài toán thiết kế được hiểu là tổng trọng lượng các chi tiết cấu thành thân tàu. Các nhóm trọng lượng chính gồm: a) Kết cấu bản thân thân tàu: vỏ tàu, các vách, boong, sàn, kết cấu gia cứng b) Thượng tầng và các lầu c) Các kết cấu bằng vật liệu phụ, tham gia vào thành phần thân tàu như gỗ, xi măng, vật liệu tổng hợp tham gia vào vỏ tàu bằng thép. Từ thực tế có thể nhận thấy rằng, trọng lượng bản thân thân tàu tỷ lệ với kích thước chính thân tàu LBH. Trong số các kích thước chính đang đề cập, H được tính đến boong liên tục, cao nhất. Nhờ phép thống kê chúng ta có thể xác lập trọng lượng tính cho mỗi đơn vò m 3 , từ trọng lượng này. Nếu ký hiệu W V - trọng lượng vỏ tàu, trọng lượng cho mỗi đơn vò từ mô đun LBH, gọi là chỉ số trọng lượng vỏ, được tính theo cách sau. 3 ,( ) V V W p tm LBH =/ (1.1) Ngoài ra chúng ta còn sử dụng cách tính khác cách vừa nêu. Theo cách này, cần thiết xác lập chiều cao tàu H 1 , gọi là chiều cao tương đương, trên cơ sở chiều cao H của tàu và chiều cao thượng tầng tàu. 1 ,() . tt VV HH m LB + =+ (1.2) trong đó V tt - dung tích thượng tầng, tính bằng m 3 . Chỉ số trọng lượng vỏ tàu có thể xác lập theo cách sau: 3 1 1 ,( ) V V W p tm LBH =/ (1.3) Một số giá trò tiêu biểu cho các kiểu tàu thông dụng được tổng kết tại bảng. Kiểu tàu p V1 (kG/m 3 ) Kiểu tàu p V1 (kG/m 3 ) Tàu hàng cỡ nhỏ 95-105 Tàu chở hàng rời 100-115 Tàu hàng cỡ lớn 95-100 Tàu dầu 110-95 CHƯƠNG 1 20 Hình 1.1 Trọng lượng vỏ thép tàu kiểu cũ, tính đến boong cao nhất Theo cách đặt vấn đề của một số chuyên gia đóng tàu, với tàu vỏ thép cần tìm cách tính trọng lượng (theo nghóa đúng là khối lượng vật liệu làm bằng thép) vỏ thép cho tàu đang thiết kế. Thông thường, trên tàu nhóm này trọng lïng vỏ thép chiếm không dưới 60% trọng lượng tàu không. Với tàu vận tải cỡ lớn, trọng lượng vỏ thép W V chiếm khoảng 20% lượng chiếm nước D của tàu, còn với tàu cỡ nhỏ tỷ lệ này lớn hơn nhiều. Hình 1.1 giới thiệu hệ số trọng lượng vỏ thép tàu vận tải kiểu cũ dạng shelterdeck, tính theo công thức: 1000 s h sh W p LBH ⋅ = (1.4) trong đó W sh là trọng lượng tinh thép làm vỏ tàu, tính bằng tấn. Hình 1.2 Quan hệ giữa chỉ số trọng lượng vỏ với chiều dài tàu TRỌNG LƯNG TÀU. PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG 21 Căn cứ dữ liệu thu nhận từ các tàu vận tải hàng khô, hàng rời, hàng lỏng dài dưới 180 m, đóng trước những năm sáu mươi có thể lập đồ thò trình bày quan hệ giữa p V và chiều dài tàu. Sử dụng cách làm ngoại suy vào trường hợp này, đồ thò p V = f(L), trong đó p V = W V /V U , có dạng như tại hình 1.2. Trên hình, các ký hiệu dùng chỉ các kiểu tàu tham gia trong thống kê. O - tàu vận tải hàng khô, ° - tàu chở hàng lạnh; c- tàu chở hàng thùng; • - tàu hàng rời; ⊗ - tàu khách và x - tàu chở dầu. Thể tích V U được hiểu là dung tích tàu, phần dưới boong. Chỉ số trọng lượng p V các tàu thông dụng có thể tổng kết như sau: Tàu vận tải thông dụng 0,103[1 + 17( L-110) 2 ] Tàu khách 0,113 ÷ 0,121 Tàu hàng rời 0,108 ÷ 0,117 Tàu chở dầu 0,021 + L/1000 ± K, với K < 5% Tàu hàng lạnh 0,106 ÷ 0,116. Tàu hàng thông dụng có các giá trò “ chuẩn” sau: L/H = 12; L/B = 6,5; T/H = 0.85; C M = 0,98; C B = 0,65 Trọng lượng vỏ tàu có thể qui ước chia làm hai thành phần: trọng lượng thân tàu, tính đến boong như đã nêu W V1 và trọng lượng thượng tầng gồm các kết cấu trên boong W V2 . Chỉ số trọng lượng trong trường hợp này cũng được chia làm hai, tính theo qui ước giữa các nhà đóng tàu: 1V H W p LBH = và 2V SUP S UP W p V = trong đó: LBH - mô đun kích thước chính, m 3 và V SUP - dung tích thượng tầng, m 3 . Hình 1.3 CHƯƠNG 1 22 Chỉ số p H phụ thuộc vào LBH, hệ số béo thể tích của tàu C B (δ) và tỷ lệ L/H. Tài liệu thống kê cho thấy chỉ số này nằm trong phạm vi khá rộng, từ 0,070 đến 0,110 t/m 3 . Đồ thò tại hình 1.3 giới thiệu quan hệ đang nêu của các tàu chở hàng khô, hai boong, kiểu cũ. Hình 1.4 trình bày đồ thò dạng tương tự, áp dụng cho tàu ba boong. Hình 1.4 Chỉ số trọng lượng dùng để tính trọng lượng thượng tầng được giới thiệu tại hình 1.5, trong đó p SUP được xét như hàm của sức chở. Hình 1.5 D - Lầu mũi Sr - Lầu giữa R - Lầu lái S - Tổng chiều dài tất cả các lầu TRỌNG LƯNG TÀU. PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG 23 Từ cách đặt vấn đề trên đây, Johnson và Rumbel * đề xuất cách tính trọng lượng vỏ thép dùng cho tàu dầu và tàu chở hàng đi biển dưới dạng đồ thò W SH = f(D), trong đó D - lượng chiếm nước của tàu, viết tắt từ Displacement, thứ nguyên của D là tấn trọng lượng (T hoặc MT). Phương pháp tính cho phép xác đònh trọng lượng vỏ thép tàu dầu với D cỡ đến 200.000 tấn, tàu chở hàng rời đến 40.000 t và tàu chở hàng khô với các yêu cầu riêng lẻ. Phương pháp cho phép nhanh chóng xác đònh trọng lượng vỏ thép các tàu trong phạm vi chỉ đònh, tuy nhiên những giá trò tính toán chỉ mang tính gần đúng, cần tiếp tục kiểm chứng. Hai đồ thò tại hình 1.6 và hình 1.7 dưới đây trích từ bài báo vừa nêu. Trọng lượng thép làm vỏ tính bằng long ton (LT), lượng chiếm nước tàu tính trong hệ đo Anh - Mỹ, bằng long ton. Chuyển đổi tấn theo hệ thống trên ra tấn hệ mét tiến hành theo công thức: long ton = 1016 kG. Cần giải thích thêm, các tàu được đưa vào danh sách thống kê thiết kế và chế tạo trước năm 1960 tại USA, giá trò tra từ đồ thò không hoàn toàn trùng lặp với dữ liệu thống kê của châu Âu và các nước khác. Hình 1.6 Quan hệ trọng lượng thép vỏ tàu chở dầu với lượng chiếm nước * Johnson R.P, Rumble H. P., “Weight, Cost and Design Characteristics of Tankers and Dry Cargo Ships”, ISP, 1964. CHƯƠNG 1 24 Hình 1.7 Trọng lượng vỏ thép tàu chở hàng rời và tàu chở hàng khô 1.2 TRỌNG LƯNG THIẾT BỊ TÀU VÀ HỆ THỐNG TÀU Trọng lượng nhóm thiết bò thay đổi trên các tàu, tùy thuộc công dụng tàu và kiểu tàu. Trọng lượng này còn tùy thuộc yêu cầu chủ tàu, thay đổi khác nhau trong một kiểu tàu. Nhóm trọng lượng này có thể coi tỷ lệ với mô đun L.B.H hoặc L.B.H 1 , giống như chúng ta đã thực hiện với nhóm vỏ. Trong tính toán nhiều khi người tính gộp cả hai nhóm trọng lượng này lại thành nhóm chung mang tên trọng lượng vỏ tàu đã trang bò. Chỉ số trọng lượng trang thiết bò tàu tính theo một trong hai dạng: 3 ,( ) TT TT W p kG m LBH =/ ⋅⋅ hoặc 3 1 1 ,( ) TT TT W p kG m LBH =/ ⋅⋅ (1.5) Những giá trò tham khảo như dưới đây: Kiểu tàu p TT (kG/m 3 ) Tàu hàng cỡ nhỏ 53 - 47 Tàu hàng cỡ lớn 47 - 45 Tàu chở hàng rời 28 - 24 Tàu dầu 25 - 20 Chỉ số này thay đổi trong giới hạn rộng 4 ÷70 (kG/m 3 ) đối với tàu chạy sông. Ví dụ với sà lan chỉ số mang giá trò bé nhất được áp dụng, trong khi đó tàu kéo, tàu đẩy có chỉ số p TT với giá trò lớn nhất. TRỌNG LƯNG TÀU. PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG 25 Hình 1.8a Hệ số trọng lượng trang thiết bò tàu dầu Trên đồ thò L, B, H đo bằng feet, L.B.H tính bằng cub ft. Đồ thò tại hình 1.8 trình bày quan hệ giữa trọng lượng trang thiết bò của tàu W TT với mô đun L.B.H tàu chở dầu đóng vào những năm sáu mươi, bảy mươi. Kích thước chính của tàu dùng cho hình 1.8 đo bằng feet, trọng lượng tính bằng long ton. Hình 1.8b Chỉ số trọng lượng trang thiết bò đầu tàu dầu phụ thuộc vào dung tích khoang hàng Chỉ số trọng lượng p TT của tàu vận tải hàng khô tính bằng quan hệ p TT = W TT /V cargo nêu tại hình 1.9. CHƯƠNG 1 26 Hình 1.9 Chỉ số tương tự của tàu hàng rời trình bày tại hình 1.10. Hình 1.10 Công thức chung xác đònh chỉ số trọng lượng trang thiết bò tàu có thể viết như sau: 3 47 5 5 1000 ,, TT LBH kG p m ⎡ ⎤ =− ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (1.6) Trang thiết bò trên boong có thể xác đònh theo công thức kinh nghiệm 1 2 495 70 1000 , T LB kG p m ⎡ ⎤ =− ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (1.7) Trang thiết bò bốc xếp và đậy miệng hầm hàng 2 2 405 55 1000 , T LB kG p m ⎡ ⎤ =− ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (1.8) TRỌNG LƯNG TÀU. PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG 27 Trang thiết bò nội thất tàu 2 3 3 22 5 25 0 375 1000 1000 ,, , T LBH LBH kG p m ⎡ ⎤⎛⎞ =− + ⎜⎟ ⎢ ⎥ ⎝⎠ ⎣ ⎦ (1.9) Trang bò đường ống thân tàu và hệ thống thông gió 4 3 10 7 1000 , T LBH kG p m ⎡ ⎤ =− ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (1.10) Trang thiết bò điện tàu 5 3 505 1000 ,, T LBH kG p m ⎡ ⎤ =− ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ (1.11) Theo tổng kết của người Mỹ từ những năm sáu mươi, trang thiết bò trên tàu đóng theo tiêu chuẩn của USA có trọng lượng tính bằng long ton trong phạm vi trình bày trên hình 1.11. Trên đồ thò nét liền dùng cho tàu chở hàng khô và hàng rời, nét đứt dành cho tàu dầu. Hình 1.11 Đường A dùng cho tàu trang bò cao nhất, nắp hầm hàng bằng thép, thiết bò bốc dỡ hiện đại, tính đến những năm sáu mươi, chỗ sinh hoạt cho 12 hành khách. Đường B - trang bò mức trung bình, nắp đậy hầm hàng bằng thép, thiết bò bốc dỡ hạng trung, 12 khách trên tàu. Đường C - trang bò bình dân, nắp đậy hầm hàng làm từ gỗ, phương tiện bốc dỡ thô sơ, chỗ sinh hoạt cho 12 người đi tàu. Đường D - tàu loại thấp nhất, không bố trí chỗ cho khách. CHƯƠNG 1 28 1.3 TRỌNG LƯNG THIẾT BỊ NĂNG LƯNG Trọng lượng buồng máy trong bất cứ kiểu tàu nào đều là đại lượng phụ thuộc vào kiểu máy chính và đặc tính chủ yếu của máy đó là công suất. Thông lệ, với máy tàu diesel, công suất máy lớn kéo theo trọng lượng buồng máy lớn. Trọng lượng thiết bò năng lượng của tàu, nói cách khác, trọng lượng buồng máy có thể biểu diễn bằng quan hệ: ⋅ M Me W = p P (1.12) với: M P - chỉ số trọng lượng buồng máy P e - công suất trang bò, bao gồm máy chính, máy phụ, trừ máy phát điện, các thiết bò phục vụ trực tiếp cho hệ thống này. Một vài cách tính trên cơ sở phương pháp thống kê liên quan đến chỉ số trọng lượng thiết bò năng lượng có thể như sau: Với tua bin hơi nước 13 1600 200 () M e p P / ± = (1.13) Với tua bin gas 13 950 50 () M e p P / ± = (1.14) Với máy diesel quay chậm, truyền động trực tiếp 13 1050 100 () M e p P / ± = (1.15) Với máy diesel cao tốc, truyền động qua hộp số 13 800 80 () M e p P / ± = (1.16) Hình 1.12 Đồ thò quan hệ giữa p M và P e 1 - Áp dụng cho máy diesel quay chậm 2- Máy diesel dùng tăng áp 3- Máy diesel trung tốc cùng hộp số 4- Hệ thống diesel - điện 5, 6- Máy diesel chạy bằng dầu nặng 7- Hệ thống Pescar 8, 10- Tua bin hơi nước 9, 11- Tua bin khí [...]... – B (1 + )2 /3 – K = 0 (1 .4 9) Mặt khác: (1 + δ )2 / 3 = 1 + 2 δ 3 (1 .5 0) và do vậy phương trình (1 .4 9) giờ đây sẽ mang dạng: (1 + ) – B (1 + 2/3 ) – K = 0 i – B – (2 /3)B(i – 1) – K = 0 i [1 – (2 /3)B] – (1 /3)B – K = 0 (1 .5 1) 1 B+ K i= 3 2 1 B 3 (1 .5 2) D = im3 (1 .5 3) D = iDt (1 .5 4) Mặt khác từ phương trình tính nổi, lượng chiếm nước tàu được tính bằng công thức: D = γ.V và V = CB.L.B.T (1 .5 5) Trong công. .. lạnh Tàu kéo Chiều dài L, m 16 6,0 16 8,00 205,5 11 0,0 2,64 Chiều rộng B, m 22,4 22,8 32,2 17 ,0 8,4 Chiều cao H, m 12 ,3 14 ,2 17 ,0 11 ,2 4,32 Lượng chiếm nước D, t 27000 33295 69244 8 419 438 Sức chở DW, t 20000 25660 55000 4406 61 LBH, m3 45 811 54200 11 24 91 20944 10 51 LBH1, m3 5 319 1 57645 11 6 312 2 414 6 14 55 Công suất máy Pe, HP 9600 9600 15 300 8400 15 00 Vỏ tàu, WV, t 4449 49 41 10509 18 33 10 8 Trang thiết. .. đó dD ⋅ i 1 = R ∑ pi ∑ ( da db dc +β +γ ) a b c (1 .6 7) biểu thức tính dD sẽ có dạng: dD = R ∑ pi ∑ ( da db dc +β +γ ) a b c (1 .6 8) Nếu chỉ số ký hiệu p dùng chỉ trạng thái nguyên mẫu (prototype) của tàu mẫu dùng khi thiết kế, công thức tính Pj từ Pj = k D.a.b.c có thể viết dưới dạng sau Pj Pp Nếu ký hiệu k a α b β c γ D )( ) ( ) ( ) ]( ) kp a p bp cp Dp (1 .6 9) k a α b β c γ D )( ) ( ) ( ) ] và r =... 314 Thiết bò điện, t 25 17 56 11 2 45 Dự trữ, t 15 69 12 80 23 61 314 8 62 41 717 0 WV , t/m3 LBH 0,0 81 0,0 81 0,088 0 ,10 0,085 WTT , t/m3 LBH 0,0 51 0,0 51 0,035 0,035 0,0 41 WM , t/HP Pe 0 ,10 2 0,078 0 ,12 8 0 ,10 8 0 ,12 7 LCG ,% L - 44,37 55,26 44,37 44,2 KG ,% H - 76,7 77,37 72,36 73 ,1 Trọng lượng tàu, t 13 6 35 TRỌNG LƯNG TÀU PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG Bảng 1. 1 (tt) Tên gọi Tàu dầu Tàu hàng rời Tàu hàng rời Tàu hàng... cách sau P1 + 0 ,16 7 D (1 + dD ) D P2 + 0, 035 D (1 + dD ) D 49 TRỌNG LƯNG TÀU PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG P3 + 0, 046 D (1 + P4 + 0, 10 0 D (1 + 2 dD dD +3 ) 3 D D 2 dD dv dR +2 + ) v R 3 D P5 + 0, 002 D (1 + P6 + 0, 65 D (1 + dD ) D dP6 ) P6 Từ đó có thể viết công thức tương tự (1 .6 6) cho trường hợp cụ thể này: dD 2 2 dv ( 0 ,16 7 + 0, 035 + × 0, 046 + × 0 ,1 + 0, 00 2) D + ( 3, 0 × 0, 046 + 2, 0 × 0, 1) D + 3 3 D v... chiếm nước: D = p(D) + Ws (1 .3 2) Giải phương trình trên đây, chúng ta xác đònh được lượng chiếm nước cần thiết của tàu thiết kế Lời giải phương trình được minh họa tại hình 1. 29 43 TRỌNG LƯNG TÀU PHƯƠNG TRÌNH TRỌNG LƯNG Hình 1. 29 Phương trình trên có thể viết lại dưới dạng: D – p(D) – Ws = 0 (1 .3 3) {D – p (D)} – Ws = 0 (1 .3 4) F(D) – Ws = 0 (1 .3 5) và từ đó có thể viết hay là F(D) = D – p(D) với Phương... thất, t 4 01 272 582 299 12 Trang bò đặc biệt, t 78 52 60 625 1, 5 Trang thiết bò khác, t 56 56 12 2 36 - Máy chính cùng thiết bò, t 954 7 51 1 019 588 14 0 Hệ thống ống, t 549 328 582 2 01 14 Thiết bò điện, t 70 99 53 56 9 69 91 7293 13 849 4 013 348 WV , t/m3 LBH 0,097 0,0 91 0,0934 0,088 0 ,10 2 WTT , t/m3 LBH 0,0 21 0,0 216 0, 015 0,063 0,054 WM , t/HP Pe 0 ,16 4 0 ,12 2 0 ,10 8 0 ,10 0 0 ,17 0 LCG ,% L 40,7 43 ,1 - - 75,7... dầu và mỡ: WDM = kDWNL hoặc: (1 .2 7) WDM = kD kM.t.pNL.Pe (1 .2 8) 34 CHƯƠNG 1 Nếu thay công thức tính Pe từ (1 .1 7) vào đây có thể viết: WDM = kD.kM.t.pNL Dm vn 1 C (1 .2 9) trong đó m = 2/3 và n = 4 như đã ghi tại (1 .1 7) Suất tiêu hao nhiên liệu, tính bằng (kg/HP.h) các máy dùng trên tàu nằm trong phạm vi: Tua bin hơi nước 0 ,18 ÷0,23 Tua bin gas 0 ,15 ÷0 ,19 Máy diesel 0 ,15 ÷0 ,19 Dữ liệu thống kê liên quan... 16 625 12 000 16 205 18 850 39640 45725 8499 17 030 20396 42396 494 31 2740 4600 6300 8700 19 140 Vỏ tàu, WV, t 635 14 33 18 47 3970 3867 Trang thiết bò boong, t 16 5 419 432 8 71 112 5 Trang thiềt bò nội thất, t 15 0 12 9 17 5 387 479 Công suất máy Pe, HP TRỌNG LƯNG Trang bò đặc biệt, t 65 5 67 42 216 Trang thiết bò khác, t 20 6 67 68 49 Máy chính cùng thiết bò, t 16 0 17 6 430 562 939 Hệ thống ống, t 45 10 7 14 1 239 314 ... phương trình trọng lượng của tàu dạng tổng các thành phần sau đây: D = P1 + P2 + P3 + P4 trong đó: P1 - trọng lượng vỏ; P2 - trọng lượng máy, thiết bò; (1 .3 7) P3 - nhiên liệu P4 - các trọng lượng không lệ thuộc khác như hàng, ballast, dự trữ Các thành phần được viết dưới dạng: P1 = k1D, với k1 < 1 (1 .3 8) 44 CHƯƠNG 1 P2 = qm v3 D2 / 3 10 00k2 (1 .3 9) trong công thức (1 .3 9) công suất máy chính tính theo . p V các tàu thông dụng có thể tổng kết như sau: Tàu vận tải thông dụng 0 ,10 3 [1 + 1 7( L -1 1 0) 2 ] Tàu khách 0 ,11 3 ÷ 0 ,12 1 Tàu hàng rời 0 ,10 8 ÷ 0 ,11 7 Tàu chở dầu 0,0 21 + L /10 00 ± K,. (kG/m 3 ) Kiểu tàu p V1 (kG/m 3 ) Tàu hàng cỡ nhỏ 9 5 -1 05 Tàu chở hàng rời 10 0 -1 15 Tàu hàng cỡ lớn 9 5 -1 00 Tàu dầu 11 0-9 5 CHƯƠNG 1 20 Hình 1. 1 Trọng lượng vỏ thép tàu kiểu cũ, tính đến boong. trực tiếp 13 10 50 10 0 () M e p P / ± = (1 .1 5) Với máy diesel cao tốc, truyền động qua hộp số 13 800 80 () M e p P / ± = (1 .1 6) Hình 1. 12 Đồ thò quan hệ giữa p M và P e 1 - Áp dụng cho