thiết kế tàu cấp dầu trọng tải 500t hoạt động ở vùng hạn chế iii

Thể hiện, nhiều nhà máy đã và đang được xây dựng, tổng công ty công nghiệp tàu thủy Việt Nam Vinashins liên tục có những đơn đặt hàng từnước ngoài.v.v.Song bên cạnh những thuận lợi ngành

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp tàu thủy nước ta đang pháttriển mạnh mẽ Thể hiện, nhiều nhà máy đã và đang được xây dựng, tổng công

ty công nghiệp tàu thủy Việt Nam Vinashins liên tục có những đơn đặt hàng từnước ngoài.v.v.Song bên cạnh những thuận lợi ngành công nghiệp tàu thủy ViệtNam vẫn còn nhiều hạn chế, một trong những hạn chế đó là vấn đề thiết kếtàu Hầu hết các bản thiết kế các tàu đóng được đều mua từ nước ngoài Chính

vì vậy, việc đào tạo kỹ sư đóng tàu biết thiết kế tối ưu một con tàu là vấn đề cấpthiết ở các Trường đào tạo kỹ sư ngành tàu thủy Có như vậy, con tàu Việt Nammới vươn được ra khơi xa, ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam mới có điềukiện bắt kịp, đón đầu ngành công nghiệp tàu thủy của các nước tiên tiến trên thếgiới Hơn nữa, để đánh giá kết quả học tập của môn học, cũng như sự vận dụngkiến thức đã học vào giải quyết một vấn đề cụ thể

Với môn học “Thiết kế tàu thuyền”, sinh viên ngành cơ khí tàu thuỷ của trường Đại Học Nha Trang đang được các thầy trang bị cho khá đầy đủ về công nghệ đóng tàu để giải quyết bài toán này

Môn học “Thiết kế tàu thuyền” là một môn học rất quan trọng và không thể thiếu đối với ngành kỹ thuật tàu thuỷ Nó giúp sinh viên biết cách vận dụng kiến thức đã học từ nhiều môn học vào giải quyết bài toán cụ thểá

Trong bản thiết kế này em tiến hành tính toán thiết kế sơ bộ “Tàu cấp dầu trọng tải 500t hoạt động ở vùng hạn chế III ”.

Qua quá trình tìm hiểu tài liệu lý thuyết liên quan và tham khảo các tàumẫu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Trần Gia Thái, em đã hoàn thànhbản thiết kế được giao Do thời gian và kiến thức có hạn lên thiết kế còn nhiềuthiếu sót Rất mong được sự giúp đỡ, góp ý kiến của Thầy và các bạn để bảnthiết kế được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn

Nha Trang, tháng 12 năm 2007

Nhóm 14

PHẦN I XÂY DỰNG NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ

Thiết kế sơ bộ tàu vận tải hoạt động ở vùng hoạt động hạn chế III , các

kích thước khác tuỳ chọn

1 Loại tàu và công dụng :

Tàu được thiết kế là loại tàu vỏ thép , là tàu dùng để chở dầu

2 Bố trí buồng máy :

Buồøng máy bố trí ở phía đuôi tàu, kết cấu thượng tầng được đặt trênbuồng máy tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí téc chứa dầu

3 Trọng tải : DWT = 500 tấn

4 Số lượng thuỷ thủ trên tàu:

Theo điều kiện vận chuyển hàng hóa của tàu và công dụng tàu số lượngthuyền viên là 5 người

5 Vận tốc tàu : V=10hl/h.

6 Qui phạm đóng tàu :

Theo qui phạm đóng tàu biển vỏ thép của Cơ quan Đăng kiểm Việt Nam

7 Trang thiết bị hệ thống:

Được lựa chọn phù hợp với yêu cầu sử dụng và quy phạm

PHẦN II XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀUI/.Mục đích :

1 Xác định các đặc điểm chính của tàu:

- Các kích thước chính : LTK , BTK , T, H

- Các tỷ số kích thước chính : B L;T B;H T

-Các hệ số :  ,  ,  , 

2.Yêu cầu :

-Phải phù hợp với nhiệm thư

-Phải đảm bảo tính năng tốt nhất

II/.Phân tích lựa chọn tối ưu các yếu tố hình học của tàu thiết kế:

1.Cơ sở thiết kế:

-Từ yêu cầu của nhiệm vụ thư kết hợp với tàu mẫu ta xác định lượngchiếm nước D, công suất của thiết bị năng lượng N, các tải trọng thành phần.Sau đó xác định luôn các yếu tố là kích thước chính, các tỷ số kích thước và cáchệ số béo hình dáng Chính vì vậy các đại lượng trên phải được tính chọn theolý thuyết tàu, theo công thức kinh nghiệm đã được công bố trong các sổ tay đóngtàu, đồng thời phù hợp với yêu cầu của quy phạm đóng tàu

-Tính chọn ra các thông số tối ưu nhất của tàu theo lý thuyết thiết kế tối

ưu Đồng thời nghiệm lại các điều kiện để kiểm tra lại tính năng của tàu, sự phùhợp giữa kích thước và hình dáng, kiểm tra lại vận tốc …Đồng thời cũng hiệuchỉnh lại các thông số khi cần thiết để đảm bảo tính năng tàu tốt nhất

2.Phân tích lựa chọn tối ưu các yếu tố hình học tàu thiết kế:

-Để hoàn thành thiết kế sơ bộ một con tàu thì ta phải có các thông số cơbản đó là :

Các đặc điểm hình học của tàu : LTK , BTK , T, H

Các tỷ số kích thước : B L;T B;H T

Các hệ số :  ,  ,  , 

Các đặc điểm hình học của tàu : (LTK, BTK, H, T).

Do đó L TK 96 L% max

-Các kích thước L, BTK , T, H sẽ được tính chọn sau

-Mạn khô: F H T ;

Theo lý thuyết thiết kế (ĐHHH_trang47) ta có:h T H T T TF

Theo lý thuyết tàu(Tác giả Nguyễn Đức Ân _trang26) thì với L TK 44 m( )

thì mạn khô tối thiểu là Fmin  374 (mm).Với L TK 45 m( ) thì Fmin  385 (mm)

Các tỷ số kích thước B L;T B;H T

-Theo lý thuyết tàu(Tác giả Nguyễn Đức Ân _trang72) ta có:

-Theo sổ tay đóng tàu(Tác giả Hồ Quang Long_trang 28 ,33) ta có:

8 5

-Theo sổ tay đóng tàu(Tác giả Hồ Quang Long_trang 35) ta có:

85 , 0 65

,

H T

-Theo lý thuyết thiết kế (ĐHHH_trang79) thì tàu hàng hiện đại thường có

Các hệ số hình dáng :  ,  ,  , 

-Theo lý thuyết tàu(Tác giả Nguyễn Đức Aân_trang76) thì đối với tàu cỡtrung bình ta có:

78 , 0 65

, 0 82

Điều kiện lắc ngang của tàu:

Theo công thức tính chu kỳ lắc ngang của tàu ta có:

 C B h

-Đối với tàu vận tải cỡ trung như tàu thiết kế thì giá trị của chu kỳ khoảng 7 đến 8 giây.Và các giá trị trong công thức trên ở khoảng:

75 ,

,

7 B ; 0 , 4 h 1

Tay đòn hồi phục: GZ  0,2(m) cho trường hợp m 300

Khi m 250 thì chiều cao tâm ổn định ngang trên G: h=GM  0,35

-Như vậy ta chọn 0 , 4 h 1 là thõa mãn điều kiện ổn định cho tàu

III/ Các thơng số chính của tàu

1 Lượng chiếm nước :

D =



w D

w = 0500.60 = 833,33 Tàu dầu 500T là tàu dầu cỡ nhỏ nên ta chọn hệ số  bằng khoảng 0,60Với : D = . nên  =



D = 8331,025,33= 813

g = 1,025 T/m3_ là khối lượng riêng của nước biển

2 Chiều dài tàu thiết kế :

1 2

2 6 ,

L = 3

1 2

813 2 11

11 6 ,

ZG

ZC

HT

O

M

CG

r h

8 Hệ số lăng trụ dọc :

 =  = 0,75

9 Hệ số diện tích mặt đường nước:

3 , 0 73 ,

số cho tàu thiết kế như sau:

PHẦN III THIẾT KẾ ĐƯỜNG HÌNH LÝ THUYẾT TÀUI/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bản vẽ đường hình Lý thuyết tàu là bản vẽ biểu diễn hình dáng hình học bên

hàng hải của tàu nên bản vẽ đường hình có vai trò và ý nghĩa rất quan trọng là công cụ mô tảï, thông tin chính xác về tính năng của tàu đi trên biển và là cơ sở để xử lý tính

toán tính năng hàng hải của tàu Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới chưa

hàm hóa được đường hình lý thuyết tàu Bởi vậy, việc vẽ đườn hình chỉ dựa vào khả năng và kinh nghiệm của từng người

2 Các mặt phẳng chiếu cơ bản :

- Mặt cắt dọc giữa tàu : là mặt phẳng thẳng đứng đặt tại vị trí đường tâm dọc giữa tàu , chia tàu thành hai phần đối xứng là mạn phải và mạn trái

- Mặt cắt ngang giữa tàu : là mặt phẳng thẳng đứng , vuông góc với mặt phẳng dọc giữa tàu đi qua điểm giữa chiều dài thiết kế , chia tàu thành hai phần mũi và đuôi

- Mặt phẳng mặt đường nước : là mặt phẳng nằm ngang trùng với đường nước thiết kế , chia tàu thành hai phần là phần nổi và phần chìm

1/ Ta cần biết:

- Loại tàu cần thiết kế

- Chức năng của tàu

2/ Các kích thước chính.

- Chiều dài lớn nhất : LMAX

- Chiều dài thiết : LTK

- Chiều rộng lớn nhất : BMAX

- Chiều rộng thiết kế : BTK

- Chiều cao : H

- Chiều cao mớn nước : T

3/ Thực hiện vẽ.

Bước 1:

- Chọn số sườn”n”tùy độ dài của tàu thường n=11 hoặc n=21

- Khoảng cách sườn: L= LTK/n

- Chọn số đường nước tùy vào chiều cao của tàu Thường k=4 hoặck=6:

- Khoảng cách đường nước :T=TTK/k

- Chọn đường cắt dọc của tàu tùy chiều rộng của tàu mà người tadùng số đường cắt dọc

Bước 2: Vẽ lưới bản đồ:

- Dựng đường sườn

- Dựng đường nước

- Dựng đường cắt dọc

Bước 3: Tiến hành vẽ trên cả ba hình chiếu và hiệu chỉnh cho phù hợp

II/ CƠ SỞ THIẾT KẾ.

1/Loại tàu thiết kế :

- Loại tàu thiết kế là tàu vỏ thép

- Chức năng của tàu là chở dầu

BMAX = 8 m.

BTK = 7,8 m

TTB = 3,2 m

3/ Thực hiện chia sườn.

 Số sườn là 21

 Khoảng cách sườn : L=2,2m

 Số đường nước là :5

 Khoảng cách các đường nước : T=0,64m

 Số mặt cắt dọc là:2

4/ Thực hiện vẽ.

 Sau khi có các thông số trên ta tiến hành vẽ hình chiếu đứngtrước Ta vẽ đường nước,đuờng sườn ở hình chiếu đứng Tiếp theo dựa vàobảng số liệu ta tiến hành vẽ các đường cắt dọc ở hình chiếu đứng Có haicách đẽ vẽ Chúng ta có thể gắn tọa độ điểm vào hệ trục tọa độ để vẽ ,hoặc chúng ta có thể vẽ từng điểm rồi nối lại bằng lệnh “SPL”

 Sau đó dựa vào quan sát chúng ta hiệu chỉnh sao cho đướng congtrơn và hợp lý

 Tiếp theo chúng ta vẽ hình chiếu bằng Tương tự hình chiếu đứngđồng thời kết hợp dóng các điểm cắt nhau trên hình chiếu đứng để hiệuchỉnh sao cho hai hình chiếu đứng và bằng phù hợp với nhau

 Bứơc kế tiếp ta đo các chiều cao và rộng trên hai hình chiếu rồighi vào bảng tọa độ mới

 Từ bảng tọa độ mới này chúng ta tiến hành vẽ hình chiếu cạnhtương tự như hai hình chiếu trên Nhưng sau khi vẽ xong chúng ta kiểm tralại Nếu có hiệu chỉnh gì ở hình chiếu cạnh thì đồng thời chúng ta phải hiệuchỉnh điểm đó ở cách hình chiếu còn lại, và thay lại số đo mới ở bảng thôngsố

 cuối cùng ghi đầy đủ các kích thước và ký hiệu cần thiết

5/ Bảng tọa độ đường hình:

NỬ A

CHIỀ U

RỘN G

THE O CHIỀ

ẦN IV CÁC YẾU TỐ TĨNH THỦY LỰC CỦA THÂN TÀU

I/ Các thông số cơ bản của tàu thiết kế:

-Chiều dài lớn nhất của tàu: Lmax = 46 (m) = 46000 (mm)

-Chiều dài thiết kế của tàu: Ltk = 44 (m) =44000 (mm)

-Chiều rộng lớn nhất của tàu: Bmax = 8 (m) = 8000 (mm)

-Chiều rộng thiết kế của tàu: Btkl =7,8 (m) = 7800 (mm)

-Chiều chìm sườn: Ttk = 3,2 (m) = 3200 (mm)

-Chiều cao mạn: H = 4,8 (m) =4800 (mm)

II/ Cơ sở lý thuyết của các phương pháp gần đúng:

1/ Phương pháp hình thang:

-Việc tính toán các yếu tố tính nổi dựa trên cơ sở các công thức sau:

-Diện tích mặt đường nước:

đ m

n 0 i

n 0 L/2

L/2 -

S S

y 2y

2y 2y y L

S S

2

y y i y L 2.

y.dx 2

S

n 1 n 2

m ) y i(y

L) 2.(

x.y.dx 2

1

i m đ2

2

10 ) (

10 ) (

9

) (

1 0 2

.

1 19

2 9

11

2 10 2 2

y y y

y

L dx

y I

L

m 0 T

SSiSTS.dzV

-Cao độ tâm nổi:

2

.

1 0

.

0 1

0

1 0

0

0

m m

m m

T WL

T WL c

S S S S

S

S m S m S

S T dz

S

dz z S Z

-Hoành độ tâm nổi:

2

2

.

.

.

.

0 1

0

0 0 1

1 0 0

0

0

m m

fm m f fm

m f

f T

WL

T

f WL

S S

S

X S X S X S X

S X S dz S

dz X S X

y y

y T dz y



2/ Phương pháp Simpson I:

-Diện tích mặt đường nước:

22

2

134-Momen tính cản diện tích mặt đường nước đối với giữa tàu (trục y):

1 )

1 2 ( 2 )

2 2 (

1

3 2 2 1 1 2 0 2

1 3

2 0

2

1

1 2 2

3 2 2 1 1 2 0 2

1 3

2

2

1 2

2

1 9 4

-Hoành độ tâm nổi:

n n n

n L

L

c

S S

S S S

L

x S x

S x

S x S x S L dx

S

dx x

S

X

2 1

2 2

1 0

2 2 1

2 1 2 2

2 1 1 0

2 2

1 3 2

) 2

1

2

.

2 2

1 ( 3 2

n n

L

L

c

S S

S S S

S n S

n S

S S

L dx

S

dx x

S

X

2 1

2 2

1 0

2 1

2 2

1 0

0

0

2

1 2

2 2

1

) 2 2

1 ).

1 2 (

2

2 1

1 2

0 2

1 (

n n n

n L

L

c

S S

S S S

L

z S z

S z

S z S z

S L dx

2 2

1 0

2 2 1

2 1 2 2

2 1 1 0

2 2

1 3 2

2

1

2

.

2

2

1 3 2

n n n

n L

L

c

S S

S S S

z S z

S z

S z S z

S dx

2 2

1 0

2 2 1

2 1 2 2

2 1 1 0

2 2

1

2

1

2

.

2

2 1



-Hệ số béo:

T B L

V

.





Trong các công thức nêu trên được áp dụng tốt nhất khi các yếu tố hìnhhọc có tính chất đối xứng, nếu không đối xứng thì phải cộng thêm hệ số điềuchỉnh 1 , 2 Khi đó công thức cơ bản của simpson được viết thành:

2 2

1 2

1

2 2 3

III/ Tính toán cụ thể:

1.Tính toán vẽ biểu đồ Bonjean (Các yếu tố mặt cắt ngang).

-Sử dụng công thức hình thang ta tính lần lượt các giá trị ij ở đường nướcthứ i và sườn thứ j:

k k

i i

y T ydz

-Với k là giá trị vị trí cao nhất của đường nước cần tính

-Các giá trị đó được thể hiện ở bảng sau:

k i

k i

T T

y y y

y y

k y i T dz y

dz z y Z

.



Để tính chiều cao trọng tâm diện tích mặt cắt ngang ij

Và sử dụng công thức Moy = .Z để tính giá trị Moy

Các giá trị Z , Moy được thể hiện ở bảng sau:

Bảng tính giá trị Z ij như sau:

18 0.182 1.153 1.532 1.847 2.129 2.404 2.685 0 0.694 0.99 1.362 1.755 2.159 2.571

19 0.047 0.264 0.487 0.724 0.982 1.27 1.591 0 0.694 1.043 1.462 1.907 2.368 2.84

Bảng tính giá trị M oy như sau:

Sườn DN0 DN1 DN2 DN3 DN4 DN5 DN6 Moy0 Moy1 Moy2 Moy3 Moy4 Moy5 Moy6

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV

Từ bảng tính giá trị ij ta đi xây dựng biểu đồ Bonjean.

5(đ

ơn vị/m

m )

3 Các yếu tố mặt đường nước:

3.1 Đường nước số 0:

+Tính Sn, XF , Jox , Joy , JL , Mi của đường nước số 0

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

Số sườn Tung độY Hệ sốC Y.C đòn x/dTay Y.C.x/d

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

468 , 24 20

44

IV

VI L S

44 9

4 9

m IX

, 773 20

44 3

4 3

m VII

-Vì ứng với DN0 các giá trị diện tích mặt cắt ngang i luôn có giá trị 0 dođó : V = D = ZB = 0 ; XB , r , R không xác định.

3.2 Đường nước số 1:

+Tính Sn, XF , Jox , Joy , JL , Mi của đường nước số 1

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

Số sườn Tung độ Y Hệ sốC Y.C đòn x/dTay Y.C.x/d

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

17 , 19 20

44

IV

VI L S

, 1108 20

46 9

4 9

m IX

, 1496 20

44 3

4 3

+Tính V , D , XB , ZB , r , R của đường nước số 1.

Sườn Diện tíchsườn Hệ số C S.C x/d S.C.x/d Z  Mxoy Mxoy.C

x B

-Khoảng cách tâm nổi tính từ sườn giữa:

-12,207(m) 2

44 - 9,893

M Z

B B

-Thể tích chiếm nước V của đường nước 1:

).

118,608(m 80,504

20

44 3

2 3

025 ,

+Tính Sn, XF , Jox , Joy , JL , Mi của đường nước số 2.

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

Số sườn Tung độ

Y

Hệ số

Tay đòn x/d Y.C.x/d

,88.20

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

121 , 7 20

44

IV

VI L S

20

44 9

4 9

m IX

20

44 3

4 3

IV=205.318 VI=2046.754 IX=364.057

-Khoảng cách tâm nổi tính từ trục đuôi:

(m).

031 , 22 205,317

2046,754

M Z

-Thể tích chiếm nước V của đường nước 2:

).

(m 501 , 302 205,317

20

44 3

2 3

025 ,

3.4 Đường nước số 3:

+Tính Sn, XF , Jox , Joy , JL , Mi của đường nước số 3

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

(571,27493.180

20

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

913 , 3 20

44

IV

VI L S

, 1284 20

44 9

4 9

m IX

, 2007 20

44 3

4 3

IV=307.403 VI=3084.908 IX=725.784

-Khoảng cách tâm nổi tính từ trục đuôi:

22,178(m).

307,403

3084,908

M Z

-Thể tích chiếm nước V của đường nước 3:

).

452,905(m 307,403

20

44 3

2 3

025 ,

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

519 , 33 20

44

IV

VI L S

, 1369 20

44 9

4 9

m IX

, 2442 20

44 3

4 3

m VII

+Tính V , D , XB , ZB , r , R của đường nước số 4.

IV=417.407 VI=4148.549 IX=1244.741

-Khoảng cách tâm nổi tính từ trục đuôi:

21,965(m).

417,407

4148,5489

M Z

-Thể tích chiếm nước V của đường nước 4:

).

614,977(m 417,407

20

44 3

2 3

025 ,

614,977

366 , 1345

3.6 Đường nước số 5:

+Tính Sn, XF , Jox , Joy , JL , Mi của đường nước số 5

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

Tung độ Hệ số

)

(926,308839,104.20

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

504 , 59 20

44

IV

VI L S

, 1452 20

44 9

4 9

m IX

, 2877 20

44 3

4 3

m VII

I II III IV V VI VII VIII IX

IV=554.456 VI=4155.341 IX=1498.336

-Khoảng cách tâm nổi tính từ trục đuôi:

16,563(m).

554,456

4155,341

M Z

-Thể tích chiếm nước V của đường nước 5:

).

(m 899 , 816 554,456

20

44 3

2 3

025 ,

+Tính Sn, XF , Jox , Joy , JL , Mi của đường nước số 6.

-Bảng số liệu tính theo phương pháp Simpson:

Số Tung độ Hệ số

44.3

43

2 2 0

m IV

L S

977 , 66 20

44

IV

VI L S

, 1528 20

44 9

4 9

m IX

, 3151 20

44 3

4 3

m VII

+Tính V , D , XB , ZB , r , R của đường nước số 6.

IV=657.545 VI=6419.642 IX=2764.031

-Khoảng cách tâm nổi tính từ trục đuôi:

21,576(m).

657,545

6419,642

M Z

-Thể tích chiếm nước V của đường nước 6:

).

968,783(m 657,545

20

2 , 44 3

2 3

025 ,