Hướng Dẫn Thiết Kế TAU KEO

Hướng dẫn thiết kế tàu kéo..hướng dẫn cụ thể bài bản được thực hiện từng bước.Nhiệm vụ thư thiết kế là văn bản pháp lý, bao gồm các yêu cầu về mặt kỹ thuật mà chủ tàu giao cho cơ quan thiết kế để tạo điều kiện thuận lợn cho người thiết kế, đồng thời làm cơ sở để bàn bạc trao đổi giữa chủ tàu và người thiết kế.

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ TÀU KÉO

Nhiệm vụ thư thiết kế

Nhiệm vụ thư thiết kế là văn bản pháp lý, bao gồm các yêu cầu về mặt kỹ thuật

mà chủ tàu giao cho cơ quan thiết kế để tạo điều kiện thuận lợn cho người thiết kế, đồng thời làm cơ sở để bàn bạc trao đổi giữa chủ tàu và người thiết kế Người thiết kế phải am hiểu và hướng dẫn, tham gia cùng chủ tàu để sản phẩm được hoàn hảo Nội dung chính của nhiệm vụ thư như sau:

1 Vùng hoạt động của phương tiện (sông, biển, gần bờ);

2 Nhiệm vụ, chức năng của con tàu (chở hàng, chở hành khách…);

3 Loại máy chính (diezen, tuốcbin … );

4 Loại nhiên liệu (dầu nặng, dầu nhẹ);

5 Thiết bị đẩy (chong chóng thường, chong chóng đặt trong đạo lưu, chong chóng đặt trong đạo lưu xoay, loại chân vịt quay 3600);

6 Tốc độ tàu, tốc độ trong điều kiện thử tàu hay tốc độ khai thác đầy tải;

7 Các loại máy phụ, trang thiết bị của nước nào;

8 Dự kiến giá thành con tàu;

9 Thời gian hoạt động liên tục của tàu;

10 Đăng kiểm nào kiểm tra;

11 Tàu thiết kế theo Quy phạm đóng tàu nào;

12 Trang bị tiện nghi, buồng thủy thủ, thuyền viên;

NỘI DUNG THIẾT KẾ

Thiết minh gồm 4 phần:

- Phần I: Tuyến đường –Tàu mẫu

- Phần II: Xác định các kích thước chủ yếu

- Phần III: Xây dựng tuyến hình lý thuyết

- Phần IV: Bố trí chung toàn tàu

Bản vẽ: gồm 2 bản vẽ A0

- Bản vẽ tuyến hình lý thuyết

- Bản vẽ bố trí chung

Phần I : Tìm hiểu tuyến đờng - tàu mẫu

1.1.Tìm hiểu về cảng tàu hoạt động

1.2 Bảng thống kờ tàu mẫu

Tàu mẫu là tàu đó được đúng và đưa vào khai thỏc mà cú những tớnh năng tốt, cựng loại tàu và cụng dụng với tàu thiết kế Cú trọng tải hoặc sức chở hàng, tốc độ hoặc cụng suất mỏy và vựng khai thỏc tương đương với tàu thiết kế

Bảng thống kờ tàu mẫu là vụ cựng quan trọng đối với người thiết kế trước khi bước vào cụng việc thiết kế một loại tàu nào đú Tàu mẫu là tàu cú những thụng số và tớnh năng quan trọng gần giống như tàu ta chuẩn bị thiết kế vớ dụ như số trọng tải, số hành khỏch, tốc độ vị trớ và phạm vi khai thỏc, loại mỏy chớnh v.v… Tuỳ thuộc vào từng loại tàu, mức độ phức tạp của thiết kế mà người thiết kế cú thế chọn lựa ra những chỉ tiờu khỏc nhau Dưới đõy là những chỉ tiờu cơ bản nhất

Phần II : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 2.1.lượng chiếm nước sơ bộ của tàu

H×nh 2.1 Đồ thị quan hệ giữa lượng chiếm nước của tàu với công suất máy

Căn cứ vào đồ thị trên ta có lượng chiếm nước của tàu kéo được xác định theo công thức:

0,903

0,385Ne m

Trong đó: Ne – công suất máy chính, cv

2.2.Xác định các kích thước chủ yếu

2.2.1 Chiều dài tàu

Đối với tàu kéo cảng chiều dài tàu được xác định theo mối quan hệ sau:

Hình 2.2 Đồ thị quan hệ giữa chiều dài tàu với công suất máy

0,3266 2,38

2.2.2 Chiều rộng tàu

Hỡnh 2.3 Đồ thị quan hệ giữa chiều rộng tàu với cụng suất mỏy

0,2485

1, 275

2.2.3 Chiều chỡm tàu

Chiều chỡm của tàu được lựa chọn trờn cỏc cơ sở sau

+ Theo điều kiện khai thỏc về luồng lạch, bến cảng, cầu

+Theo sự tối ưu của cỏc tỷ số cỏc kớch thước

+ Theo điều kiện làm việc của hệ động lực

+ Qua kinh nghiệm khai thỏc

- Xỏc định sơ bộ chiều chỡm thụng qua mối quan hệ với cụng suất mỏy

0,3

0, 2975

Hỡnh 2.4 Đồ thị quan hệ giữa chiều chỡm với cụng suất mỏy

- Xác định thông qua mối quan hệ với chiều rộng tàu B

- Hệ số béo sườn giữa

Theo thống kê CM dao động trong khoảng (0,84 - 0,94) đối với các tàu kéo cảng

- Hệ số béo đường nước thiết kế C WP

Theo thống kê hệ số béo đường nước thay đổi trong khoảng (0,75 -0,85), hoặc tính

sơ bộ ta có thể sử dụng công thức sau:

Nếu sai số ≤ 2% Làm bước tiếp theo

Nếu sai số >2% → Thay đổi lại phương án kích thước

2.4 Xác định khác khối lượng thành phần

Ph¬ng tr×nh khèi lîng cña tµu:

m mtk DW

Trong đó: ∆ mtk- khối lượng tàu không, tấn

DW - trọng tải của tàu, tấn

2.4.1 Khèi lîng tµu kh«ng ∆ mtk

mtk m v m tb htt+ m m m∆∆ m hlcd

Trong đó:

mv – khối lượng vỏ tàu, tấn

mtb+htt – khối lượng thiết bị và hệ thống tàu, tấn

mm – khối lượng thiết bị năng lượng, tấn

m∆∆ – khối lượng dự trữ lượng chiếm nước, tấn

Hình 2.6 Quan hệ giữa khối lượng đơn vị thân tàu với môdul khối LBD

- Khối lượng thiết bị và hệ thống tàu

Trong đó: q’ th - khối lượng đơn vị của khối lượng thiết bị và hệ thống tàu, được xác định theo đồ thị hình 2.7

Hỡnh 2.7 Quan hệ giữa khối lượng đơn vị TBHT với mụdul khối LBD

- Khối lượng thiết bị năng lượng

trong đú: Ne – cụng suất tổ hợp thiết bị năng lượng, cv

m’ tbnl – khối lượng đơn vị thiết bị năng lượng, tấn/cv Xỏc định theo đồ hỡnh 2.8.

Hỡnh 2.8 Quan hệ giữa khối lượng đơn vị TBNL với cụng suất mỏy

trong đó: ∆m – lợng chiếm nớc của tàu, tấn

2.4.2 Trọng tải của tàu

z nl

Trong đó:

mz – khối lượng thuyền viên, dự trữ lương thực thực phẩm, nước ngọt cho thuyền viên, tấn

mnl – khối lượng nhiên liệu dự trữ, tấn

- Khối lượng thuyền viên, dự trữ lương thực thực phẩm, nước ngọt cho thuyền viên

m14 = m1401 + m1402 + m1403

 m1401- khối lượng thuyền viên và hành lý

m1401 = nTV.a

trong đó: n TV - số thuyền viờn (lựa chọn theo tàu mẫu)

a - khối lượng thuyền viên và hành lý (a = 130 -150 kg/người)

 m1402: khối lượnglương thực, thực phẩm

m1402 = nTV.b.t,

trong đó: b - dự trữ thực phẩm cho một thuyền viên trong một ngày đêm,

b =(3÷5) kg/người/ngày;

t - thời gian hành trình của tàu

m1403 = nTV.c.t,

c- dự trữ nước ngọt cho một người trong một ngày đêm, c= (100 ÷ 150)

lít/người/ ngày

( Lưu ý đối với các tàu kéo cảng hoạt động gần bờ, việc sinh hoạt của thuyền viên

có thể được thực hiện ở trên bờ thì không nhất thiết phảI bố trí dự trữ lương thực thực phẩm)

- Khối lượng nhiên liệu dự trữ

m16 = m1601 + m1602 + m1603 = knl.m1601

knl =1,09 ± 0,03,hệ số nhiên liệu

m1601 = kMt.m’nl.Ne , khối lượng chất đốt

kM_hệ số dự trữ hàng hải để ý đến thời gian đỗ bến hành trình, gặp bão, dòng chảy và rong rêu hà rỉ: km = 1,13 ÷ 1,3;

t - thời gian hành trình; (giờ) (Đối với tàu kéo cảng dự trữ nhiên liệu có thể được

dự trữ từ 3-5 ngày)

Ne - công suất tổ hợp TBNL;

m’nl - suất tiêu hao nhiên liệu.với động cơ Diesel m’nl = (0,11 ÷0.14) kg/kW.h

Nếu sai số ≤ 2% Làm bước tiếp theo

Nếu sai số >2% Thay đổi lại phương án kích thước

Sau đó nghiệm lại các kích thước của tàu theo phương trình khối lượng ở trên

2.5.Tính toán lực cản và tốc độ của tàu kéo

2.5.1 Sức cản của tàu kéo

Sức cản của tàu kéo được tính theo phương pháp Oortsmersena Theo đó, Lực cản tàu được tính như sau:

+

V Fr e

C Fr e

C e

C e

C

m Fr

m W

2

4 2

3

7 2

9 1

2 2

3 11

2 10 9

2 8 7

2 6 5

2 4 3

2 2 1

+ + + +

= i i cb i cb i ϕ i ϕ i D i D i α i α i i i β

T

B d T

B d d d B

L d B

L d d d l d l d d

=

f

ξ

∑∆ ξf

STT Đại lượng Đơn vị Giá trị tính

Xây dựng được đường cong sức cản và công suất kéo của tàu kéo

-Từ công suất máy chính Ne, ta xác định công suất có ích Pe =Ne/ηB

ηB – hiệu suất chung của thân tàu , chọn sơ bộ ηB =0,6

Căn cứ vào đường cong Pe(v) ta xác định được tốc độ của tàu kéo ở chế độ chạy

tự do

2.5.2 Xác định lực kéo lớn nhất và tốc độ của tàu kéo ở chế độ kéo tàu

Theo “Quy định về an toàn trong công tác kéo tàu tại các cảng”, tốc độ tàu trong các thao tác kéo yêu cầu không lớn hơn 5 knots khi di chuyển dọc và 0,5 knots khi chuyển động quay Lực kéo của tàu còn phụ thuộc vào tốc độ gió và dòng chảy nơi tàu kéo hoạt động Một số cảng không có dòng chảy tự nhiên nhưng vẫn tồn tại dòng chảy do gió gây ra có tốc độ tính theo công thức:

, sin 1 , 0

1 z

R + R

φ- vĩ độ của cảng trên bản đồ

Tốc độ dòng chảy tại các cảng của nước ta khi tính theo công thức trên với lực gió lấy theo cấp 6 của bảng Bofor cho ∆v = 0,3 hải lý Theo số liệu thống kê của nhiều cảng nước ngoài, trong tính toán nhận giátrị tốc độ trung bình của dòng chảy

vDC= 0,6 hải lý

2.5.2.1 Chọn tàu đươc kéo và xác định sức cản của tàu được kéo

Căn cứ vào công suất máy ta lựa chọn tàu được kéo, sau đó tính toán lực cản của tàu được kéo bằng các phương pháp gần đúng (tham khảo tài liệu ‘’Tính toán tính di động cho tàu có lượng chiếm nước’’, tác giả Ths Nguyễn Văn Võ)

2.5.2.2 Xác định lực kéo

a) Trường hợp 1 : Tàu di chuyển dọc :

Lực căng trên dây cáp kéo được tính theo công thức

- A , m2 : diện tích mặt hứng gió của tàu

Rdc : lực cản của dòng chảy (được xác định dựa vào đường cong sức cản của tàu được kéo)

Rx : lực cản của tàu được kéo ứng với tốc độ giả thiết v =5 knots

z 12

b) Trường hợp 2 : Tàu di chuyển dọc có điều chỉnh

sin

2 α

gio

dc R R

z tg

+

=

2 2

2 2 1

sin

sin α

sin

sin α

υρξ

d) Trường hợp 4 : Tàu di chuyển quay

d.1) Tàu quay quanh trọng tâm

Mômen quay do z1,z2 gây ra là :

2

2

1

L z

L z

d.2) Tàu quay quanh mút đuôi

Chuyển động quay quanh mút đuôi của tàu được khảo sát từ chuyển động nửa chiều dài tàu quay quanh mút đuôi Mômen quay do tàu kéo sinh ra

L z

M z = 1 2

16 2 2 L4T

M z = β ρ ω

Lực kéo khi chưa tính đến lực cản của gió có thể được tính theo công thức

T L

z1 = 8 7

Khi xuất hiện áp lực gió sẽ gây ra mômen bổ sung

Mgió = Rgió.L Mômen cản do gió vào nước

L A T

L M

M

M z gio gio gio gio .

2 16 2

2 4

ξ ω

ρ

= +

=

A T

L

z gio gio gio

4 8 2

2 3

2 1

υ ρ ξ ω

2.5.2.3 Xỏc định vận tốc của tàu kộo ở chế độ kộo

m/s

Xõy dựng được đường cong sức cản và cụng suất kộo của cả đoàn tàu

-Từ cụng suất mỏy chớnh Ne, ta xỏc định cụng suất cú ớch Pe =Ne/ηB

ηB – hiệu suất chung của thõn tàu , chọn sơ bộ ηB =0,6

Căn cứ vào đường cong Pe(v) ta xỏc định được tốc độ của tàu kộo ở chế độ kộo tàu

2.6 Kiểm tra ổn định sơ bộ

2.6.1.Chiều cao tâm nghiêng ban đầu

+ Chiều cao tõm nghiờng ban đầu tiờu chuẩn đối với tàu kộo : h0min = (0.5 -0.7)m

+ Chiều cao tõm nghiờng ban đầu của tàu thiết kế

h0 = r + ZC - ZG = ? (m)

ZG = kg.D = ? (m)

WP B

Nếu ho < homin : ổn định ban đầu của tàu khụng được đảm bảo trường hợp này ta phải thay đổi phương ỏn kớch thước, cụ thể là tăng tỷ số B/T rựi tớnh toỏn lại cỏc bước trờn

2.6.2.Kiểm tra ổn định theo các yêu cầu bổ sung

a) Kiểm tra ổn định khi kéo

Theo mục 3.1.4 ,chơng III , Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông : các tàu kéo phải chịu đợc lực giật ngang của dây kéo nghĩa là

d chpk M

Trong đó:

- Mchpk : mômen cho phép tới hạn

- Md : mômen động do lực giật ngang của dây kéo

Việc tính toán đợc thể hiện qua bảng

6 Chiều cao từ điểm đặt lực kéo đến đờng

10 Mômen cho phép tới hạn M chpk = 0 0087D.h0 θchp Tm

11 Mômen động do lực giật ngang của dây

cáp kéo M d = 0.64Zmax(z n−a d0 ) Tm

Ta thấy nếu Md < Mchpk , tàu đủ ổn định theo yêu cầu bổ sung của quy phạm

nếu Md > Mchpk , tàu không đủ ổn định theo yêu cầu bổ sung của quy phạmb) Kiểm tra ổn định khi quay vòng

Với tàu có tỉ số Ne/∆ >1 thì phải kiểm tra điều kiện quay vòng của tàu

Tàu đảm bảo ổn định khi quay vòng khi :

Với: v0 - tốc độ lớn nhất của tàu trớc khi quay vòng lấy bằng vận tốc lớn nhất trên nớc yên lặng Ta lấy vận tốc lớn nhất của tàu khi kéo

ZG = kG.D

D - chiều cao mạn, m

L - chiều dài tàu, m

T – chiều chìm tàu, m

- Mchpq _mômen nghiêng cho phép khi quay vòng đợc tính theo quy phạm:

Mchpq = 0,0087.∆h0.(θchp - θk) = 25.3 (T.m)

θchp_ Đợc lấy bằng trị số nhỏ nhất của một trong hai góc sau: góc ứng với lúc mép boong nhúng nớc hoặc góc xác định theo đờng nớc đi qua điểm cách mép dới của lỗ hở là 75 mm

θk_ góc nghiêng tĩnh định khi chịu kéo ngang (với tàu có chiều dài dới 30 m θk

không đợc lớn hơn 120)

Phần III Xây dựng tuyến hình lý thuyết

3.1.Lựa chọn phương pháp xây dựng tuyến hình

- Phương pháp xây dựng tuyến hình bằng phương pháp thiết kế mới

- Phương pháp xây dựng tuyến hình bằng phương pháp tính chuyển từ tàu mẫu

3.1.1.Xây dựng tuyến hình theo phương pháp thiết kế mới

- Xác định các đặc trưng hình dáng của tàu

+ hoành độ tâm nổi XB

65,0

2sin π C b

.+ Hoành độ tâm đường nước thiết kế

xf = - L (1,75+C W +3,5C W ) 1−C W

100

2

+ Lựa chọn dạng mũi và đuôi

+ Đường cong diện tích đường sườn

Dựng hỡnh chữ nhật cú chiều dài thiết kế L ( hoặc chiều dài giữa 2 đường vuụng gúc

+ Đường cong đường nước thiết kế

Vẽ h́nh chữ nhật có kích thước L , B/2 Trên cạnh đáy đặt các đoạn:

3 −C WP L đoạn OG = 4 1

WP WP

Trong đó: αvn – góc vào nước của đường nước thiết kế

 Nghiệm lại diện tích đường nước thiết kế và hoành độ tâm đường nước Xf

- Xây dựng sườn

Xây dựng sườn theo phương pháp I A Iacovlev (tham khảo bài giảng)

(Xây dựng cho lần lượt các sườn lý thuyết của tàu)

y itb = ωi /2T tung độ trung bỡnh sườn thứ i

ωi , diện tích ngâm nước sườn thứ i (xác định

từ đường cong DTS)

y i ĐNTK – tung độ đường nước thiết kế (xác định

từ đường cong đương nước thiết kế)

3.1.2 Xây dựng tuyến hình theo phương pháp tính chuyển đồng dạng

- Các thông số chủ yếu của tàu mẫu

B/T = ? D/T = ?

Các hệ số béo :

- Tuyến hình của tàu mẫu:

Kích thước chủ yếu tàu thiết kế :

M

TK B

M

TK L

T T B B L L

=

=

=

λ λ λ

Ta cú bảng trị số tuyến hỡnh tàu thiết kế

3.2 Nghiệm lại tuyến hình

Bảng tính diện tích sườn: ( tính cho 21 sườn)

Sườn Ai ki Ai*ki i i*Ai*ki