Thiết kế tàu container sức chở 960 TEU với khối lượng trung bình của một container là 10 6 tấn, vận tốc 16 5 knots, chạy cấp không hạn chế

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAMKHOA:ĐÓNG TÀU BỘ MÔN : LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TÀU THỦY THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế tàu container sức chở 960 TEU với khối lượng

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA:ĐÓNG TÀU

BỘ MÔN : LÝ THUYẾT THIẾT KẾ TÀU THỦY

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Đề tài: Thiết kế tàu container sức chở 960 TEU với khối lượng trung bình của một

container là 10.6 tấn, vận tốc 16.5 knots, chạy cấp không hạn chế.

Họ và tên: TRƯƠNG VĂN TƯỜNG

Hải Phòng, năm 2015

Mục Lục

PHẦN I: TUYẾN ĐƯỜNG – TÀU MẪU 4

1.1 Tuyến đường 4

1.1.1.Cảng Hong Kong 4

1.1.2.Cảng Singapo 4

1.2 Bảng thống kê tàu mẫu 5

1.2.1.Mục đích 5

XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA TÀU 7

2.1 Xác định lượng chiếm nước sơ bộ của tàu: 7

2.2 Xác định các kích thước chủ yếu: 7

2.2.1 Xác định chiều dài tàu: 7

2.2.2 Xác định chiều rộng tàu: 8

2.2.3 Xác định chiều cao mạn: 9

2.2.4 Xác định các hệ số béo: 10

2.2.5 Xác định chiều chìm tàu: 11

2.2.6 Kiểm tra các tỉ số kích thước: 11

2.3 Xác định số container tối đa mà tàu chuyên chở: 12

2.3.1 Xác định sơ bộ lực cản của tàu và công suất máy chính: 12

2.3.2 Xác định khối lượng tàu không: 14

2.3.3 Xác định khối lượng nhiên liệu dự trữ : 15

2.3.4 Xác định khối lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước uống: 15

PHẦN III: XÂY DỰNG TUYẾN HÌNH 18

3.1 Đặt vấn đề: 18

3.2 Phương pháp xây dựng tuyến hình: 18

3.3 Xây dựng tuyến hình: 18

3.3.1 Lựa chọn tàu mẫu: 18

3.3.1 Nội dung phương pháp Á phin: 19

3.3.1 Thực hiện tính chuyển tuyến hình: 19

3.4 Chia lại đường nước: 22

3.4 Nghiệm lại tuyến hình: 24

PHẦN IV: BỐ TRÍ CHUNG 25

4.1 Bố trí chung: 25

4.1.1 Xác định khoảng sườn: 25

4.1.2 Phân khoang: 25

4.1.3 Xác định cao độ trọng tâm tàu không: 26

4.1.4 Xác định cao độ trọng tâm khối container: 26

4.1.5 Kiểm tra ổn định: 27

4.1.6 Dỡ container và giải ballast để đảm bảo ổn định cho tàu: 28

4.2 Bố trí thượng tầng và lầu: 30

4.2.1 Xác định các kích thước thượng tầng và lầu: 30

4.2.2 Biên chế thuyền viên trên tàu: 30

4.2.3 Bố trí các buồng: 30

4.2.4 Bố trí trang thiết bị buồng ở và buồng sinh hoạt: 31

4.3.Tính chọn và bố trí các thiết bị: 32

4.3.1 Tính chọn các thiết bị cứu sinh: 32

4.3.2 Thiết bị đèn tín hiệu: 33

4.3.3 Tính chọn thiết bị lái: 34

4.3.4 Tính chọn neo: 34

4.3.5 Thiết bị chằng buộc: 38

4.3.6 Thiết bị cứu hỏa: 39

4.3.7 Thiết dị ngăn ngừa ô nhiễm nước thải: 39

4.3.8 Trang bị phòng nạn: 40

4.4 Kiểm tra chế độ chạy dằn 41

PHẦN I: TUYẾN ĐƯỜNG – TÀU MẪU1.1 Tuyến đường

Mục đích của việc tìm hiểu tàu mẫu:

Xác định cấp tàu

Tính toán lượng nhiên liệu dự trữ cho tàu

Điều kiện khí hạu trên suốt tuyền đường mà tàu đi có ảnh hưởng lớn đến kếtcấu thân tàu, độ ăn mòn và độ bền tàu…

Điều kiện luồng lạch ra vào cảng có ảnh hưởng đến việc lựa chọn chiềuchìm tàu

Tìm hiểu cơ sở hạ tầng của cảng, nơi mà tàu cập bến nhằm trang bị cho tàunhững thiết bị cần thiết như thiết bị làm hàng

Giới thiệu tuyến đường:

Tuyến đường mà tàu chạy là từ cảng Hong Kong – cảng Singapo

1.1.1.Cảng Hong Kong

Cảng nằm ở vĩ độ 2200 11’ Bắc và 1400 11’ Đông.Cảng có thể tiếp nhận các tàu

cỡ 60.000 DWT, chiều dài 288 m Tuy nhiên luồng ở cửa chỉ cho phép tàu có mớnnước khoảng 10,9 m ra vào được Các bến nước sâu được tập trung ở bán đâỏ Konlum,

ở đây có 12 bến cho tàu viễn dương, với độ sâu khi nước triều kiệt là 9,6 m Bếncontainer đước bố trí ở khu Kwaichung, ở đây có 3 bến với độ sâu trước bến là 12,1 m.Tổng diện tích 1.410.000 m2, tổng chiều dài cầu tàu 5.080m

Cảng làm việc 24 giờ/ngày Thiết bị làm hàng bách hóa cưa cảng có sức nângtrọng từ 1-100 tấn.Cảng cung cấp lương thực, thực phẩm bất kì lúc nào Khả năngthông qua cảng khoảng 37 triệu tấn/năm trong đó chủ yếu là hàng nhập khẩu

1.1.2.Cảng Singapo

Cảng nằm ở vĩ độ 10 16’ Bắc và 1030 50’ Đông Singapo án ngữ eo biểnMalaca, là nơi giao lưu các đường biển đi từ Thái Bình Dương sang Ấn Độ Dương vàngược lại Vì vậy nó trở thành thương cảng lớn thứ 2 trên thế giới

Cảng Singapo có 25 cầu tàu, 5 bến liền bờ với độ sâu 8 đến 12m Bến lớn nhất

là Keppel với chiều dài 5 km Mực nước ở cầu tàu lớn Cảng có đầy đủ trang thiết bịhiện đại đảm bảo xếp dỡ tất cả mọi loại hàng trong đó có bến Tanjonpagar là bến trungchuyển Container lớn nhất thế giới

Cảng có 110000 m2 kho, có 26 hải lý đường sắt với khả năng thông qua hơn 22triệu tấn 1 năm và 230000 m2 bãi Cảng nằm ngay bờ biển nên luồng vào cảng không

bị hạn chế Độ sâu luồng từ 6 đến 15 m Khả năng thông qua cảng hơn 100 triệutấn/năm

Bảng thống kê tàu mẫu là vô cùng quan trọng đối với người thiết kế trước khibước vào công việc thiết kế một loại tàu nào đó Tàu mẫu là tàu có những thông số và

tính năng quan trọng gần giống như tàu ta chuẩn bị thiết kế ví dụ như số trọng tải, sốhành khách, tốc độ vị trí và phạm vi khai thác, loại máy chính v.v… Tuỳ thuộc vàotừng loại tàu, mức độ phức tạp của thiết kế mà người thiết kế có thế chọn lựa ra nhữngchỉ tiêu khác nhau Dưới đây là những chỉ tiêu cơ bản nhất.

Bảng 1.1 : Bảng thống kê tàu mẫu

PHẦN II

XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA TÀU2.1 Xác định lượng chiếm nước sơ bộ của tàu:

Lượng chiếm nước của tàu có quan hệ với dung tích chở container của tàu:

∆ = f(TEU) Mối quan hệ này được biểu diễn dưới đồ thị sau:

Hình 2.1: Quan hệ giữa lượng chiếm nước và dung tích chở container

Dựa vào đồ thị trên, với số container n = 960 TEU ta có:

n = 960 TEU

∆ max=402,82 n0,5684=19963,37 tấn ∆=146,92 n0,6955=17428,12 tấn

∆ min=71,02.n0,7814=15195,93 tấn Lựa chọn giá trị lượng chiếm nước sơ bộ của tàu ∆=16000 tấn

2.2 Xác định các kích thước chủ yếu:

2.2.1 Xác định chiều dài tàu:

Hình 2.2: Sơ đồ tính toán chiều dài tàu container Bảng 2.1 Xác định chiều dài tàu

Kết luận : Chiều dài tàu L = 130 m

vị Công thức - nguồn gốc Kết quả

C C C

W

B VP

L

C C C

Kết luận : Chiều chìm tàu T = 7.51 m

2.2.6 Kiểm tra các tỉ số kích thước:

Bảng 2.7 Kích thước của tàu

2.3 Xác định số container tối đa mà tàu chuyên chở:

Dung tích chở container của tàu không được nhỏ hơn so với yêu cầu từ nhiệm vụ

    Trong đó :

m: Lượng chiếm nước của tàu;

m i: tất cả các khối lượng thành phần trên tàu ngoại trừ khối lượng hànghóa;

con

n : số container tối da mà tàu chuyên chở;

con

m : khối lượng trung bình của một container

2.3.1 Xác định sơ bộ lực cản của tàu và công suất máy chính:

Ta sử dung phương pháp Holtrop Menden để tính toán lực cản:

Bảng 2.8 Tính toán lực cản.

STT Đại lượng tính toán Đơn vị Các giá trị tính toán

Hiệu suất đường trục lấy gần đúng T 0.98

Dự trữ công suất máy chính 15%Ne

Tại vận tốc theo thiết kế v = 16 knots

Công suât máy cần thiết

0,85 .

E

p T

P Ne

 

7154 kW Chọn máy chính có công suất: Capterpillar 8M43 công suất 7200 kW số vòngquay 514(v/p)

2.3.2 Xác định khối lượng tàu không:

Bảng 2.9 Tính toán khối lượng tàu không

STT Đại lượng tính hiệuKí Đơnvị Công thức - Nguồn gốc Kếtquả

1 Chiều dài lớn nhất L max m L max = 1,072.L 139.4

2 Khối lượng vỏ tàu m vt T

1,003 max

5

1,691 max

5905,98

10.(1 0, 49532 )

vt

B

L BD m

C L D

N

m   

6 Hệ số dự trữ lượng

7 Khối lượng tàu không 0 T 0 (m vt m tb m ht m tbnl)k 0

8 Khối lượng nhiên liệu dự trữ m nl T m nl k k m t Ne nl .M nl' . 99.7

9

Kết luận : Khối lượng nhiên liệu dự trữ mnl = 99.79 tấn

2.3.4 Xác định khối lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước uống:

Bảng 2.11Biên chế thuyền viên trên tàu

ST

T Đại lượng tính hiệuKí Đơnvị Công thức - Nguồngốc Kếtquả

1 Khối lượng 1 người bao gồm cả hành lý p tv kg 120

2 Thời gian hành trình và

4 Lương thực, thực phẩm

6 Khối lượng lương thực , thực phẩm m lttp T m lttp p n t lttp tv 0.3

7 Khối lượng nước ngọt m nn T m nn p n t nn tv 15

8 Khối lượng thuyền viên m tv T m tvp n tv tv 2.4

9 Khối lượng thuyền viên,

lương thực, nước ngọt m z T m z m tvm lttp m nn

17.7

Kết luận : Khối lượng thuyền viên, lương thực, nước ngọt mz = 17,7 tấn

Bảng 2.13Xác đinh số container tàu chuyên chở

STT Đại lượng tính Kí hiệu Đơnvị Công thức - Nguồngốc Kết quả

1 Khối lượng thuyền viên,lương thực, nước ngọt m z T 17.7

5 Khối lượng trung bình của container m con T 10.2

0

D    

7 Số container theo yêu cầu thiết kế n con TEU 820

Kết luận : Tàu đủ dung tích chở container

PHẦN III: XÂY DỰNG TUYẾN HÌNH3.1 Đặt vấn đề:

Hình dáng than tàu do đường hình dáng hay tuyến hình của tàu quyết định.

Tuyến hình của tàu ảnh hưởng đến các tính năng cơ bản của con tàu như tính di động,tính ổn định, tính ăn lái, đảm bảo sự thuận lợi để bố trí các trang thiết bị trên tàu cũngnhư đầy đủ dung tích để chở hàng Ngoài ra tuyến hình còn đảm bảo cho khả năngcông nghệ đóng tàu và thẩm mỹ của con tàu Mỗi một loại tàu lại có những tính năngriêng do đó tuyến hình từng loại tàu cũng khác nhau Trong khi thiết kế phải chú ý đếnđặc điểm của con tàu mà thiết kế đường hình dáng cho thích hợp Tuy vậy cũn có thểđưa ra một số yêu cầu chung chung khi thiết kế tuyến hình Đó là :

Tối ưu hóa về mặt sức cản

Đảm bảo cho tàu vận hành tốt trên sóng

Phối hợp tốt với sự làm việc của thiết bị lái và thiết bị đấy

Thuận lợi cho quá trình công nghệ

Thiết kế tuyến hình cũng có nhiều phương pháp như tính chuyển từ tàu mẫu,thiết kế theo mô hình, thiết kế mới, phương pháp tính chuyển cục bộ…

3.2 Phương pháp xây dựng tuyến hình:

Ta lựa chọn phương pháp biến cải đường hình dáng thao phương pháp Á phin.

Bảng 3.2 Bảng nghiệm lại hệ số béo tàu

mẫu

L B T





3.3.1 Nội dung phương pháp Á phin:

Phương pháp á phin chỉ được áp dũng trong trường hợp khi có sự thay đổi các

kích thước chủ yếu của tàu L, B, T còn hệ số béo CB và các hệ số béo khác không thayđổi Khi đó lượng chiếm nước, vị trí tâm nổi, bán kính tâm nghiêng và các yếu tố kháccủa tuyến hình lý thuyết sẽ được xác ddinhjj một cách đơn giản theo công thức đượcxây dựng trên cơ sở đồng dạng cục bộ về hình dáng tàu mẫu với tàu thiết kế

3.3.1 Thực hiện tính chuyển tuyến hình:

Bảng 3.3 Các hệ số tính chuyển

B b B



1.019

2 theo chiều chìm tàuHệ số tính chuyển ta a tk

tm

T t T

3

Kết luận : Sau khi biến đổi á phin ta thu được đường hình dáng của tàu

Bảng 3.4 Bảng trị số tuyến hình tàu mẫu

ĐN

1058

ĐN2117

ĐN3174

ĐN4232

ĐN5290

ĐN6348

ĐN

TTĐ /BDM MG

3.4 Chia lại đường nước:

Bảng 3.6 Bảng trị số tuyến hình tàu thiết kế

Chiều caoS

-5 6.481 7.914 9.048 9.914 10.37 10.-57 10.6 10.6 10.6 -

-6 8.313 9.405 10.11 10.53 10.-6 10.6 10.6 10.6 10.6 -

-7 9.321 10.14 10.54 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 -

-8 9.61-8 10.32 10.5-8 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 - 1

-0 9.618 10.32 10.58 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 - 1

-1 9.618 10.32 10.58 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 - 1

-2 9.618 10.32 10.58 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 - 1

-3 9.448 10.24 10.58 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 10.6 - 1

-4 8.67 9.662 10.12 10.34 10.47 10.54 10.59 10.6 10.6 - 10.61

5 7.199 8.421 9.02 9.399 9.701 9.968 10.22 10.37 10.6 - 10.61

6 5.462 6.611 7.301 7.813 8.291 8.783 9.265 9.485 10.25 10.6 10.61

7 3.832 4.691 5.33 5.884 6.425 7.035 7.681 7.999

9.27

1 10.16

10.471

8 2.378 3.142 3.686 4.098 4.424 4.853 5.461 5.847 7.562 9.174 9.8211

9 1.327 2.057 2.502 2.712 2.676 2.686 2.951 3.18 4.917 7.265 8.1742

0 0.354 1.101 1.564 1.793 1.784 1.377 0.062 0.05 0.826 3.358 4.59

3.4 Nghiệm lại tuyến hình:

Bảng 3.7 Bảng nghiệm lại lượng chiếm nước của tàu

4.1.1 Xác định khoảng sườn:

Bảng 4.1 Xác định khoảng sườn

ST

T Đại lượng tính hiệuKí Đơnvị Công thức - Nguồn gốc Kếtquả

5 KS khoang hàng 1 S 1 mm Không sai khác 250mm sovới KS chuẩn 700

6 KS khoang hàng 2 S 2 Không sai khác 250mm so

6 KS khoang hàng 3 S 3 mm Không sai khác 250mm sovới KS chuẩn 715

7 KS khoang hàng 4 S 4 mm Không sai khác 250mm so

4.1.2.1 Phân khoang theo chiều cao:

Bảng 4.3 Phân khoang theo chiều cao tàu

STT Tên Khoang Chiều cao (m)

4.1.3 Xác định cao độ trọng tâm tàu không:

Bảng 4.4 Cao độ trọng tâm tàu không

STT Đại lượng tính Công thức - Nguồn gốc Kếtquả

1 Cao độ trọng tâm vỏ tàu , z

vt (m)

2 max

vt vt tb ht tbht tbnl tbnl c

STT Đại lượng tính hiệuKí Đơnvị Công thức - Nguồn gốc Kếtquả

r k

4 Cao độ trọng tâm tàu z g m

0 0

con con c k k g

m

5 Chiều cao tâm nghiêng h 0 m h0  r z g z c -4.75

Kết luận : Tàu không đủ ổn định do h0 < 0,15

Bảng 4.7 Bảng tính cao độ trọng tâm khoang

Bảng 4.8 Bảng dỡ container

STT Đại lượng tính hiệuKí Đơnvị Công thức - Nguồngốc Kếtquả

2 Khối lượng ballast phải thêm vào m bl T m bl n m do con 2275

3 Số container còn lại n con cl con m concl n con n condo 820

4

Số container còn lại chênh lệch

so với nhiệm vụ thiết kế

Kết luận : Số container còn lại thỏa mãn nhiệm vụ thư thiết kế

Bảng 4.10 Bảng tính cao độ trọng tâm lượng ballast thêm vào

Cao độ trọngtâm(m)

r k

4 Cao độ trọng tâm tàu, m z g

0 0

con con c bl bl k k g

4.2.1 Xác định các kích thước thượng tầng và lầu:

Bảng 4.12 Bảng xác định kích thước thượng tầng

4.2.2 Biên chế thuyền viên trên tàu:

Bảng 4.13 Bảng biên chế thuyền viên trên tàu

Boong sàn buồng máy

Trên boong chính

Phòng kiểm hàng hóa Hệ thống cầu thang lên xuống

Trên boong thượng tầng đuôi

Phòng điều hành Hệ thống hành lang, cầu thang

Trên boong lầu 2

Phòng đầu bếp Hệ thống hành lang, cầu thang

Trên boong lầu 3

Phòng thủy thủ boong : 3 phòng Phòng vệ sinh

Phòng giải trí cho thủy thủ Hệ thống hành lang, cầu thang

Trên boong lầu 4

Phòng thủy thủ boong : 4 phòng Giếng máy

Trạm xá Hệ thống hành lang, cầu thang đi xuống

Trên boong lầu 5

Phòng thợ điện Hệ thống hành lang, cầu thang đi xuống

Trên boong lầu 6

Phòng tiếp khách và phòng ngủ

Phòng tiếp khách và phòng ngủ

của máy trưởng Hệ thống hành lang, cầu thang

Trên boong lầu 7

Phòng điện đài Hệ thống hành lang, cầu thang đi xuống

Trên boong lầu 8

4.2.4 Bố trí trang thiết bị buồng ở và buồng sinh hoạt:

Bảng 4.15 Bảng bố trí trang thiết bị buồng ở và buông sinh hoạt

Giường đơn: 2000x900 Giường đơn: 2000x900

1 tủ đựng quần áo 2 ngăn 1 tủ đựng quần áo 2 ngăn

1 bàn làm việc: 800x600 1 bàn làm việc: 800x600

2 ghế đơn: 360x360x420 2 ghế đơn: 360x360x420

1 cửa sổ lấy ánh sáng 1 cửa sổ lấy ánh sáng

Buồng sỹ quan Buồng thuyền trưởng, máy trưởng

1 tủ đựng quần áo 2 ngăn 1 tủ lạnh 50L

1 bàn làm việc: 1500x600 1 tủ để tài liệu

1 ghế đơn: 360x360x420 1 giường đơn: 2000x900

Nhà tắm và vệ sinh độc lập Phòng giải trí thủy thủ và sĩ quan

Hệ thống cửa Buồng thuyền trưởng, máy trưởng

Cửa sổ: 400x560 Cầu thangbuồng máy nghiêng 45 độ rộng800Cửa ra vào buồng ở : 1900x800 Cầu thang chính nghiêng 45 độ rộng 800Cửa hành lang : 1900x800 Lan cao cao 1100

4.3.Tính chọn và bố trí các thiết bị:

4.3.1 Tính chọn các thiết bị cứu sinh:

4.3.1.1 Xuồng cứu sinh

Theo quy phạm về trang thiết bị cứu sinh thì tàu thiết kế phải được trang bị xuồngcứu sinh đảm bảo chở được 100% số người trên tàu, bố trí ở mỗi bên mạn

Chọn một xuồng cứu sinh có các thông số như sau:

Đối với tàu biển có chiều dài lớn hơn 85m, vùng không hạn chế thì cần trang bị

số bè cứu sinh có khả năng chở 50% số người mỗi mạn

Ta trang bị cho tàu 4 phao tròn cứu tự thổi, sức chở mỗi phao là 5 người Vị trí lưu giữ là boong cứu sinh.Đường kính than là 0,5 m

4.3.1.3 Phao tròn cứu sinh

Đối với tàu biển co chiều dài lớn hơn 100m, vùng không hạn chế thì cần trang

bị 10 phao tròn,trong đó có 6 phao tròn thường, 4 phao dây

Vật liệu làm phao là nhựa bọt

Các thông số chủ yếu của phao:

Đường kính trong: d = 440 mm

Đường kính ngoài: D = 740 mm

Chiều dày phao : h = 60 mm

Lực giữ: > 14,5 kg

Khối lượng phao: 3 kg

4.1.3.4 Áo phao cứu sinh

Áo cứu sinh được làm bằng vải, có hai lớp, giữa 2 lớp chia nhiều màng ngăn, trong mỗi màng ngăn đặt các túi kín nước, trong túi nhồi bong thực vật

Theo quy phạm, số lượng phao áo cứu sinh phải đủ cho 100% sô người cộng với

số trực ca.Do vậy trang bị cho tàu 20 áo cứu sinh

4.3.2 Thiết bị đèn tín hiệu:

Bảng 4.16 Bảng thiết bị đèn tín hiệu