Nghiên cứu thiết kế du thuyền chở 6 khách du lịch, chạy bằng động cơ diesel kết hợp buồm hoạt động trên vịnh hạ long

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI - VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ DU THUYỀN CHỞ KHÁCH DU LỊCH, CHẠY BẰNG ĐỘNG CƠ DIESEL KẾT HỢP BUỒM HOẠT ĐỘNG TRÊN VỊNH HẠ LONG Kỹ sư : Lớp/Khoá: Phạm Mạnh Tuấn Kỹ thuật tàu thủy /2012-2014 Người hướng dẫn : PGS.TS TRƢƠNG SĨ CÁP HẢI PHÒNG - 2015 NỘI DUNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ MỞ ĐẦU - Tính cấp thiết đề tài - Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu - Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Tính cấp thiết đề tài  Việt Nam có tiềm lớn phát triển du lịch biển Đặc biệt Vịnh Hạ Long điểm đến lý tưởng khách du lịch  Hiện nay, Vịnh Hạ Long du khách chủ yếu lựa chọn tàu vỏ gỗ không đảm bảo an toàn Gần có nhiều du thuyền nhập hoạt động vịnh Tuy nhiên giá thành thường cao MỞ ĐẦU  Một yêu cầu phát triển du lịch bền vững Chúng ta cần có tàu chạy lượng tự nhiên thân thiện với môi trường Chính lý tác giả lựa chọn du thuyền chạy máy kết hợp với buồm để hoạt động Vịnh Hạ Long MỞ ĐẦU Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài  Đề tài tập trung nghiên cứu mẫu du thuyền buồm có chiều dài 10m chở từ tới du khách Từ tính toán lý thuyết để lựa chọn du thuyền phù hợp chở người Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài  Tổng hợp mẫu du thuyền có buồm cỡ nhỏ giới  Phân tích đặc trưng thiết kế du thuyền  Lựa chọn mẫu du thuyền phù hợp  Thiết kế du thuyền theo yêu cầu quy chuẩn quy phạm Việt Nam MỞ ĐẦU Ý nghĩa  Ý nghĩa khoa học  Tính toán thiết kế du thuyền kiểm nghiệm thỏa mãn quy định quy phạm đảm bảo hoạt động an toàn  Ý nghĩa thực tiễn  Tạo du thuyền tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường, thúc đẩy du lịch phát triển bền vững CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Tình hình phát triển du thuyền giới Việt Nam  Thế giới: Xu hướng du thuyền giới thiết kế du thuyền cỡ nhỏ ứng dụng công nghệ mới, lượng khí thải thấp du thuyền chạy lượng mặt trời, gió Du thuyền buồm phục vụ du lịch thể thao nhiều nước quan tâm phát triển từ lâu  Tại Việt Nam: Có nhiều khách hàng tư nhân muốn sở hữu du thuyền cỡ nhỏ, phục vụ kỳ nghỉ ngắn ngày phù hợp với điều kiện neo đậu Việt Nam Hiện có nhiều bến du thuyền quy mô lớn xây dựng Vịnh Hạ Long CHƯƠNG I: TỔNG QUAN - Các thuyền buồm có chủ yếu dùng vỏ gỗ buồm chế tạo theo kinh nghiệm dân gian Một số tàu, buồm mang tính trang trí - Hệ thống tài liệu quy chuẩn thiết kế buồm chưa đầy đủ - Qua tìm hiểu mẫu tàu Việt Nam giới tác giả phân tích lựa chọn mẫu tàu phù hợp điều kiện Vịnh Hạ Long Sau tính toán thiết kế phù hợp với quy định an toàn Quy phạm CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ Đặc điểm thuyền buồm Một số lưu ý sử dụng thuyền buồm Cơ sở thiết kế Sức cản Cơ sở tính áp lực gió nghiệm sơ tốc độ tàu Tính ổn định 2.1 Đặc điểm thuyền buồm Thuyền buồm di chuyển áp lực gió tác dụng vào buồm tạo nên tăng áp giảm áp mặt trước sau cánh buồm Chính chênh lệch áp suất tạo lực đẩy đẩy tàu di chuyển CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ Tại thuyền buồm chạy ngƣợc gió? - Thuyền buồm di ngược hướng gió hoàn toàn chếch góc nhỏ so với hướng gió hoàn toàn - Vậy gió tác dụng lên thuyền buồm nhƣ nào? Dù gió có thổi theo hướng đẩy buồm theo phương thẳng góc với mặt phẳng buồm mà - Nguyên tắc chung là: để lợi tốc độ mặt phẳng buồm chia góc kẹp mặt cắt dọc du thuyền hướng gió làm đôi 10 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3.2 Tính toán buồm Diện tích buồm SA =  2,5W Với hệ số k = diện tích buồm là: SA = 2* 12.9 = 25 (m2) Dựa vào kích thước buồm theo tàu mẫu tính nghiệm ổn định theo quy phạm ta lựa chọn kích thước buồm có diện tích là: SA = 16.5 (m2) Kích thƣớc buồm - Buồm lòng: Diện tích buồm lòng: 11 m2 I = 6.34 m J = 2.67 m - Buồm mũi: Diện tích buồm mũi: 5.5 m2 P = 5.5 m E = 2.02 m Cột buồm lòng đặt giao điểm mặt phẳng dọc tâm tàu sườn #6+350 20 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3.4 Sức cản nghiệm tốc độ tàu Nhập trị số tuyến hình tàu thiết kế vào phần mềm NAPA xuất liệu ta bảng lực cản : STT Vận tốc Vs Sức cản Rt (Kg) STT Vận tốc Vs Sức cản Rt (Kg) 2.0 20 10 5.6 125 2.4 36 11 6.0 132 2.8 46 12 6.4 141 3.2 56 13 6.8 157 3.6 67 14 7.2 182 4.0 82 15 7.6 211 4.4 95 16 8.0 242 4.8 105 17 8.4 276 5.2 118 18 8.8 312 21 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Tốc độ thuyền chạy xuôi gió( Các chế độ khác tính tƣơng tự) Tổng diện tích hứng gió có tác dụng đẩy thuyền tính sau: S = S a + St Trong đó: Sa = 11 (m2): diên tích hứng gió buồm, lấy theo diện tích buồm lòng St = 2,88 (m2): diện tích hứng gió thân thuyền Ta được: S = 13,88 (m2) Bảng 3.4: Vận tốc thuyền xuôi gió Vận tốc gió Áp lực gió P Lực đẩy gió Vận tốc m/s (KG/m2) Q = P.S (KG) thuyền Hl/h 2.5 2.1 29.15 2.4 4.5 4.5 62.46 3.4 6.5 8.3 115.20 5.0 Cấp gió 22 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 3.5 Tính ổn định Các trường hợp tải trọng tính toán - Trạng thái I: Trạng thái tàu đầy tải 100% dự trữ - Trạng thái II: Trạng thái tàu đầy tải 10% dự trữ - Trạng thái III: Trạng thái tàu không tải 10% dự trữ * Bảng tính ảnh hƣởng mặt thoáng Chiều STT Tên gọi Khối lượng (Tấn) Chiều rộng bể cao bể (m) (m) Hệ số ΔMh=gIqv Cb ^0.5) Tbt (Cb 0.01Dmin Két dầu 0.2 1.3 0.40 0.37 0.01 0.045 Két nước 0.20 0.5 0.40 1.11 0.006 0.045 Ta xét bể chứa có ΔMh>0.01Dmin ta bỏ qua ảnh hưởng mặt thoáng ổn định 23 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * Bảng tính khối lƣợng trọng tâm tàu Trạng thái I: Tàu đầy tải với 100% dự trữ Thành phần khối STT % lượng Tàu không Thuyền viên Khách Két dầu 98% Két thải 10% Két nước 98% Dằn cứng đáy tàu Xiếm ổn định tàu Tổng Lượng chiếm nước Hoành độ trọng tâm Cao độ trọng tâm Pi [Tấn] 1.69 0.14 0.42 0.15 0.02 0.20 1.20 0.70 4.52 Xi Zi [m] [m] 3.26 0.50 1.28 1.73 4.50 1.0 1.01 0.20 5.650 0.070 0.250 0.600 4.650 0.100 3.800 -0.850 D = XG = ZG = Mx [Tm] 5.51 0.18 1.89 0.15 0.11 0.05 5.58 2.66 16.13 Mz [Tm] 0.85 0.24 0.42 0.03 0.00 0.12 0.12 -0.60 1.18 4.52 T 3.569 m 0.262 m 24 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * Tính cân dọc chiều cao ổn định ban đầu STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tên gọi Công thức Đ.Vị Lượng chiếm nước D T Mớn nước trung bình d m Hoành độ trọng tâm XG m Hoành độ tâm XC m Momen nghiêng dọc cm MCT Tm/cm Trị số nghiêng dọc dd = (XG - Xc)D/100MCT m Hoành độ trọng tâm mặt nước Xf m Số gia mớn nước mũi ddm =(L-Xf)*dd/L m Số gia mớn nước lái ddl =Xf*dd/L m Mớn nước mũi dm = ( d + ddm) m Mớn nước lái dl = ( d - ddl ) m Chiều cao trọng tâm ZG m Chiều cao tâm ZC m Bán kính tâm nghiêng ngang r m Chiều cao tâm nghiêng Zm = r + Z c m Momen quán tính mặt thoáng S Mh m4 Hiệu chỉnh mặt thoáng dho = S Mh / D m Chiều cao ổn định ban đầu ho = Zm - ZG - dho m TT I 4.52 0.515 3.569 3.453 0.100 0.053 3.349 0.031 0.022 0.55 0.49 0.262 0.310 1.150 1.460 0.0 0.0 1.198 TT II 4.37 0.502 3.881 3.457 0.100 0.185 3.345 0.108 0.077 0.61 0.42 0.267 0.303 1.150 1.453 0.0 0.0 1.186 TT III 3.95 0.469 3.8151 3.469 0.100 0.137 3.347 0.079 0.057 0.55 0.41 0.189 0.284 1.140 1.424 0.0 0.0 1.235 25 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * Tính đƣờng cong ổn định tĩnh động Trạng thái I: Tàu đầy tải với 100% dự trữ Góc Lf [Độ] [m] I II sinθ a.sinθ Lt = II-IV Stp(V) Ld [m] [m] III IV V VI VII 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 10 0.191 0.174 0.045 0.146 0.146 0.013 20 0.372 0.342 0.090 0.282 0.574 0.050 30 0.541 0.500 0.131 0.410 1.266 0.111 40 0.660 0.643 0.168 0.492 2.168 0.189 50 0.727 0.766 0.200 0.527 3.186 0.278 60 0.755 0.866 0.227 0.528 4.241 0.370 70 0.749 0.940 0.246 0.503 5.273 0.460 [m] 26 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Đồ thị cánh tay đòn ổn định tĩnh động trạng thái I 27 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * Tính góc lắc ngang STT Hạng mục 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Thể tích chiếm nước Chiều cao ổn định ban đầu Chiều rộng Chiều cao trọng tâm Mớn nước Tỷ số Hệ số béo Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Hệ số Biên độ chòng chành Ký hiệu công thức V ho B Zg d B/d d m1 = m0/h1/2 m2 =f(B/d) m = m1.m2.m3 Sk/LB Cw r1 r3 r = r1+r2+r3 q = r.Cw.B^(1/2) k qm = k.qm0 Đơn vị m m m m m % Độ TT I 3.616 1.198 2.08 0.262 0.515 4.04 0.345 3.289 0.781 2.568 7.81 0.531 0.17 1.59 1.76 1.35 0.95 17.1 Trị số TT II 3.492 1.186 2.06 0.267 0.502 4.10 0.341 3.306 0.783 2.589 7.89 0.525 0.17 1.61 1.78 1.34 0.95 17.1 TT III 3.156 1.235 1.97 0.189 0.469 4.20 0.328 3.240 0.786 2.547 8.25 0.507 0.18 1.63 1.81 1.29 0.95 17.1 28 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * Tính diện tích trọng tâm mặt hứng gió: Trạng thái I: Tàu đầy tải với 100% Mớn nước No T = Hạng mục Mạn khô, thượng tầng Buồm lòng Buồm mũi Tổng Diện tích mặt hứng gió: 0.515 Ai [ m2 ] 6.44 1.0 11.00 5.50 0.707 0.707 Chiều cao tâm mặt hứng gió cách chuẩn: m Ci Ai.Ci [ m2 ] 6.35 Zchi [m] 0.92 Mzi [ m3 ] 5.84 7.78 3.89 18.02 Av = 4.42 3.31 18.022 34.39 12.88 53.11 m2 Zch = 2.947 m 2.432 m Chiều cao tâm mặt hứng gió cách mặt phẳng đường nước: ZT = 29 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * Kiểm tra ổn định tàu Tên gọi Lượng chiếm nước trọng lượng Mớn nước Chiều cao tâm hứng gió Áp lực gió theo quy phạm Diện tích mặt hứng gió Hệ số a1 Cánh tay đòn gây nghiêng quy đổi Mômen nghiêng gió tác động Góc vào nước Cánh tay đòn nghiêng cho phép Mô men nghiêng cho phép Hệ số an toàn Ký hiệu Đ.vị công thức TT1 TT2 Giá trị TT1 (không TT2 (không TT3 buồm) buồm) D kN 44.3 42.8 38.7 44.341 42.821 d ZT m m 0.515 0.502 2.432 2.428 0.469 2.432 0.52 0.41 0.50 0.408 P = f(Zt) Pa 220.3 220.3 222.28 157.00 157 18.342 0.471 6.350 0.47 6.47 0.47 2.578 0.56 0.57 10.51 0.56 0.57 69 68 68 0.273 0.273 0.281 0.273 0.273 Mchp=D.lcf kNm 12.11 11.69 10.87 12.11 11.69 1.03 21.58 20.37 Av m2 18.022 18.142 a1 = f(B/d) 0.465 0.474 Z = ZT + m 2.59 2.585 a1a2d Mv = kNm 10.28 10.33 0,001p.Av.Z θvn độ 68 68 lcf K=Mchp/Mv m - 1.18 1.13 30 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ * So sánh tiêu chuẩn ổn định theo quy phạm Tính toán Giá trị cho phép Trạng thái I: Đủ khách với 100% dự trữ Trạng thái II: Đủ khách với 10% dự trữ Trạng thái III: Không khách với 10% dự trữ Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn thời tiết K ( Không buồm) 1.18 1.13 1.03 >1 >1 >1 Trạng thái I: Đủ khách với 100% dự trữ Trạng thái II: Đủ khách với 10% dự trữ 21.58 20.37 >2 >2 STT Nội dung Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn thời tiết K 31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tác giả thực số phần sau: - Tổng hợp số mẫu du buồm giới - Phân tích lựa chọn tàu mẫu phù hợp làm sở thiết kế - Xây dựng đồ án thiết kế sơ lập thiết kế sở - Đã tính toán tốc độ tàu chạy buồm chế độ gió khác - Tính toán kết cấu buồm, tốc độ khai thác máy khai thác buồm - Tính kiểm tra đảm bảo ổn định, du thuyền thiết kế phù hợp, an toàn tiện nghi cho hành khách 32 Kiến nghị hƣớng phát triển luận văn Về hƣớng nghiên cứu chế tạo - Có thể phát triển nghiên cứu du thuyền chạy buồm có kích thước lớn chở nhiều người thời gian hoạt động biển lâu Về khai thác: - Sản xuất hàng hoạt tàu composit theo khuôn mẫu cung cấp cho công ty du lịch trang bị đại phục vụ cho du khách hạng sang Về hiệu kinh tế xã hội: - Việc đầu tư đóng du thuyền tạo việc làm cho nhà máy đóng tàu vừa nhỏ Tạo điều kiện cho ngành du lịch có thêm phương tiện an toàn, thúc đẩy ngành du lịch phát triển, số nước: Thái Lan, Singapore thành công Thiết kế đóng du thuyền chở khách, dùng máy kết hợp với buồm phục vụ du lịch Vịnh Hạ Long cần thiết hoàn toàn khả thi, có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật xã hội 33 EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN 34 ... ta cần có tàu chạy lượng tự nhiên thân thiện với môi trường Chính lý tác giả lựa chọn du thuyền chạy máy kết hợp với buồm để hoạt động Vịnh Hạ Long MỞ ĐẦU Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài ... trung nghiên cứu mẫu du thuyền buồm có chiều dài 10m chở từ tới du khách Từ tính toán lý thuyết để lựa chọn du thuyền phù hợp chở người Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài  Tổng hợp mẫu du thuyền có buồm. .. phù hợp điều kiện Vịnh Hạ Long Sau tính toán thiết kế phù hợp với quy định an toàn Quy phạm CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ Đặc điểm thuyền buồm Một số lưu ý sử dụng thuyền buồm Cơ sở thiết kế