Thiết kế tàu chở hàng khô DW=15000 tấn, vận tốc vs=12,8 knots, chạy tuyến sài gòn ấn độ

PHẦN I: TUYẾN ĐƯỜNG – TÀU MẪU 1.1 Tuyến đường 1.1.1 Cảng Cảng sài gòn Cảng Sài Gòn nằm hữu ngạn sơng Sài Gòn, có vĩ độ 10048’ Bắc 106042’ kinh độ Đông Cảng nằm phạm vi dọc bờ dài 2km cách bờ biển 45 hải lý Khu vực Sài Gòn có chế độ bán nhật triều,biên độ dao động mực nước triều lớn 3,98m ,l dòng chảy 1m/s Từ cảng Sài Gòn biển có đường sơng: -Theo sơng Sài Gòn vịnh Gành Ráy qua sơng Lòng Tảo, sơng Nhà Bè sơng Sài Gòn Những tà mớn nước khoảng 9,0m chiều dài khoảng 210m lại dễ dàng theo đường -Theo sơng Sồi Rạp, đường dài 10 hải lý tàu phải có mớn nước khơng q 6,5 m có bến với tổng chiều dài 810m sản lượng thông qua hàng năm 1.600.000 Hiện xây dựng bến phụ, bến 1,2 với chiều dài 330 m dạng bến cọc bê tơng cốt thép, trước bến có đường cần trục cổng hai đường sắt hoạt động.Bến thuộc dạng thiết kế theo tiêu chuẩn cảng biển cấp mặt bến có tải trọng tấn/m2 Hiện Cảng lắp dàn cần trục cổng nâng Container chuyên dụng chủ yếu xếp hàng Co sắt thép, hàng kiện, gỗ 1.1.2 Cảng đến Cảng Chennai Chennai trung tâm công nghiệp thương mại lớn thứ Ấn Độ, Đây cảng có cầu tàu dài 826m cho phép lúc hai tàu 50.000 tàu 5.000t cập bến Cảng có diện tích 308.000 m², lực bốc xếp 650.000 TEUs/năm -Năng xuất bốc xếp hàng : Bách hoá : 1000 /ngày : Hàng rời :1200 tấn/ngày : Than : 7500 / ngày : Cảng có đội xà lan cung cấp nhiên liệu, nước ngọt, có hệ thống thơng tin liên lạc đầy đủ Cảng có đà sửa chữa loại tàu 26000 Các cảng hàn Quốc làm việc với thời gian 24/24 ngày ngày nghỉ năm là: từ ngày 1-3 tháng 1, ngày 1, 10 tháng 3, ngày tháng 4, ngày tháng 6, ngày 17 tháng 7, ngày 15 tháng 8, ngày 3,9,24 tháng 10, ngày 24 thang 12 Tuyến đường tổng chiều dài 2215 hải lý, thời gian hành trình 7,21 ngày Trong thời gian hành trình phải dự trữ thời gian vào việc như: nghỉ ngơi, sửa chữa, tránh bão… chọn thời gian hành trình 10 ngày 1.2 Bảng thống kê tàu mẫu STT Các thông số tàu Đơn vị Tàu mẫu Tàu mẫu Tàu mẫu VINASHIP OCEAN MỸ VƯỢNG BD PIONEER 1986 1986 1986 Tên tàu Năm đóng Số IMO 8512865 8915299 9476147 Loại tàu Hàng rời Hàng rời Hàng t.hợp Trọng tải 12367 14399 17872 Khối lượng hàng 7507 11161 11292 Chiều dài thiết kế Ltk m 121,8 134 148 Chiều dài Lpp m 116 127 140 Chiều rộng thiết kế Btk m 20 21,2 23 10 Chiều chìm thiết kế T m 8,3 7,9 9,5 11 Chiều cao mạn D m 11 10,8 14,5 12 Tỷ số L/B 6,09 6,32 6,43 13 Tỷ số B/T 2,4 2,68 2,42 14 Tỷ số D/T 1,32 1,37 1,53 15 Lượng chiếm nước m 17227 17517 24452 16 Hệ số lợi dụng LCN theo trọng tải D =DW/m 0,72 0,82 0,73 17 Hệ số lợi dụng LCN theo sức chở hàng h 18 Hệ số béo thể tích CB 19 Tốc độ tàu knots 13 13 13,5 20 Công suất máy cv 2217 3800 4600 21 Loại hàng tàu chuyên chở 22 Biên chế thuyền viên Người 21 21 21 23 Số lượng khoang hàng 4 24 Chiều dài khoang máy m 25 Chiều cao đáy đôi, hdd m 26 Chiều rộng mạn kép, bmk m Tấn PHẦN II XÁC ĐỊNH CÁCKÍCHTHƯỚC CHỦ YẾU CỦA TÀU 2.1 Xác đinh sơ kích thước: 2.1.1 Xác định lượng chiếm nước sơ bộ: Từ phương trình xác định lượng chiếm nước: msb = DW D = 15000  18181,8 0, 78 đó: D – hệ số lợi dụng LCN theo trọng tải (nội suy theo tàu mẫu); DW – trọng tải tàu (theo nhiệm vụ thư thiết kế); Theo thống kê tàu mẫu D =(0,72:0,82) ta chọn D =0,78 2.1.2 Xác định kích thước sơ tàu: (2.1)  Xác định chiều dài tàu: Chiều dài tàu xác định qua chiều dài tương đối tàu qua công thức sau: L  l.3  msb /  = 5,05 18181,8 /1.025  131,7 (2.2) Trong đó: l – chiều dài tương đối tàu, hàm tốc độ tuyệt đối tàu Có thể xác định l xác định theo cơng thức sau: + theo L M Nogid chiều dài tương đối l xác định theo công thức: l  Cn v 1/ 3 S = 2,16.12,8 =5,05, (2.3) đó: Cn = 2,16 tàu chở hàng khô;  Các hệ số béo - Xác định số Frude: Fr  v 6,58  0,183 = gL 9,81.131, Trong đó: v – tốc độ tàu (m/s) g – gia tốc trọng trường, g =9,81(m/s2) L – chiều dài tàu, m - Hệ số béo thể tích CB = a – b.Fr =1,09-1,68.0,183= 0,78 (2.6) Đối với tàu hàng khô: a = 1,09 b=1,68; Đối với tàu dầu: a = 1,05 b=1,40 - Hệ số béo đường nước thiết kế: CW  0,98CB 1/ -  0,06 = 0,98.0,781/2  0,006  0,84 (2.7) Hệ số béo sườn giữa: CM  0,926  0,085CB  0,004 =0,926+0,085.0,856 0, 004 =0,998  Chiều rộng, chiều chìm, chiều cao mạn Ta có m = kCBLBT đó: bước tính sơ chọn k = 1,007 (2.8)  = 1,025 (t/m3) - khối lượng riêng nước BT = m/ kCBL=171,5 (m2) (2.9) Chọn tỷ số B/T , D/T theo tàu mẫu theo số liêu thống kê sau: Theo thống kê cho tàu hàng khô: bT =B/T = 2,0 ÷ 3,5, chọn bT  2,4 hT=D/T = 1,15  1,35, chọn hT  1,33 B= 20,28 T= 8,43 D=11,2 L=131,7 2.2.Nghiệm lại lượng chiếm nước tàu lần (theo phương trình sức nổi) Lượng chiếm nước tàu theo phương trình sức nổi: m = kCBLBT = 1,007.1,025.0,78.131,7.20,28.8,43=18127,13 (tấn) Đánh giá sai số:  m   m   msb 100%  0,3(%)  msb (2.10) Ghi chú: LCN sử dụng để tính tốn bước Nghiệm lại khối lượng tàu theo kích thước chủ yếu m = mi = 0 + DW (2.11) Trong đó: 0 – khối lượng tàu khơng (Lightship weight); DW – trọng tải tàu 2.3.1 Khối lượng tàu không 0 Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, khối lượng tàu không chia thành ba thành phần khối lượng sau: 0 = mvt+ mtbh + mm + m, (2.12) Trong đó: mvt– khối lượng thân tàu (Weight of the structural steel of the hull, the superstructure and of the outfit steel (machinery foundations, supports, masts, ladders, handrails, etc).; mtbh – Khối lượng trang thiết bị, hệ thống …(Weight of the equipment, outfit, deck machinery, etc.); mm – khối lượng trang thiết bị lượng (Weight of all the machinery located in the engine room); m– Khối lượng dự trữ lượng chiếm nước  Khối lượng thân tàu mv: mvt = mv+mtt, (2.13) Trong đó: mv – Khối lượng phần thân vỏ tàu; mtt – Khối lượng phần thượng tầng Khối lượng phần thân vỏ tàu xác định theo công thức: mv = k1Lk2Bk3Dk4=0,0263 131,71,675.20, 280,8511, 20,28  2343,8 (2.14) Giá trị hệ số k công thức (2.14) xác định dựa vào bảng sau: Tàu chở hàng tổng hợp k1 k2 k3 k4 0.0263 1.675 0.850 0.280 Khối lượng Khối lượng phần thượng tầng xác định sơ dựa vào khối lượng phần thân vỏ tàu loại tàu: - Đối với tàu hàng khơ: mtt = (10÷12)%mv=2343,8.11%=257,8  Khối lượng trang thiết bị hệ thống mtbh: mtbh= k1(L.B.D)k2= 0,556.(131,7.20, 28.11, 2)0,75  1264,7 (2.15) Giá trị hệ số k công thức (2.15) xác định dựa vào bảng sau: Tàu chở hàng tổng hợp k1 k2 0.5166 0.75  Khối lượng trang thiết bị lượng: mm = k1.Nek2 =1,88.62500,6=356,2 (2.16) Trong đó: Ne – cơng suất tổ hợp thiết bị lượng, cv Giá trị hệ số k1 k2trong công thức (2.16) phụ thuộc vào loại may xác định dựa vào bảng sau: Động diesel (4 kỳ) k1 k2 1.88 0.60 Công suất tổ hợp thiết bị lượng: (2.17) Ne = (1,15 ÷1,25).N Xác định cơng suất máy Tính sức cản - STT Đại lượng tính Đơn vị vs hải lý 12 13 13,5 v m/s 6,17 6,69 6,95 v2 m2/s2 38,07 44,76 48,30 - 0,178 0,185 0,182 Fr  v gL CR.103=f(  )(tra đồ thị) - 1,2 1,5 1,95 kxc (tra đồ thị) - 1 k =a /a 0(tra đồ thị) - 1,2 1,2 1,243 kB/T.aB/T (tra đồ thị) - 0,997 0,997 0,996 CR.103=[5].[6].[7].[8] - 0,207 0,314 0,43 10 Re.10-8=(vL/  ).10-8 - 3,56 3,71 3,86 11 CF0.103=f(Re),tra bảng - 1,756 1,736 1,718 12 CA.103 - 0,2 0,2 0,2 13 CAP.103 - 0,1 0,1 0,1 14 C.103=[9]+[11]+[12]+[13] - 3,49 3,83 4,43 15 R=(  /2)  [3].[14] KN 241 366 426 16 PE=[2].[15] KW 1487 2449 2961 Đồ thị sức cản công suất kéo: Với v= 12,8 knot ta tra đồ thị có PE=2278 KW Ne= PE B  2278  3797 KW 0, Sơ chọn động MITSUBISHI nhãn hiệu UE50LSII : Công suất máy : Ne = 3800 KW D Số vòng quay 11.54 T  5,036m nm nm = 128 v/ph = 2,13 v/s Sơ đường kính chong chóng : DB = 5,0 m Chọn số cánh chong chóng : Dựa vào hệ số lực đẩy theo vòng quay K NT  vA n  T Trong : v = v ( _ WT) , v _Vận tốc tàu , m / s ; v = 6,57 m / s  vA= 5,327 m / s ; n - vòng quay chong chóng , n = 2,13 v / s ; ρ_ khơí lượng riêng nước biển , ρ = 1025 kg / m3 T _ lực đẩy chong chóng , T = 365256 N – tra đồ thị lực cản  KNT = 0,753 < nên chọn số cánh chong chóng Z = ; Tung độ mặt hút Tung độ mặt đạp Từ điểm có chiều dày lớn r/R 100% 80% 60% 40% 0.2 108.2 147.3 176.2 0.3 91.3 128.3 155.5 0.4 74.2 109.3 134.7 0.5 57.3 90.3 113.7 0.6 43.6 72.8 92.6 0.7 33.4 56.7 72.0 0.8 25.1 41.5 52.2 0.9 17.0 26.3 32.7 0.95 Từ điểm có chiều dày lớn r/R 100% 80% 60% 40% 0.2 60.8 36.9 22.1 11.1 0.3 45.4 21.9 10.4 3.0 0.4 27.8 9.6 2.3 0.5 12.0 2.3 0.6 5.5 0.7 0.8 0.9 0.95 - 20% 195.6 173.5 150.9 128.0 104.9 82.0 59.2 36.5 20% 3.1 - Từ điểm có chiều dày lớn 20% 40% 60% 80% 90% 95% 200.0 191.6 176.4 150.9 130.5 115.5 176.3 168.4 153.8 129.9 112.3 98.4 152.8 145.1 131.2 109.5 93.6 81.2 129.5 122.0 108.6 89.4 75.0 64.2 106.3 98.9 86.0 68.9 56.6 47.0 82.8 75.3 63.5 48.3 37.5 29.7 59.4 52.2 42.0 29.5 21.1 15.0 36.5 32.7 26.3 17.0 11.3 8.3 Từ điểm có chiều dày lớn 20% 40% 60% 80% 90% 95% 0.9 4.7 12.0 27.3 41.2 53.1 0.1 2.3 8.2 19.4 29.7 39.8 0.5 4.1 12.1 19.5 27.9 0.9 5.7 11.2 17.6 0.9 4.8 9.1 0.3 2.1 - 2.6.3 Xây dựng hình chiếu pháp hình chiếu cạnh : Chọn góc nghiêng cánh 10o Ta có bảng xác định l1, l2, h1, h2 sau : r/R l1 l2 h1 h2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 362 535.4 650.6 714.3 724.9 681.2 562 303.3 305.9 391.8 464 522.3 576.7 625.8 656.4 642.8 277.2 581.6 547.1 487.3 419.6 346.8 271.6 187.6 91 288.6 273.6 264.2 255.6 241 224.5 206.8 180.7 70.5 2.6.4 Xây dựng củ chong chóng : 2.6.4.1 Xác định đường kính trục chong chóng : * Đường kính trục chong chóng : dB = 1,12 dP + kC.D Với dP đường kính trục trung gian tính theo cơng thức sau : d P  92 PS 1  k  nm Trong : k = q(a-1) với q=4 a=2 động kỳ xilanh k = 0,4(2-1) = 0,4 PS= 3980 (kW) - công suất máy nm= 176 rpm - số vòng quay chong chóng Khi đó: d P  92 3980 1  0, 4  360,1mm 141 kC = 10, ống bao trục hợp kim đồng Do : dB = 1,12 dP + kC.D = 1,12.360,1 + 10.5,05 = 450,624 mm Chọn dB = 460mm * Độ côn trục : k = 1/15 2.6.3.2 Xác định kích thước củ chong chóng : * Chiều dài củ : lH lấy lớn 2%3% chiều rộng lớn hình chiếu cạnh Do chọn lH = 1100 mm * Độ côn củ chong chong chóng : Chọn kH = 1/15 * Đường kính củ : dH = 0,167 D = 0,167.5050= 843,35 mm.Chọn dH = 850 mm * Chiều dài lỗ khoét củ Với : l0 = (0,25  0,3) lK lK = (90% 95%) lH =990 1045.Chọn lK = 1000 mm l0 = (0,25  0,3).1000= 250  300 Chọn l0 = 270 mm Trong : lK - chiều dài phần côn trục củ * Chiều sâu rãnh khoét: Chọn t = 20 mm 2.6.3.3 Chọn then * Ta chọn số lượng then then * Chiều then lt = (0,90,95)lK = (0,900,95).1000 = 900 950 (mm) Do chọn lt = 920 mm Chiều rộng then: bt = (0,250,3).dB = 115  138 mm Chọn bt = 120 mm Chiều cao then: ht = (0,5  0,6) bt = 60  72 mm Chọn ht = 65 mm * Kiểm tra bền: Điều kiện bền :  d   d Tc  Tc  Trong : Ứng suất dập cho phép:  d  80 (N/mm2) Ứng suất cắt cho phép : Tc   40 (N/mm2) Ứng suất dập tính tốn  d  2T d B lt t Ứng suất cắt tính tốn Tc  2T d B bt lt Ta có mơ men xoắn trục chong chóng : T = 7162 PD nm PD: Cơng suất truyền đến chong chóng PD  s PS  0,98.3980  3900,1  kW  Thay vào T = 7162 3900,1 = 46404,091(N.m) = 46404091 (N.mm) 176 Với t2 (độ ngập then củ chong chóng) t2 = 0,4.ht = 0,4.65 = 2=26 mm d  2.46404091  8, 435( N / mm2 )   d  80( N / mm2 ) 460.920.26 Tc  2.46404091  1,828( N / mm2 )  Tc   40( N / mm2 ) 460.120.920 Vậy then chọn đủ bền 2.6.3.4 Chọn mũ nước - Chiều dài mũ thoát nước : l0 = (0,140,17)D = (0,140,17).4730 = 662,2804,1 Chọn l0 = 700mm Bán kính cầu cuối mũ : r0 = (0,050,1)D = (0,050,1).4730 = 236,5 473 Chọn r0 = 300 mm 2.6.3.5 Tính khối lượng chong chóng Theo Kopeeski khối lượng chong chóng tính sau : G= b  d Z   D3 ( 0,6 ) 6,  2.104  0, 71  H 4.10 D  D   e0,6   0,59. l.d H    D Trong đó: - Số cánh chong chóng Z = - Trọng lượng riêng vật liệu chế tạo chong chóng:  = 8600 kG/m3 - Đường kính chong chóng D = 5,05m - Đường kínhcủa củ chong chóng: dH = 0,8 m - Chiều dài củ chong chóng: lH = 1,1 m - Chiều dày cánh 0,6 R: e0,6= 108,4 mm = 0,1084m - Chiều rộng cánh 0,6R : b0,6 = 1,42 m Thay số ta được: G 1, 42  0,8  0,1084   8600.4, 733.( ) 6,  2.104  0, 71    0,59.8600.1,1.0,8  4.10 4, 73  4, 73  4, 73   G = 10514,75 (kg) Vậy khối lượng chong chóng G = 10515 kg 2.6.4 Xây dựng tam giác đúc - Bán kính đặt tam giác đúc R = R + 5060 = 2415  2425 (mm) Chọn R = 2420 mm Chiều dài tam giác đúc l  l1  l  1826,326  1336,378  3162,704 Với l  l1  2 R 1 2 R 2 360 360   2. 2420.43, 24  1826,326 mm 360 2. 2420.31, 64  1336,378 mm 360 1 , 2 xác định từ hình vẽ: 1  43, 240 , 2  31,640 Chiều cao tam giác đúc: h  P.(1  2 ) 3779.(43, 24  31, 64)   786, 032 360 360 Vị trí đường trung bình củ chong chóng cánh cạnh huyền tam giác đúc đoạn: m  R R mR Trong đó: mR khoảng cách từ mút cánh đến đường tâm cánh mR = R.tg100=2365.tg100 = 417 mm m  Do đó: 2420 417  436, mm 2365 2.7 Kiểm tra bền chong chóng theo quy phạm: 2.7.1 Chiều dày cánh: Theo quy chuẩn 2010 (TCVN 2010 phần chương 7) chiều dày cánh bán kính 0,25R 0,6R chong chóng cố định bán kính 0,35R 0,6R chong chóng biến bước khơng nhỏ trị số xác định theo công thức sau t= K1 H SW K ZNl (cm) Trong đó: t: Chiều dày cánh trừ góc lượn chân cánh [cm] H: Cơng suất liên tục lớn máy chính, H = 3980 (kW) Z: Số cánh chong chóng, Z = N: Số vòng quay liên tục lớn chia cho 100, N = 1,41 (v/p) l: Chiều rộng cánh bán kính xét: Tại bán kính 0,25R l = 115,32 (cm) Tại bán kính 0,6R l = 142 (cm) K1 ,K2: Hệ số xác định theo công thức sau: K1 = P'   D k +k   D  P'   P 1+k1   D 30,3  E  D2 N K = K -  k +k   t0  1000 D: Đường kính chong chóng, D = 5,05 (m) k1, k2, k3, k4, k5: Hệ số tra bảng 3/7.1 Vị trí theo hướng kính k1 k2 k3 k4 k5 0,25R 1,62 0,386 0,239 1,92 1,71 0,6R 0,281 0,113 0,022 1,24 1,09 P': Bước bán kính xét, P' = 3,779 (m) P: Bước bán kính 0,7R, P = 3,779 (m) E: Độ nghiêng đầu mút cánh, E = 41,7(cm) t0: Chiều dày giả định cánh đường tâm trục, t0 = 25 (cm) K: Hệ số tra bảng 3/7.2, K = 1,15 với vật liệu chong chóng HBsC1 Do đó: Tại bán kính 0,25R: K1 = 14,32 ; K2 = 0,931 Tại bán kính 0,6R : K1 = 4,436 ; K2 = 1,01 S: Là hệ số tính đến tăng ứng suất thời tiết, S >1 S = 1, S