Thiết kế tàu hàng rời, trọng tải 27 800 tấn, chạy cấp KHC, vận tốc 13,5 knots

MỤC LỤC 11 LỜI NÓI ĐẦU Ngày kinh tế Việt Nam bước vào giai đoạn mới, giai đoạn hoà nhập mạnh mẽ vào kinh tế khu vực giới Song song với việc hội nhập kinh tế ngành hàng hải Việt Nam giữ chức quan trọng việc lưu thơng hàng hố, giao lưu trị, khoa học kỹ thuật với tiến trình hồ nhập chung thành phần kinh tế khác Trong chức khơng thể khơng kể đến vai trò to lớn ngành đóng tàu, ngành cơng nghiệp mũi nhọn Đảng Nhà nước chọn làm ngành công nghiệp hàng đầu làm động lực cho phát triển chung kinh tế Việt Nam kỷ Từ chức quan trọng mà kỹ sư, cán công nhân ngành Đóng tàu Việt Nam mong muốn đóng góp phần nhỏ cơng sức vào phát triển chung ngành lớn kinh tế đất nước Là sinh viên ngành đóng tàu thân em nhận thức vai trò, trách nhiệm kỹ sư đóng tàu tương lai Sau thời gian học tập trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, em vinh dự khoa Đóng tàu Nhà trường giao đề tài thiết kế tốt nghiệp là: “Thiết kế tàu hàng rời, trọng tải 27.800 tấn, chạy cấp KHC, vận tốc 13,5 knots” Để hoàn thành tốt đề tài này, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình giúp đỡ quý báu thầy cô tổ môn Lý thuyết thiết kế tàu thuỷ, đặc biệt Th.s Đỗ Thị Hải Lâm Vì khả kinh nghiệm hạn chế hồn thành đề tài tránh khỏi thiếu sót định Em kính mong thầy giúp đỡ góp ý để đề tài em hồn thiện hơn, đồng thời giúp em có thêm kiến thức, vững vàng công việc tới Em xin chân thành cảm ơn! 22 PHẦNI TÌM HIỂU TUYẾN ĐƯỜNG–THU THẬP TÀU MẪU 33 1.1 TÌM HIỂU TUYẾN ĐƯỜNG Đề tài thiết kế là: “Thiết kế tàu hàng rời, trọng tải 27.800 tấn, chạy cấp KHC, vận tốc 13,5 knots”.Qua nghiên cứu thực tế,nước ta có ngành công nghiệp khai thác xuất than đá tập trung chủ yếu tỉnh Quảng Ninh Nhật Bản thị trường tiềm với thống kê giá trị xuất vào thị trường tháng đầu năm 2014 780.305 trị giá 95.728 triệu USD Nên chọn loại hàng chuyên chở than đá cho tuyến Việt Nam - Nhật Bản 1.1.1 Cảng (Cảng Hòn Gai) *Vị trí; - Tọa độ: Vĩ độ - 20057' Bắc; Kinh độ - 1070 04' Đơng *Điều kiện khí hậu: - Chế độ thủy triều nhật triều với mực nước triều cao + 4.00 mét, thấp 0.00 mét, trung bình + 3.20 mét Biên độ dao động lớn 4.0 m, trung bình 2.50 m - Cảng chịu hai mùa gió rõ rệt: + Tháng 10 đến tháng 03 năm sau gió Bắc - Đơng Bắc + Tháng 04 đến tháng 09 gió Nam - Đơng Nam *Khả thơng qua; - Tổng chiều dài 36km bao gồm : + Từ phao số đến Một: dài 25.5km, rộng 300-400m, sâu 13m -20 m + Từ Một đến cảng Cái Lân: dài 10.5km, rộng 130km, sâu 10m - Cỡ tàu lớn tiếp nhận được: 75,000 DWT + Cảng Cái Lân: 40,000 DWT + Bến số 5: 40,000 DWT + Bến số 6,7: 30,000 DWT + Khu vực dùng bốc hàng xuống xà lan: 45,000 DWT - Năng suất làm hàng ngày: + Cảng Cái Lân: xe nâng xe ủi 3-5 (t) + Bến số 5,6: 5000 (t) hàng rời + Bến số 7: 20 xe nâng 2.5 (t) xe nâng 1-1.5 (t) *Cơ sở hạ tầng trang thiết bị; - Sức chứa: + Tổng diện tích kho (04 kho) 10,700 m2, đó: Kho CFS: 4,600 m2 Kho chứa hàng khác: Bến 5: 5,400 m2 Bến 1: 700 m2 + Tổng diện tích bãi chứa hàng bến 142,000 m2, gồm: 44 Bến 6: 52,000 m2 Bến 5: 26,000 m2 Bến bến phụ: 15,000 m2 1.1 Cảng đến (Cảng Kashima) *Vị trí; - Tọa độ : Vĩ độ - 35o 54' Bắc ; Kinh độ - 140o 42' Đông - Nằm bờ phía đơng đảo Hunshu, cách 90km phí đơng Tokyo *Điều kiện khí hậu: - Khối lượng riêng nước 1025 kg/m3 - Mức thủy triều yếu, 0.5 hải lí/giờ *Khả thơng qua: - Tàu qua: Loại tàu LOA(m) d (m) DWT Tàu hàng rời - 19 150000 Tàu hàng khô - 12 250000 Tàu hóa chất - 10 16000 Tàu chở gas 258 13.8 100,000 Tàu dầu thô 340 19 250,000 - Sản lượng than nhập vào cảng 339755 (t)/năm, lớn nước 1.1.3 TUYẾN ĐƯỜNG GIỮA CẢNG - Tuyến Hòn Gai (Quảng Ninh) - Kashima dài 2093 hải lý 55 *Vùng biển Hồng Kông; - Chịu ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa, thủy triều đặn, dòng hải lưu ảnh hưởng đến lại tàu, song lên phía Bắc nên chịu ảnh hưởng gió mùa Đơng Bắc từ tháng 11 đến tháng năm sau, vùng biển lượng mưa tập trung vào tháng 06, 07 với lượng mưa trung bình 1964mm Tại vùng biển Đơng có bão đột ngột thường từ cấp 05 đến07 Từ tháng 11 đến tháng năm sau thường xuất sương mù nên tàu hành trình khó khăn - Ở vùng biển chịu ảnh hưởng dòng hải lưu nóng chảy từ bờ biển Châu Á lên phía Bắc theo bờ biển Châu Mỹ quay xích đạo tạo thành vòng kín dòng hải lưu lạnh chảy ngược từ Bắc Mỹ phía Nam theo bờ biển Châu Á Do có dòng hải lưu nên tốc độ tàu bị ảnh hưởng *Vùng biển Nhật Bản: - Tại thường có gió mùa Đơng Bắc vào tháng tháng gây nên biển động gió cấp 8,cấp Bão thường xuất từ quẩn đảo Philippin, thời gian ảnh hưởng trận bão khoảng 05 ngày Hàng năm vào khoảng từ tháng đến tháng thường xuất bão lớn từ đến lần, gây nguy hiểm cho tàu hoạt động biển - Vùng biển chịu ảnh hưởng chế độ nhật triều với biên độ dao động khoảng 2m chịu ảnh hưởng hai dòng hải lưu vùng biển Hồng Kông - Qua Hồng Kơng từ vùng biển Đơng Hải phía đảo Đài Loan mùa đông chịu ảnh hưởng áp thấp nhiệt đới sóng nên tốc độ tàu chậm lại, xi dòng hải lưu xi gió tốc độ tàu tăng lên khoảng hải lý/giờ - Trên tuyến đường này, tàu thiết kế xếp vào cấp hạn chế I, khoảng cách xa tới nơi ẩn xa 162 hải lý - khu vực biển phía Đơng Trung Quốc, cách đảo Kume Is, Đài Loan, Trung Quốc khoảng cách nhỏ 200 hải lý (162 hải lý) Kết luận:Tàu chạy tuyến đường cảng Hòn Gai Kashima (Nhật Bản),S=2093 hải lý t= S = 6,5 24v Vận tốc tàu thiết kế v= 13,5 knots,vậy thời gian hành trình là: (ngày) Trong thời gian hành trình phải có thời gian dự trữ để sử dụng công việc khác như:nghỉ,bảo dưỡng,sữa chữa,tránh bão…do ta chọn thời gian hành trình ngày 66 1.2 TÀU MẪU Bảng 1.1 Bảng thống kê tàu mẫu: Tên tàu Đơn vị NG-BULK 20 ATLANTIC JAPAN 151,5 23,2 169,4 162 Chiều rộng thiết kế B m m 27,5 27 Chiều cao mạn D m 12,5 13,3 14,1 Chiều chìm tàu T Vận tốc v Công suất máy Ne Trọng tải DW D/T B/T L/B m knot kw Tấn - 14 5920 21000 1,389 2,578 6,530 9,42 14 6087 27860 1,412 2,919 6,16 9,97 14,5 6303 29952 1,414 2,708 Đại lượng Chiều dài tàu Lpp 77 • Tàu mẫuNG-BULK20 trọng tải 21000 (nguồn Significant Ships of 2006, trang 52) • Tàu mẫuATLANTIC trọng tải 27860 (nguồn Significant Ships of 1995, trang 15) • Tàu mẫuJAPAN trọng tải 29950 (nguồn Significant Ships of 1998, trang 116) 88 PHẦN II KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 99 2.1 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ LƯỢNG CHIẾM NƯỚC, CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU VÀ HỆ SỐ BÉO 2.1.1 Xác định lượng chiếm nước sơ Căn vào số liệu thống kê tàu mẫu, mối quan hệ trọng tải lượng chiế nước, ta có: ∆m, tan 250000 200000 y = 1.1528x R = 0.9983 150000 100000 50000 0 40000 80000 120000 160000 200000 DW, t Hình 2.1: Quan hệ lượng chiếm nước trọng tải tàu ∆m = 1,1528.DW (2.1) Trong đó: DW: trọng tải tàu 27800(tấn) ∆ : lượng chiếm nước (tấn) ∆m = 1,1528.DW = 1,1528.27800 = 32050(tấn) ∆ = 34200 Chọn: sb (tấn) 2.1.2 Xác định chiều dài tàu Căn vào số liệu thống kê tàu mẫu, mối quan hệ trọng tải lượng chiếm nước, ta có: 1010 ∑ 0,000 34 0,000 64 161 588 772 5392 S' = L(∑a+∑b)/9 = 1742m2 Diện tích đường nước phụ: Momen diện tích đường nước phụ: M'x = L(∑a2-∑b2)/18 = -3811 m3 Hoành độ tâm đường nước: L'CF = M'x/S' = -2,188 m Momen QT đường nước phụ: I'x = L(∑a3+∑b3)/27 = 36645 m4 Momen QT đường nước tương đương: I'xf = I'x - S'L'2CF = 28306 m4 Bán kính tâm nghiêng: BM' = I'xf/V = 4,771 m Độ dịch chỉnh: ε = δθ.L'CF/2 = -0,191 m Bảng tính yếu tố đường nước tàu nghiêng 500 Sườn -4 -3 -2 -1 a 0,000 5,747 5,857 5,857 5,857 5,857 5,857 7,997 b 0,000 7,975 7,975 7,975 7,975 7,975 7,975 7,975 a2 33 34 34 34 34 34 64 b2 64 64 64 64 64 64 64 a3 190 201 201 201 201 201 511 b3 507 507 507 507 507 507 507 202 ∑ 0,000 43 0,000 56 269 445 1706 3551 S' = L(∑a+∑b)/9 = 1763 m2 Diện tích đường nước phụ: Momen diện tích đường nước phụ: M'x = L(∑a2-∑b2)/18 = -1576 m3 Hoành độ tâm đường nước: L'CF = M'x/S' = -0,894 m Momen QT đường nước phụ: I'x = L(∑a3+∑b3)/27 = 31246 m4 Momen QT đường nước tương đương: I'xf = I'x - S'L'2CF = 29838 m4 Bán kính tâm nghiêng: BM' = I'xf/V = 5,029 m Độ dịch chỉnh: ε = δθ.L'CF/2 = -0.078 m Bảng tính yếu tố đường nước tàu nghiêng 600 Sườn -4 -3 -2 -1 ∑ a 0,000 8,081 8,081 8,081 8,081 8,081 8,081 8,081 0,000 57 b 0,000 6,771 6,871 6,871 6,871 6,871 6,871 6,871 0,000 48 Diện tích đường nước phụ: a2 65 65 65 65 65 65 65 457 b2 46 47 47 47 47 47 47 329 a3 528 528 528 528 528 528 528 3694 b3 310 324 324 324 324 324 324 2257 S' = L(∑a+∑b)/9 = 1865m2 203 Momen diện tích đường nước phụ: M'x = L(∑a2-∑b2)/18 = 1141 m3 Hoành độ tâm đường nước: L'CF = M'x/S' = 0,612 m Momen QT đường nước phụ: I'x = L(∑a3+∑b3)/27 = 35374 m4 Momen QT đường nước tương đương: I'xf = I'x - S'L'2CF = 34675 m4 Bán kính tâm nghiêng: BM' = I'xf/V = 5,844 m Độ dịch chỉnh: ε = δθ.L'CF/2 = 0,053m Bảng tính yếu tố đường nước tàu nghiêng 700 Sườn a b a2 b2 a3 b3 -4 0,000 0,000 0 0 -3 8,306 5,974 69 36 573 213 -2 8,306 6,405 69 41 573 263 -1 8,306 6,405 69 41 573 263 8,306 6,405 69 41 573 263 8,306 6,405 69 41 573 263 8,306 6,405 69 41 573 263 8,306 6,405 69 41 573 263 0,000 0,000 0 0 ∑ 58 44 483 282 4011 1790 Diện tích đường nước phụ: S' = L(∑a+∑b)/9 = 1829m2 204 M'x = L(∑a2-∑b2)/18 = 1793 m3 Momen diện tích đường nước phụ: Hồnh độ tâm đường nước: L'CF = M'x/S' = 0.981 m Momen QT đường nước phụ: I'x = L(∑a3+∑b3)/27 = 24483 m4 Momen QT đường nước tương đương: I'xf = I'x - S'L'2CF = 32725 m4 Bán kính tâm nghiêng: BM' = I'xf/V = 5,516 m Độ dịch chỉnh: ε = δθ.L'CF/2 = 0,086 m - Bảng tính xác định toạ độ tâm yϕ,zϕ ,lΦ trạng thái N04 10 13,97 24,72 28,26 3,47 13,13 24,35 28,26 113,82 106,69 90,09 52,61 - 10,53 9,93 9,31 7,68 4,59 - 5,06 3,85 3,07 2,00 4,78 4,29 0,00 51,30 41,06 32,14 25,22 20,15 13,37 4,29 - ' BM'sinθ ∑tpBM sinθ 20 4,01 3,65 120,71 11,07 5,18 yθ 30 4,77 3,23 126,86 11,49 BM'cosθ ∑tpBM'cosθ 40 5,03 2,92 131,67 BM' 50 5,84 1,89 θ 60 5,52 70 205 1,76 1,17 0,37 - 7,61 8,06 7,39 4,52 - 2,15 1,41 0,88 0,40 0,07 - 8,64 8,92 9,02 8,94 7,79 4,59 - lΦ 2,20 6,77 3,10 8,14 (KBzθ)sinθ 2,80 5,54 4,21 yθcosθ 3,58 3,93 KB-zθ 4,48 -Bảng tổng hợp cánh tay đòn ổn định hình dáng lΦ ϕ 10 20 30 40 50 60 70 N0 0,000 1,15 2,23 3,09 3,66 3,90 3,84 3,58 N0 0,000 4,59 7,79 8,94 9,02 8,92 8,64 8,14 -Trạng thái N01: D= 33899 (tấn) KG = 8,25 (m) T = 9,8 (m) KB = 5,21 (m) a = KG – KB = 3,04 (m) a sinϕ (I) lΦ (II) GZ =lφa.sinϕ (III) (IV) (V) (VI) (VII) GZ = (V)(VIII) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,0000 0,000 10 1,150 0,527 0,623 0,010 100,9 0,0030 0,620 20 2,230 1,038 1,192 0,022 208,612 0,0062 1,185 30 3,090 1,518 1,572 -0,558 -5366,113 -0,1583 1,730 40 3,660 1,952 1,708 -0,218 -2095,643 -0,0618 1,770 ϕ Hệ số iϕ ∆Mϕ δGZ(m) 206 50 3,900 2,326 1,574 -0,038 -369,724 -0,0109 1,585 60 3,840 2,629 1,211 0,075 723,847 0,0214 1,189 70 3,580 2,853 0,727 0,155 1494,907 0,0441 0,683 -Trạng thái N01: D= 6299 (tấn) T=2 (m) a = KG – KB = 6,54 KG = 7,66 (m) KB = 1,123 (m) (m) a sinϕ (I) lΦ (II) GZ =lφa.sinϕ (III) (IV) (V) (VI) (VII) GZ = (V)(VIII) 0,000 0,000 0,000 0,000 0,0000 0,000 10 4,590 1,135 3,455 0,010 100,9 0,0160 3,439 20 7,790 2,236 5,554 0,022 208,612 0,0331 5,521 30 8,940 3,269 5,672 -0,558 -5366,113 -0,8519 6,523 40 9,020 4,202 4,818 -0,218 -2095,643 -0,3327 5,151 50 8,920 5,008 3,912 -0,038 -369,724 -0,0587 3,971 60 8,640 5,661 2,979 0,075 723,847 0,1149 2,864 70 8,140 6,143 1,997 0,155 1494,907 0,2373 1,760 ϕ Hệ số iϕ ∆Mϕ δGZ(m) 8.3.Xác định góc vào nước trạng thái tải trọng +Trạng thái N01 -Góc ứng với mép boong kín nước (đo mặt phẳng sườn giữa) chạm nước tàu nghiêng: θ = 180 -Góc qua mép cửa lỗ khoét mạn tàu boong (không kín nước) khơng chạm nước tàu nghiêng: θ = 30 -Góc qua cửa ca bin, thành dọc miệng hầm hàng chạm nước (nếu mặt boong hoàn tồn kín nước) q =45 207 -Chọn qmin =450 +Trạng thái N04 -Góc ứng với mép boong kín nước (đo mặt phẳng sườn giữa) chạm nước tàu nghiêng: θ = 62 -Góc qua mép cửa lỗ kht mạn tàu boong (khơng kín nước) khơng chạm nước tàu nghiêng: q =60 -Góc qua cửa ca bin, thành dọc miệng hầm hàng chạm nước (nếu mặt boong hồn tồn kín nước) q =60 -Chọn qmin =500 8.4.Xác định diện tích cao độ tâm diện tích hứng gió tàu ứng với trạng thái tải trọng +Trạng thái N01: T T Thành phần hứng gió Ai Hệ số Ki (m2) Zi Ki Ai Ki Ai Z i (m) (m) (m3) Thượng tầng mũi 64,58 1,00 7,10 64,58 458,5 Lầu A 75,40 1,00 6,85 75,40 516,5 Lầu B 45,36 1,00 9,55 45,36 433,2 Lầu C 45,36 1,00 12,25 45,36 555,7 Lầu D 43,68 1,00 14,95 43,68 653,0 Lầu lái 32,00 1,00 17,45 32,00 558,4 Ống khói 39,43 1,00 19,06 39,43 751,5 Mạn chắn sóng 10,00 1,00 7,42 10,00 74,2 Mạn tàu 592,50 1,00 1,98 592,50 1170,2 10 Tổng 948,31 948,31 5171,2 11 Tăng 10% (bù cho phần nhỏ khơng tính) 94,83 Tổng diện tích hứng gió: Av = 1043 m2 208 5171, = 5, 45 Tay đòn hứng gió: Zv = 948,31 m +Trạng thái N04: STT Như trạng thái toàn tải Phần thêm Tổng Tổng diện tích hứng gió: Av = 2291 m2 19955 = 8, Tay đòn hứng gió: Zv = 2291 m 8.6.Xác định cánh tay đòn gây nghiêng áp suất gió trạng thái tải trọng Các Đ trạng thái S n tải T Đại lượng trọng T v N N ị 0 Lượng t chiếm ấ n 9 nước D 9 Chiều chìm m 9, , trung bình T 1 Cánh tay đòn hứng m 4, , gió Zv Diện tích m mặt hứng gió Av Áp suất P 50 209 gió động p (tra a bảng 10/2,1) 4 Tay đòn 0, , gây m nghiêng gió lW1 3 Tay đòn 0, , gây nghiêng m gió giật lW2 8.5.Tính tốn góc lắc T T Đại lượng tính tốn Đơn vị Phương án tải trọng No No (t) 33899 20070 Lượng chiếm nước Δ Thể tích ngâm nước ∇ m3 33072 19580 Chiều chìm trung bình T m 9,80 6,20 Chiều cao tâm nghiêng GM m 2,91 6,30 Chiều rộng tàu B m 27,00 27,00 Hệ số béo CB - 0,780 0,780 - 2,76 4,35 Tỉ số B/T Cao độ trọng tâm KG m 8,25 3,10 Hệ số r - 0,64 0,43 10 Chiều dài Lwl m 164,40 160,90 11 Hệ số c - 0,366 0,404 12 Chu kì lắc T s 11,57 8,69 13 Hệ số X1 - 0,750 0,750 14 Hệ số X2 - 1,000 1,000 15 Hệ số S - 0,091 0,091 16 θ1r độ 19,65 16,17 210 8.6.Kiểm tra ổn định theo tiêu chuẩn (Tiêu chuẩn thời tiết) Đại lượng tính tốn Đơn vị Phương án tải trọng No No2 Lượng chiếm nước Δ (t) 33899 20070 Chiều chìm trung bình d m 9,800 6,200 Biên độ chòng chành θ1r độ 19,653 16,171 Góc vào nước θvn độ 30,000 50,000 Góc nghiêng tĩnh θw1 độ 3,662 3,338 Giá trị diện tích a m.rad 0,489 0,486 Giá trị diện tích b m.rad 0,549 0,646 1,123 1,329 Hệ số an toàn K Kết luận: -Tàu đủ ổn định (Theo tiêu chuẩn ổn định thời tiết – Điều 2.1.QCVN21:2010/BGTVT) 211 BEGIN Sơđồ chi tiếttínhtốnmạnkhơtàubiểntheo LOAD LINE 66 CSDL “B” NO YES E< 0,35 Lf < 100 m ? YES ? Lượngtăngmạnkhô = = 7.5 *(100-Lf) *(0.35- E/Lf NO NO Cóthỏamãn YES Nắphầmhàng vịtrí I khơngthỏamãn QĐ 15(7) QĐ16 ? QĐ 27(7),(9)? YES (3) = (8) = QĐ 31(2),(3)? YES YES (8) 2490 160.6/15= 10.7 m D > Lf/15 Cóthỏamãn R*(D-Lf/15) = (5)*(Cb+0 Lf/15 = NO NO ? R*(D - Lf /15) = = 250*(13.8-10.7) = 775mm ( 8) = … mm (7) NO GHI CHÚ: Lf: Chiều dài E: Chiều dài hiệu dụng kiến trúc thượng tầng Cb: Hệ số béo chung hS>h? YES (7)*h/hs = … D: Chiều cao tính tốn mạn khơ (8) T R: Lf>120m → R = 250;Lf 0,4Lf? -) 0,4Lf= a ………… b NO Lf = …… m …… c … a + … b * … c/100= YES YFS Est./Lf = 33.4/150.6 = 0.22 → Est = 0.22 Lf Có KT lầukiểu KTTT kín ? NO (9)*(10)/100 = (12) 1070*15,4/100 = 164.78 mm NO YES Eb= hsttm(d)? NO (15)>0 (18)75 → P = 75 P= [(15)+(18)]/2 = = [ - 466.9 – 935.46]/2= (20) …… [(15)+(19)]/2 = (20) [P-50]/25*(18)=(19) …… … GHI CHÚ: y: Mứcchênhgiữachiềucaothựctếvàchiềucaotiêuchuẩnđotạiđường F.P h - 435,88*[0.75-42/(2*160.6)] = - 262 mm (18)>0 = -701.18 (20)=(22) - 435.88 (22) YES ? YES (20) +(21) = (13)/(14)*100 = P (15)