đồ an thiết kế tàu thủy

đồ án thiết kế tốt nghiệp tàu thủy

NhiÖm vô th- thiÕt kÕ

ThiÕt kÕ tµu chë hµng b¸ch ho¸ träng t¶i Pn = 15000 T , ch¹y tuyÕn §µ N½ng –

Australia, vËn tèc 16 knot

PHầN I :TUYếN ĐƯờng - Tàu mẫu

I Tuyến đ-ờng

1.Tình hình cảng

Cảng Đà Nẵng:

Gồm hai khu : Khu Tiên Sa nằm ở bán đảo Sơn Trà và khu Sông Hàn

Điều kiện tự nhiên:

Cảng Đà Nẵng là cảng lớn thứ 3 Việt Nam nằm ở toạ độ 10 17 30 vĩ tuyến Bắc và

108 17 30 kinh tuyến Đông Có khả năng tiếp nhận các tàu lớn có trọng tải đền 28000 tấn và chiều dài trên 220 m

Chế độ thuỷ triều là bán nhật triều không đều Mức n-ớc triều trung bình + 0,9 m , lớn nhất là + 1,5 m ,thấp nhất là + 0,1m> Biên độ giao động thuỷ triều là 1m Mùa đông không quá lạnh , mùa hè không quá nóng , nhiệt độ 270C

Chế độ gió: Cảng Đà Nẵng chịu ảnh h-ởng của 2 chế độ gió mùa rõ rệt, từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau là gió Bắc- Đông Bắc, từ tháng 3 đến tháng 9 là gió Nam Đông Nam Cảng Đà Nẵng nằm trong vịnh Đà Nẵng rộng và kin gió

Luồng Đà Nẵng từ phao số “0” đến cảng Sông Hàn dài khoảng 13km gồm 2 đoạn:

- Đoạn từ phao số “0” đến cảng Tiên Sa dài 8km, có độ sâu từ –15 đến –20 m

- Đoạn từ Tiên Sa đến cảng Sông Hàn dài 5km , có độ sâu –6 m, sát cảng Tiên Sa –10m ; chu kì nạo vét 6-7 măm mới nạo vét lại,l-u tốc dòng chảy nhỏ, khoảng 1m/s Cảng Tiên Sa nằm trong khu vực sóng gió lớn

Cầu cảng và kho bãi

a) Khu Tiên Sa:

Gồm hai bến nhỏ, chiều dài mỗi bến là 185m , chiều rộng mỗi bến là 28m , khoảng cách giữa hai mép của bến là 110m

Bến 1 xây dựng năm 1973, bến 2 xây dựng năm 1977 Độ sâu tr-ớc bến (10 – 11)m

đảm bảo cho tàu 15000 tấn cập cảng Mặt cầu chỉ cho phép cần trục bánh lốp hoạt động Cảng có 2 kho số 1 và số 2 với tổng diện tích là 14500 m2 , áp lực nền kho 4 tấn/m2

.Ngoài ra có bãi bằng đá trải nhựa với diện tích 10 ha, bãi đủ điều kiện chứa các loại hàng b) Khu Sông Hàn:

Có 5 bến với tổng chièu dài là 530m Bến đ-ợc làm bằng cọc bê tông cốt thép , độ sâu bình quân là -6m Bến thuộc dạng cấp 3 với sức chịu tải 2 tấn/m2 Trên mặt bến không có

đ-ờng cần trục cổng

Cảng có kho với tổng diện tích 9000 m2 và hệ thống bãi nằm tr-ớc kho với tổng diên tích là 10000 m2

Cảng NewCaste (Austrania)

Là cảng lớn nhất của Austrania, cảng nàm ở vĩ độ 32o56’ Nam và 151o47’ kinh độ

Đông Cảng có độ sâu luồng vào là 10,8m, cho phép tàu có mớn n-ớc tối đa là 10,4 m ra vào Cảng có thể tiếp nhận một lúc 30 tàu vạn tấn Cảng có 30 cầu tàu, mỗi cầu tàu xếp dỡ riêng một loại hàng hoá và cũng có thể xếp dỡ tổng hợp khi cần thiết, cụ thể:

+ Cảng có một cầu tàu chuyên dụng xếp dỡ Container có độ sâu 10,8m cho phép tàu vạn tấn ra vào dễ dàng , trang thiết bị hiện đại năng suất xếp dỡ cao

+ Một cầu tàu chuyên xếp dỡ hàng rời dài 210m , mớn n-ớc 11,4m ,năng suất xếp dỡ

+ Còn các cầu tàu khác có thể tiếp nhận bất kì loại hàng nào tới cảng

Ngoài các trang thiế bị hiện đại còn có phao nổi tự động.Đ-ờng giao thông trong cảng chủ yếu là đ-ờng sắt với 2 tuyến tiền ph-ơng và hậu ph-ơng với khả năng thông qua của đ-ờng sắt là 70 triệu tấn/năm

2.Tuyến đ-ờng giữa hai cảng

Khoảng cách giữa hai cảng là 3569 hải lí

II Tàu mẫu

STT Thông số cơ bản Đơn vị

Tên tàu Fling Dragon

= 20833,33 (tấn)

II Xác định kích th-ớc sơ bộ của tàu

Các kích th-ớc chủ yếu của tàu đ-ợc xác định bằng ph-ơng trình sức nổi:

= K LBT (1) Trong đó :

K : Hệ số kế đến độ ngập của thân tàu th-ờng lấy K = 1,009

: 1,025 tấn/m3 : Trọng l-ợng riêng n-ớc biển

Các ẩn cần phải xác định là .L B.T vì tàu đ-ợc thiết kế có l-ợng chiếm n-ớc

và trọng tải DW gần sát với các tàu mẫu Do đó hệ số béo thể tích ta có thể chọn sơ bộ theo số liệu của tàu mẫu

Theo số liệu tàu mẫu, chọn = 0,68

Các kích th-ớc còn lại có thể đ-ợc xác định bằng ph-ơng trình (1) thông qua các tỉ

số L/B; B/T; H/T

II.1 Tỷ số L/B

Tỷ số L/B ảnh h-ởng đến tính ăn lái cũng nh- tính quay trở của tàu.Tỷ số này càng cao thì tính ăn lái của tàu thiết kế càng tốt nh-ng ng-ợc lại tính quay trở của taù lại càng kém Theo số liệu thống kê trong bảng 2-7 (Sổ tay kỹ thuật đóng tàu tập 1) thì tỷ số L/B nằm

Tỷ số B/T có quan hệ tới sức cản và tính ổn định của tàu thiết kế

* Theo Nogid thì tỷ số B/T của tàu hàng nằm trong khoảng

Đồng thời tỷ số H/T cũng ảnh h-ởng tới dung tích chở hàng của tàu

Theo bảng 2-8 (Sổ tay kỹ thuật đóng tàu tập 1) thì tỷ số H/T ứng với những tàu có trị số mạn khô tối thiểu

Hệ số béo đ-ờng n-ớc đ-ợc chọn sao cho đảm bảo tính ổn định và đủ diện tích mặt boong

Theo sổ tay kỹ thuật đóng tàu tập 1 thì ta có

Nhiệm vụ thiết kế yêu cầu tàu chạy với vận tốc v= 16 knot nên công suất thiết bị năng l-ợng là :

C là hệ số Hải quân đ-ợc lấy theo tàu mẫu phù hợp với tàu thiết kế C=300 400

Theo tàu mẫu chọn C=320

3 3 / 2 3

3 / 2

.768,0.320

16 06,0

C

v D

f)Trọng l-ợng trang thiết bị hoa tiêu

Trọng l-ợng trang thiết bị hoa tiêu đ-ợc chọn theo tàu mẫu

P 07 = 10 tấn

g)Trọng l-ợng dự trữ bộ phận và trang bị thêm tài sản

Trọng l-ợng dự trữ bộ phận nhằm mục đích thay thế những bộ phận của tàu bị hỏng trong quá trình khai thác trên biển.Trọng l-ợng dự trữ bộ phận tuỳ thuộc vào yêu cầu của chủ tàu.Ta lấy

P i)Trọng tải tàu

Theo nhiệm vụ thiết kế trọng tải tàu

15000 10000

Trong đó k = 1,009 là hệ số kể đến l-ợng chiếm n-ớc của các phần nhô

= 1,025 tấn/m3 là tỉ khối của n-ớc

= 0,72 à hệ số béo thể tích của tàu

D = k lBbTbTT3

T

Bb l k

D

32,2.3,6.72,0.025,1.01,1

D

D D

=

21000

210005

,9.22.6,138.72,0.025,1.01,1

= 2,8 (%) Vậy ta có các thông số tính toán của tàu

(ta chọn chiều cao đáy đôi Hđđ = 1,7 m)

K1 hệ số Đối với tàu boong che lấy :

Theo lý thuyết thiết kế với tàu hàng bách hoá thì

h = 0,45 0,61.( h _ là hệ số lợi dụng l-ợng chiếm n-ớc theo trọng l-ợng hàng tinh) Chọn h = 0,6

2 2

(m) víi K lµ hÖ sè thùc nghiÖm phô thuéc vµo d¹ng ®-êng n-íc.Víi d¹ng ®-êng n-íc d¹ng cong låi th× K = 1,03 ± 0,05

Chän K = 1,08

Thay sè vµo ta cã

=

5 , 9 12

22 72

,

0

82 ,

h0 lµ l-îng hiÖu chØnh do ¶nh h-ëng cña mÆt tho¸ng chÊt láng

h0 = 0,1 ~ 0,5 m vµ lu«n mang dÊu ©m

T =

6 , 1

Kết luận: Tàu thiết kế đảm bảo điều kiện chòng chành đi biển

4 Nghiệm lại l-ợng chiếm n-ớc theo các thành phần trọng l-ợng:

= 1525,8 tấn Trọng l-ợng vách ngang :

P0102 = (4,61 0,63).10-2 .nV.B.H3/2 = 208,3 tấn

Với nV = 6 vách Trọng l-ợng th-ợng tầng và ống khói :

P0103 = (0,12L - 7,6) NCK = 198,7 tấn

Với NCK : Số thuyền viên = 22 ng-ời Trọng l-ợng khoang mũi đuôi :

P0104 = (4,89 0,99).LBH.10-3 = 195,7 tấn Trọng l-ợng boong nâng mũi, lái :

P0105 = (1,24 0,48).LB.10-2 = 52,45 tấn Trọng l-ợng kết cấu cục bộ:

P0106 = (1,28 0,26).LBH.10-2 = 520,27 tấn Trọng l-ợng tấm gia c-ờng:

P0107 = (3,25 1,14).LBH.10-3 = 130 tấn Trọng l-ợng các chi tiết riêng (cầu thang, cửa ánh sáng )

P0108 = (3,38 0,1).(LBH)2/3.10-2 = 39,5 tấn 4-2 Trọng l-ợng thiết bị tàu

P02 = p02 D2/3 Trong đó: p02 = 0,49 0,06 = 0,43 0,55 (STKTĐT 1)

P02 = 0,43 D2/3 = 327,3 tấn

2 (Re) ( / )

2

FO FO

R

V S

XB – hoành độ tâm nổi đo từ 1/2LW ,tính theo tỉ lệ % của chiều dài LW , giá trị d-ơng theo h-ớng mũi tàu

trong công thức này : C4 = T F /L W đối với T F /L W 0, 0309 0, 04

trong công thức này : CP – hệ số béo thân ống tính ở chiều dài

đ-ờng n-ớc LW

CP = = 0.738527305

XB – hoành độ tâm nổi đo từ 1/2LW ,tính theo tỉ lệ % của chiều dài LW ,

giá trị d-ơng theo h-ớng mũi tàu

Với yêu cầu về tốc độ VS = 16 hải lí/giờ = 8,22 m/s

Công suất đẩy sau chong chóng N0 = Rv/75 = 4809 CV

Sơ bộ chọn hiệu suất đ-ờng trục, hiệu suất hộp số và hiệu suất chong chóng

Hiệu suất đ-ờng trục A = 0,97 Hiệu suất hộp số B = 0,96 Hiệu suất chong chóng P = 0,56 Hiệu suất xoáy R = 1,025 (nhận) Hiệu suất thân tàu H = 1,156

Dự trữ công suất máy 15%

Công suất máy cần thiết :

NE =

R H P B A

N0

.1,15 = 8950 CV Chọn máy có công suất NE = 9500 (CV) của hãng : KOBE DIESEL - MITSUBISHI

Kí hiệu máy UCE 52/125 DS

Đ-ờng kính sơ bộ của chong chóng

Công suất có ích do chong chóng sinh ra

PE = D S(0,75PS)

trong đó S = 0,97 là hiệu suất đ-ờng trục và bộ truyền độngs

D = 0,6 là hiệu suất sơ bộ của chong chóng

v

P n

Tỷ số đĩa phải thoả mãn điều kiện bền và điều kiện chống xâm thực

Theo điều kiện bền

' '

375 ,

D C

trong đó C’ = 0,055 là hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chong chóng

m’ = 1,15 là hệ số phụ thuộc vào loại tàu

Z = 4 là số cánh chong chóng

max = 0,08 là chiều dày t-ơng đối của cánh chong chóng (sơ bộ)

T =

) 1 ( t x

R

=

217 , 0 1

43886

=56048 ( kG)

Thay số vào ta có

min 0

A

A E

= 0,48 Theo điều kiện chống xâm thực

Để chống xâm thực thì

K

E E

A

A A

A

0 0

) 7 , 1

~ 5 , 1

Chọn góc nghiêng cánh R = 100

Chọn chân vịt 4 cánh, seri B Có tỉ số đĩa 0,55 cho tính toán sơ bộ

Việc thiết kế chong chóng đ-ợc thực hiện theo bảng

1 B

5 , 2

5 , 0

.

p

Tv

N

n - 15,2 16,83 18,3

6 19,89 21,42 22,95

4 H/D §å thÞ - 0,952 0,95 0,93 0,88 0,825 0,78

5 P §å thÞ - 0,63 0,618 0,60

3 0,592 0,58 0,57

6 D

n

v p

94 , 0

Sè vßng /phót (n) 100

5000

110 6000

7000

8000

9000

D 10000

N

3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0

4-7.Träng l-îng thiÕt bÞ hoa tiªu

P07 = 35 (T) LÊy theo tµu mÉu

+ k2 = 1,105 1,2 Là hệ số kể đến tiêu hao nhiên liệu do dòng chảy

+ t = 20 ngày = 480 h Là thời gian hành trình đến lần lấy nhiên liệu tiếp theo + N = 9500 CV Là công suất của động cơ chính

21000

5 , 20468 21000

150 75

, 0

6 ThiÕt kÕ d¹ng mòi vµ ®u«i tµu

§èi víi tµu hµng th× 2 lo¹i ®u«i th-êng ®-îc ¸p dông lµ ®u«i tuÇn d-¬ng h¹m vµ ®u«i x×

vµ gi¶m l¾c däc cho tµu

Víi Fr = 0,187 ta cã thÓ thiÕt kÕ tµu mòi qu¶ lª

# ChiÒu dµi mòi qu¶ lª

Giá trị mạn khô tối thiểu đ-ợc xác định dựa trên bảng 11/4.2 và chiều dài tàu đ-ợc xác định:

Lf = max(0,96L0,85H, LPP)

Dựa vào mũi đuôi và các thông số khác của tàu ta có:

LPP = 138,6 m 0,96L0,85H = 137,28 m

Lf = 138,6 m

Tra bảng mạn khô tối thiểu :

Fmin = 2043 mm

7-1.Hiệu chỉnh mạn khô theo hệ số béo thể tích:

Do tàu thiết kế có = 0,72 > 0,68 nên giá trị mạn khô tối thiểu đ-ợc điều chỉnh

F1 = Fmin

36 , 1

68 , 0

b

C

= 2043

36 , 1

68 , 0 72 , 0

F1 = 2103,1 mm

7-2 Hiệu chỉnh mạn khô theo chiều cao mạn:

Do chiều cao mạn của tàu thiết kế H = T + F1 = 11603,1 mm >

15

f

L

= 9,24 nên chiều cao mạn khô theo quy phạm phải tăng thêm một l-ợng:

7-3 Hiệu chỉnh mạn khô theo sự thay đổi của độ cong dọc boong tiêu chuẩn

Độ cong dọc boong tiêu chuẩn đ-ợc xác định dựa vào chiều dài tàu

Lập bảng tính độ cong dọc boong tiêu chuẩn:

36 , 1 500

Lf/6tõ mòi

S-ên gi÷a

§-êng cong däc boong thùc tÕ

§-êng cong däc boong tiªu chuÈn

Ta có bảng so sánh độ cong dọc boong tiêu chuẩn và độ cong thực tế:

Thứ tự Độ cong tiêu chuẩn Độ cong thực tế

TT =

1308

Độ cong dọc thực tế khác độ cong dọc tiêu chuẩn vậy ta lập bảng so sánh độ cong dọc phần tr-ớc và phần sau:

TÝch Thùc tÕ ®u«i

7

= 1201

Độ cong dọc boong thực tế nhỏ hơn độ cong dọc boong tiêu chuẩn Do đó hiệu chỉnh

QP

2 75 , 0 8

1

Với S1 là tổng chiều dài có ích của th-ợng tầng kín n-ớc: S1 = 19 (m)

F5 =

137 2

23 75 , 0 8

1201 967

, 15062

= 1154 (mm) Vậy ta có mạn khô tối thiểu là:

Fđc = FBmin + F = 2110,6 + 244,17 + 1154 = 3508,77 (mm)

Mạn khô thực của tàu: H – T = 12690 – 7500 = 5190 (mm) > Fđc = 3508,77 (m) Nh- vậy tàu thiết kế có mạn khô đảm bảo

III : xây dựng tuyến hình

Các thông số chủ yếu của tàu

Chiều dài thiết kế : Ltk = 138,6 (m)

= 0,981 = 0,72 = 0,82

Đ-ờng hình dáng của tàu có quan hệ mật thiết đến tốc độ, tính hành hải , tính ổn

định , tính điều khiển, bố trí chung, dung tích chở hàng, công nghệ đóng và sửa chữa tàu Chính vì vậy việc xây dựng đ-ờng hình dáng tàu đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc thiết kế tàu

Các b-ớc tiến hành nh- sau:

1 Xây dựng đ-ờng cong diện tích s-ờn :

Sự phân bố l-ợng chiếm nuớc theo chiều dài tàu có ảnh huởng lớn đến sức cản và tính năng của tàu biển Biểu diễn sự phân bố này chính là đ-ờng cong diện tích suờn

-Xác định chiều dài các đoạn thon mũi , thân ống P, thon đuôi R Theo bảng 4.9 STKTĐT tập 1 trang 212 ta có:

Chiều dài đoạn thân ống : LP= 22,7%L = 31,4522 (m)

Chiều dài đoạn thon mũi : LE= 36,2%L = 50,1732(m)

Chiều dài đoạn thon đuôi : LR= 41,1%L = 56,9646(m)

Vị trí tâm nổi h-ớng dọc xc:

Theo sổ tay KTĐT tập 1 trang 213, hình 4.15 và 4.16 ta có mối quan hệ xc với ,v Sơ

bộ chọn xc= 0,54%.L=0,74844 (m)

áp dụng ph-ơng pháp cân bằng diện tích để xây dựng đ-ờng cong diện tích s-ờn cho tàu thiết kế

Diện tích s-ờn giữa :

100

Nghiệm lại đ-ờng cong diện tích đ-ờng s-ờn vừa xây dựng:

Bảng tính đ-ờng cong diện tích các s-ờn:

2

1

i i

-1,9%

Nghiệm lại hoành độ tâm nổi xC:

xC=

18 , 5838

58 , 584 9 , 6

i i

i i

K

i K

% xC = 100 %

74 , 0

74 , 0 71 , 0

4 % Vậy đ-ờng cong diện tích đ-ờng s-ờn vừa xây dựng là hợp lý

2 Xây dựng đ-ờng nuớc thiết kế:

Tiến hành xây dựng đ-ờng n-ớc thiết kế theo ph-ơng pháp gần đúng

- Chọn xf=1,25%L=1,73 (m)

- Góc vào n-ớc của đ-ờng n-ớc thiết kế Tra bảng 4.10 STKTĐT Tập 1 trang 213 thì nửa góc vào n-ớc của đ-ờng n-ớc chở đầy đối với tàu có hệ số béo =0,72 là 1/2 =(18-16,5) Tàu thiết kế có =0,72 nên chọn 1/2 =17

- Diện tích đ-ờng n-ớc thiết kế:

S = L.B =0,82.138,6.22 = 2500,3 (m2)

- Công việc tiến hành t-ơng tự nh- xây dựng đ-ờng cong diện tích đ-ờng suờn và làm nh- sau :

Dựng hình chữ nhật có kích th-ớc L.(B/2)

Đặt các vị trí thon mũi, thon đuôi, thân ống

Sử dụng ph-ơng pháp thứ nhất và ph-ơng pháp thứ hai của sách LTTK trang 187 để xây dựng đ-ờng n-ớc thiết kế với:

0

i -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -2 -2 -1

3 , 2500 54

, 2460

=1,6 %

Xf’= L.

6 , 356

74 , 90 9 , 6

.

i i

i i

Y K

i Y K

=1,75 (m)

% Xf=1,5 %

3 Thiết kế s-ờn giữa:

S-ờn giữa đ-ợc thiết kế có dạng đáy bằng , mạn phẳng, hông tròn với bán kính hông là :(LTTK 10.6 trang190)

4 Thiết kế các s-ờn còn lại:

Các s-ờn còn lại xây dựng trên cơ sở sau khi đã xây dựng xong đ-ờng cong diện tích s-ờn và đ-ờng n-ớc thiết kế Hình dáng s-ờn ảnh h-ởng đến tính ổn định, tính chất thuỷ lực , sự phân bố l-ợng chiếm n-ớc theo ph-ơng thẳng đứng và công nghệ Các s-ờn còn lại này đ-ợc xây dựng bằng ph-ơng pháp cân bằng diện tích

Bảng tung độ và diện tích phần ngâm n-ớc các s-ờn của tuyến hình vừa dựng:

Tính diện tích s-ờn theo ph-ơng pháp hình thang

S-ờn số 0

Đ-ờng yi ki yiki T

§-êng n-íc

S-ên sè 4

§-êng n-íc

S-ên sè 6

§-êng n-íc

S-ên sè 8

§-êng n-íc

S-ên sè 10

§-êng n-íc

S-ên sè 12

§-êng n-íc

S-ên sè 14

§-êng n-íc

§-êng n-íc

Nghiệm lại D và xC của tuyến hình vừa dựng:

2

1

i i

1,2 Nghiệm lại hoành độ tâm nổi xC:

xC=

5868

58 , 656 9 , 6

i i

i i

K

i K

74 , 0

74 , 0 77 , 0

4 %

716 , 0 025 , 1 5 , 9 22 6 , 138

20750

Tuyến hình tàu sau khi tính chuyển từ tàu mẫu thỏa mãn các giá trị ban đầu thiết kế

Thông sô cơ bản của tàu sau khi tính chuyển tuyến hình :

Chiều dài lớn nhất L max = 149 m

Chiều dài thiết kế L TK = 138,6 m

Chiều dài hai trụ L PP = 135.2 m

5 Hình dáng mũi tàu và đuôi tàu:

Mũi tàu: Mũi tàu có ảnh h-ởng tới sức cản sóng và tính ổn định của tàu Vì góc vào n-ớc của tàu thiết kế là nhỏ nên chọn dạng mũi tàu có dạng nh- hình 4.73b STKTĐT tập I nh- trong bản vẽ tuyến hình

Đuôi tàu: Chọn dạng đuôi cho tàu thiết kế là đuôi tuần d-ơng hạm Dạng đuôi này có -u

điểm là làm tăng chiều dài ngập n-ớc, giảm góc đ-ờng n-ớc đuôi tàu, hạ thấp sức cản d- Chiều dài phần đuôi nhô ra khỏi đ-ờng n-ớc thiết kế từ (2-5)% chiều dài vuông góc của tàu Với tàu thiết kế chọn đoạn nhô ra là 5 (m) Hình dáng đuôi tàu trên đ-ờng n-ớc thiết

kế phụ thuộc vào điều kiện công nghệ, tính thẩm mỹ và độ bảo vệ chong chóng khi tàu lùi hoặc tiến cũng nh- làm tăng diện tích mặt boong