(Tiểu luận) đồ án chuyên ngành đề tài thiết kế tàu container 175m tuyến đường hải phòng kobe

LỜI NÓI ĐẦUTheo VLA Hiệp hội Doanh nghiệp Dịch vụ Logistics Việt Nam, việc vậnchuyển hàng hóa xuất nhập khẩu bằng đường biển hiện có nhiều khó khăn, đặcbiệt do tình trạng ùn tắc tại các

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PGS TS Ngô Văn Hiền

Hà Nội, April 27, 2023

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PGS TS Ngô Văn Hiền

Hà Nội, April 27, 2023

LỜI NÓI ĐẦU

Theo VLA (Hiệp hội Doanh nghiệp Dịch vụ Logistics Việt Nam), việc vậnchuyển hàng hóa xuất nhập khẩu bằng đường biển hiện có nhiều khó khăn, đặcbiệt do tình trạng ùn tắc tại các cảng, đứt gãy chuỗi cung ứng gây nên thiếu tàu

và vỏ containers làm cho giá cước vận tải container tăng vọt ảnh hưởng nặng nềtới xuất nhập khẩu và khả năng cạnh tranh của hàng hóa xuất nhập khẩu

Gần như toàn bộ năng lực vận chuyển và kèm theo là tiền cước vận chuyển hàng hóa bằng container đi các tuyến liên lục địa nằm trong tay các chủ tàu nước ngoài, Nhà nước phải chi một nguồn ngoại tệ rất lớn hàng năm Do đó, việc có đội tàu container không chỉ đơn thuần hạn chế sự chèn ép của các hãng tàu ngoại về giá cước cũng như phụ phí mà về lâu dài là công cụ để bảo đảm an ninh kinh tế của đất nước, thực hiện có hiệu quả các hiệp định FTA (Hiệp định thương mại tự do) đang có hiệu lực.

Việt Nam với vị trí địa chính trị quan trọng, nằm trên tuyến vận tải hàng hải trọng yếu Đông - Tây bán cầu Khoảng 90% khối lượng hàng hóa xuất nhập khẩu của Việt Nam được chuyên chở bằng đường biển Tốc độ hàng hóa thông qua cảng biển nước ta tăng bình quân 10%-15% năm Cụ thể, năm 2021, mặc dù đại dịch Covid-19 tác động lớn đến nền kinh tế, nhưng lượng hàng container thông qua cảng biển vẫn đạt 24 triệu TEU, tăng 7% so với năm 2020 Tuy nhiên, hiện đội tàu biển Việt Nam chỉ đảm nhiệm vận tải được khoảng 7% thị phần và chủ yếu hoạt động trên tuyến nội địa và các tuyến ngắn trong khu vực nội Á, còn lại nằm trong tay các hãng tàu nước ngoài Tính đến 25- 3-2022 đội tàu container trên thế giới đã có 6.346 tàu với tổng sức chở 25,5 triệu TEU, tổng trọng tải 305.902.000 DWT Trong khi đó, đội tàu container của Việt Nam đến ngày 31-3-2022 có 10 Công ty vận tải container, sở hữu 48 tàu container với tổng sức chở 39.519 TEU, tổng trọng tải 548.236 DWT Đặc biệt, trong số này có tới 13 tàu trên 25 tuổi, 3 tàu trên 20 tuổi, 15 tàu có trọng tải từ 300 TEU đến dưới 600 TEU Số tàu này chỉ

có thể chạy ở trong nước, còn lại 17 tàu có trọng tải từ 600 TEU trở lên trong đó có 14 tàu có trọng tải từ 1.000 đến 1.800 TEU có thể chạy các tuyến ở khu vực Nội Á.

VLA cho rằng, để phát triển đội tàu container, phải đầu tư đồng bộ cả bayếu tố hình thành nên loại hình vận tải này, bao gồm: tàu chuyên dụng chởcontainer; vỏ container và mạng lưới phục vụ khách hàng, đội tàu ở tất cả cáccảng chính mà tàu sẽ đến Đồng thời, nên chia làm 2 giai đoạn phát triển.Giai đoạn I kéo dài khoảng 3 đến 5 năm: Chỉ tập trung đầu tư các loại tàu phù hợp

để hoạt động trên các tuyến Nội Á (Intra-Asia), cụ thể là tới Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc đến Ấn Độ và Trung Đông Đây là khu vực có khối lượng hàng hóa XNK (hàng khô) chiếm hơn 60% tổng lượng hàng khô XNK của cả nước Đồng thời với việc mua

tàu, vỏ container và mở các tuyến container trong khu vực, cần tìm đối tác làcác hãng tàu lớn để hợp tác với họ trong việc đổi chỗ, đổi vỏ container thậmchí sử dụng phần mềm điều hành, quản lý và hệ thống phục vụ của họ ở cáccảng Đây cũng là cách làm mà các hãng tàu trong khu vực đã thực hiện rấtthành công trong mấy thập kỷ vừa qua, điển hình là các hãng tàu WAN HAIcủa Đài Loan (Trung Quốc) hoặc ZIM LINES của Israel .

Giai đoạn II: kéo dài khoảng 5 năm tiếp theo, sau khi đã hoạt động thành công

ở khu vực Nội Á cùng với đối tác, sẽ tiếp tục đầu tư các loại tàu container lớn hơn từPanamax, Post Panamax để tham gia vận chuyển trên các tuyến liên lục địa chínhcủa thế giới như tuyến Châu Á – Mỹ, tuyến Châu Á – Châu Âu, tuyến Đông – Tây RTW(Round The World) Cùng với việc đề xuất định hướng phát triển, VLA cũng đề xuất cácgiải pháp, chính sách ưu đãi để phát triển đội tàu trên

Nhằm tận dụng những điều kiện thuận lợi đó, trong đồ án thiết kế em lựa chọn

tàu container làm đối tượng thiết kế, đề tài thiết kế là: “Thiết kế tàu CONTAINER

175m hoạt động trên tuyến Hải Phòng – KOBE” Đối với công tác thiết kế, sử

dụng phương pháp thiết kế theo tàu mẫu tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế bằng phương pháp đồng dạng hình học hoặc biến phân tuyến hình từ tàu mẫu.

Vì kinh nghiệm cũng như sự hiểu biết còn hạn chế cho nên em rất mongnhận được các ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô và bạn bè để em cóthể hoàn thiện và hiểu sâu hơn về các vấn đề còn tồn tại trong đồ án

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án thiết kế này, tôi muốn bày

tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cá nhân và tổ chức đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi.Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn của tôi, PGS TS.Ngô Văn Hệ, đã dành thời gian và kiến thức để hướng dẫn tôi trong quá trình nghiêncứu và hoàn thiện đồ án PGS TS Ngô Văn Hệ đã cung cấp cho tôi những ý kiếnquan trọng và đóng góp xây dựng, giúp tôi hoàn thành đồ án một cách thành công

Tôi cũng muốn cảm ơn PGS TS Ngô Văn Hiền, đã cung cấp cho tôi kiếnthức và kỹ năng cần thiết để hoàn thành đồ án này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy/cô trong nhóm chuyên môn

Kỹ thuật Thủy khí và Tàu thủy và các cá nhân đã cung cấp cho tôi tài liệu, tàinguyên và các thông tin quan trọng để hoàn thành đồ án Các đóng góp của họ

đã giúp tôi nâng cao hiểu biết và giải quyết những vấn đề khó khăn trong đồ án

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những người đã giúp đỡ và

hỗ trợ tôi trong quá trình hoàn thành đồ án thiết kế này

Hà Nội,April 27, 2023Sinh viên thực hiện

Lê Quang Anh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án này bao gồm bảy phần Trong chương 1 lựa chọn tuyến đường hoạt động, tìm hiểu và phân tích đặc điểm, thực trạng của tuyến đường khai thác cho tàu thiết kế Nhằm mục đích làm rõ những hạn chế hay ưu thế của tuyến đường với loại tàu cần thiết

kế Tìm hiểu và lựa chọn tàu mẫu Chương 2 tính toán kết hợp với tàu mẫu để đưa ra bảng thông số cơ bản của tàu Chương 3 trình bày cơ sở lý thuyết thiết kế tuyến hình tàu Thiết kế tuyến hình cho tàu từ các thông số cơ bản đã có, đưa ra bản vẽ tuyến hình tàu (A0) Chương 4 trình bày cơ sở lý thuyết và các quy định thiết kế bố trí chung cho tàu Tính toán và thực hiện thiết kế bố trí chung cho tàu Đưa ra bản vẽ bố trí chung toàn tàu (A0) Chương 5 trình bày cơ sở tính toán và lập các bảng tính tương ứng, đưa ra các bản vẽ Boonjean, các đường cong thủy lực (A1) Chương 6 trình bày về cơ sở lý thuyết tính toán, các quy định, quy phạm liên quan đến tính toán cân bằng ổn định cho tàu (mới nhất) Thực hiện tính toán cân bằng, ổn định tàu theo quy phạm Vẽ các đồ thị ổn định cho tàu Cuối cùng, kết luận được cung cấp trong chương 7, tài liệu tham khảo, phụ lục bao gồm kế hoạch vẽ được cung cấp ở cuối đồ án.

MỤC LỤC

1.1 Tuyến đường 1

1.1.1 Cảng Container Quốc tế Tân Cảng Hải Phòng (TC-HICT) 1

1.1.2 KOBE 2

1.1.3 Thời gian hành trình của tàu giữa hai cảng 3

1.2 Thông số của tàu cần thiết kế 3

CHƯƠNG 2 CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 5 2.1 CÁCKÍCHTHƯỚCCHỦYẾU 5

2.1.1 Sơ bộ lượng chiếm nước 5

2.1.2 Phương án sắp xếp theo số container 5

2.2 Xác định các kích thước cơ bản 7

2.2.1 Xác định hệ số béo thể tích 7

2.2.2 Tính lực cản tàu 7

2.2.3 Tính các hệ số thân tàu 8

2.2.4 Kiểm tra sơ bộ 9

2.3 Xác định sơ bộ trọng lượng tàu không 11

2.3.1 Khối lượng thân tàu m01 11

2.3.2 Khối lượng thiết bị m02 11

2.3.3 Khối lượng hệ thống m03 11

2.3.4 Khối lượng buồng máy m04 : 11

2.3.5 Khối lượng hệ thống điện và thông tin liên lạc m05 11

2.3.6 Dự trữ lượng chiếm nước m11 12

2.3.7 Khối lượng thuyền viên,lương thực, nước uống m14 12

2.3.8 Khối lượng dự trữ nhiên liệu,dầu mỡ bôi trơn m16 12

2.3.9 Khối lượng hàng chuyên chở m17 12

2.3.10 Nghiệm lại theo phương trình khối lượng 12

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cảng HICT 2

ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số của tàu mẫu SR 108 container ship 3Bảng 2.1 Thông số cơ bản của tàu 9

iii

CHƯƠNG 1 TUYẾN ĐƯỜNG VÀ TÀU MẪU

Trong công tác thiết kế tàu biển, để bảo đảm chạy tàu an toàn và điều khiển tàu dễ dàng trên tuyến đường lựa chọn, tác giả thực hiện xem xét các điều kiện địa hình, khí tượng - thủy hải văn, điều kiện thủy động lực và sự phù hợp với các công trình có liên quan Đồng thời thực hiện lựa chọn tàu mẫu tương ứng nhằm phục vụ tính toán thiết kế tàu theo phương pháp thiết kế theo tàu mẫu.

1.1 Tuyến đường

Trong năm 2021, trong bối cảnh xuất nhập khẩu của Việt Nam, tổng kimngạch thương mại song phương giữa Việt Nam và Nhật Bản đạt 42,7 tỷ USD,với nhiều mặt hàng chủ lực ghi nhận mức tăng trưởng rất tốt Cụ thể, cà phêtăng 25,5%, hàng rau quả tăng 20%, hạt điều tăng 39%, hạt tiêu tăng 56% sovới năm 2020 (theo báo Chính phủ 2022) Để lựa chọn phương án thiết kếcho tàu về sau, tác giả quyết định chọn tuyến đường Hải Phòng - Kobe

1.1.1 Cảng Container Quốc tế Tân Cảng Hải Phòng (TC-HICT)

Hai Phong International Container Terminal (TC-HICT) là cảng containernước sâu lớn nhất miền Bắc Việt Nam, có khả năng tiếp nhận tàu với trọng tảilên tới 14.000 TEUs

Cảng Container quốc tế Tân Cảng - Hải Phòng (TC-HICT) là liên doanh giữa Tổng Công ty Tân Cảng Sài Gòn, Công ty TNHH MITSUI O.S.K Lines Nhật Bản, Công ty Wan Hai Lines (Đài Loan, Trung Quốc) và Tập đoàn Itochu (Nhật Bản) Cảng khởi công xây dựng ngày 12/05/2016, hoàn thành và bắt đầu đưa vào khai thác chính thức kể từ ngày 13/05/2018 Sản lượng hàng hóa thông qua cảng dự kiến đạt 1,1 triệu TEU/năm.

Cảng TC-HICT nằm ở huyện Cát Hải, thành phố Hải Phòng, cách thành phốHải Phòng khoảng 25km về phía Đông Bắc, có toạ độ địa lý: N: 20o48′; E: 106o54′

Năng lực của cảng: Tổng chiều dài: 20,5 km; độ sâu luồng: -14,0 m (-13,0m); độ sâu trước bến: - 16,0m (-12.5m); Vũng quay: 660m (Sâu -12,0m); thủy triều: 0,9 m - 4,5

m; chế độ thủy triều: bán nhật triều; biên độ thủy triều: Low/ High 0,5 m/4,0 m; cỡ tàu

có khả năng cập Cảng: 14,000 TEU (hiện tại hàng tuần Cảng đều tiếp nhận tàu 12,000 TEUs); mớn nước cao nhất cho tàu ra vào: 17,0m; cẩu bờ tầm với: 65m, chiều cao dướikhung chụp: 46m, sức nâng: 65MT (2x20’ twin) 1

Cơ sở hạ tầng và thiết bị: bến chính D750m R50m, độ sâu trước bến: -16m (2 bến 1

Năng lực của Cảng: http://hict.net.vn/gioi-thieu/Pages/hict-facility.aspx

1

liền kề); bến sà lan: D150m R30m, độ sâu trước bến: -5m; bãi container 41ha (Cont.

hàng 22 làn/ cont lạnh 2 làn / Container rỗng 4 làn tổng số: 28 làn); cẩu bờ 8cẩu (tầm với: 65m, chiều cao dưới khung chụp: 46m, sức nâng dưới khungchụp: 65t); cẩu bãi 24 cẩu ERTG (Cẩu điện bánh lốp); thiết bị xếp dỡ 30 xeđầu kéo / Xe nâng hàng 2 chiếc / Xe nâng rỗng 2 chiếc; cẩu cố định 2 cẩu bênphía bến sà lan ;cửa vào cho xe đầu kéo 14 cửa + 8 cửa có cân kiểm tra trọnglượng xe; các công trình khác văn phòng/khu vực sửa chữa/trạm xăng 2

Cảng Kobe có 12 bến thuộc sự quản lý của Chính quyền thành phố và 4 bến tư nhân thuộc các tập đòan công nghiệp Tổng chiều dài bến là 22,4 km với 135 chỗ neo tàu Vùng trung tâm cảng có khu bến Shinko gồm 12 bến với tổng chiều dài 6655 m cho phép đậu một lúc 35 tàu viễn dương Đây cũng là trung tâm phục vụ hành khách trong nước và chuyển tải khách từ Mỹ qua Australia khoảng 11.500 người/năm, còn hàng hóa

2 Vị trí và sơ đồ cảng: http://hict.net.vn/dich-vu/Pages/vi-tri-va-so-do-cang.aspx

2

qua khu này chủ yếu là hàng bách hóa.

Khu Hyogo có 3 bến với tổng chiều dài 1089 m , độ sâu từ – 7,2 ÷ 9,0 m, cùngmột lúc có thể tiếp nhận 17 tàu viễn dương Khu Maya có 4 cầu tàu với 21 chỗ neođậu, độ sâu trước bến từ 10m đến 12 m, khu này chủ yếu phục vụ các tàu Liner Bắc

Mỹ Khu bến Higachi có 4 bến sâu (5,5 ÷ 7,0 m) tiếp nhận tàu Ro-Ro có tổng diệntích 7,8 ha Khu Đảo cảng có 9 bến container với tổng chiều dài 2650 m và 15 bếncho tàu bách hóa thông thường với chiều dài 3.000 m, độ sâu từ 10 đến 12 m Khuđảo nhân tạo Rokko với diện tích 583 ha, khu bến Rokko có độ sâu 12 m , có thể tiếpnhận cùng một lúc 29 tàu viễn dương kể cả tàu container và tàu Ro – Ro

Cảng Kobe là cảng tổng hợp lớn nhất thế giới với khối lượng hàng hóathông qua cảng mấy năm gần đây khỏang 150.000.000 tấn/ năm Cảng xuấtkhẩu chủ yếu là hàng công nghiệp, nhập khẩu là nguyên vật liệu công nghiệpnhư dầu hỏa, than cốc, quặng sắt, phân công nghiệp

1.1.3 Thời gian hành trình của tàu giữa hai cảng

Khoảng cách từ Hải Phòng đến cảng Kobe là 2462 hải lí Theo thiết kế,tàu chạy với vận tốc trung bình là 20,86 hải lý/giờ

Ta tính sơ bộ thời gian hành trình theo công thức:

1.2 Thông số của tàu cần thiết kế

Căn cứ vào đặc điểm của tàu mẫu (the 108 Research Conunittee of the Shipbuilding Research Association of Japan (SR 108)) là tàu có cùng chức năng, cùng cấp, có các thông số kỹ thuật tương đối sát với tàu thiết kế ta có bảng thống kê sau:

Bảng 1.1 Thông số của tàu mẫu SR 108 container ship Thông số/Tên Kí hiệu SR 108 container ship

3

Tiểu kết chương 1

Kết thúc chương 1, sau khi tìm hiểu và đánh giá các đặc điểm và thựctrạng của tuyến đường đã lựa chọn cho tàu thiết kế, tác giả tiếp tục thực hiệnviệc xếp container lên kích thước tàu mẫu và tính toán các thông số cơ bảnliên quan trong chương tiếp theo Những kết quả này sẽ là cơ sở để tác giảđưa ra các giải pháp và đề xuất thiết kế tàu hiệu quả nhất

4

CHƯƠNG 2 CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

Từ các kích thước chiều dài (L), chiều rộng (B) và chiều cao (T) của tàu, tácgiả đã lựa chọn và thực hiện việc xếp container lên tàu, sau đó tính toán cácthông số chủ yếu như tải trọng, sức chứa và kích thước sơ bộ của tàu Nhữngkết quả này sẽ cung cấp cho tác giả những thông tin quan trọng và cần thiết để

đề xuất thiết kế tàu vận chuyển hàng hóa tối ưu nhất cho tuyến đường đã chọn

2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

2.1.1 Sơ bộ lượng chiếm nước

Hệ số lợi dụng lượng chiếm nước (hay còn gọi là hệ số trọng tải) là một chỉ số quan trọng trong việc xác định lượng chiếm nước toàn tải của tàu Chính vì vậy, hệ số này có quan hệ mật thiết đến loại tàu, hình thức kết cấu, tốc độ tàu và phạm vi biến động của hệ số là khá lớn Thông thường, hệ số này được xác định từ số liệu thống kê của các tàu mẫu Do đó lượng chiếm nước sơ bộ của tàu có thể tính bằng công thức.

Dsb = ηPh

h

Trong đó:

- Trọng lượng hàng hóa: Ph = nc.PC = 717*16,244 = 11646,948 (T)

+ nc là số TEU (twenty-foot equivalent unit) tương đương container 20 feet.

+ Pc là trọng container được chọn (bao gồm trọng lượng vỏ và hàng) Trọng tải tối đa 27,75T Chọn Pc = 16,25T 3

- Hệ số lợi dụng LCN theo tải trọng : ηh = 0,55 (bảng 1.8 [2])

Vậy lượng chiếm sơ bộ của tàu: D sb =11646,948= 21176(T )

0,55

Ta chọn:

- Số container xếp trong khoang hàng: 315 TEU (35%)

- Số container xếp trên mặt boong: 585 TEU (65%)

2.1.2 Phương án sắp xếp theo số container

Việc xác định các kích thước sơ bộ của tàu dựa trên việc lên phương án xếp tainer trong khoang hàng Từ sơ đồ bố trí ta có thể xác định các thông kích thước sơ bộ chiều dài, chiều rộng và chiều cao tàu Các kích thước khe hở được chọn:

con Khe hở giữa 2 container theo chiều dài tàu: 76(mm)

3 việc chọn trọng tải tối đa của container để tính toán có thể dẫn đến hạn chế trong thiết kế tàu, làm tăng chi phí và giảm sức chứa của tàu Việc chọn trọng tải nhỏ hơn giá trị tối đa sẽ giúp tàu được thiết kế linh hoạt hơn, tăng sức chứa và giảm chi phí sản xuất, nhưng cần đảm bảo an toàn cho tàu và hàng hóa trên tàu.

5