thiết kế tàu kéo 980cv hoạt động tại cảng cái lân - quảng ninh

3.1xác định kích thớc chủ yếu:3.1.1 - Xác định chiều dài tàu: Đối với tàu kéo cảng có thiết bị đẩy là chong chóng Sách LTTK... hm, hd là chiều cao thực tế của thợng tầng mũi, đuôi m Lm

1

Cảng nằm ở vĩ độ 2047' Bắc ; kinh độ 107 04' Đông

Chế độ nhật triều với mức nớc triều cao nhất là + 4 m, thấp nhất là 0 m Biên độ dao động lớn nhất là 4 m, trung bình 2,5 m

Cảng chịu hai mùa gió rõ rệt từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau là gió Bắc -

Đông Bắc từ tháng 4 đến tháng 9 là gió Nam - Đông Nam Luồng vào cảng Cái

7.0(m) Đoạn trong dài 3(km) có độ sâu giảm dần từ 5.0 ữ 4.0(m) đủ điều kiện cho tàu tải trọng lớn nhất là 10.000T ra vào

Cảng Quảng Ninh từ nhiều năm nay chủ yếu làm nhiệm vụ chuyển tải từ Hạ Long Sản lợng bình quân hàng năm khoảng 300.000(T) Cảng có một bến dã chiến dài 16(km) cho xà lan chuyển tải câp Độ sâu trớc bến là 4(m) Cảng có

Ngoài ra cảng còn có 3 bãi có diện tích 3000 m2

Hiện nay cảng có một bến nữa ở Cái Lân cho tầu có trọng tải 14.000 (DWT)

có thể ra vào, và xây dựng tiếp một bến nữa có thể cho tầu có trọng tải 14.000(DWT) ra vào xếp dỡ Cả hai bến này với tổng chiều dài 3300(m), khả năng thông qua của cảng có thể từ 400.000 ữ 450.000T/năm

3

-1.2 Tµu mÉu

3.1)xác định kích thớc chủ yếu:

3.1.1 - Xác định chiều dài tàu:

Đối với tàu kéo cảng có thiết bị đẩy là chong chóng (Sách LTTK)

100 ( 022 , 0 100 36 , 1 5 ,

3.2) nghiÖm l¹i lîng chiÕm níc theo c¸c träng lîng thµnh phÇn

Trọng lợng dự trữ nhiên liệu đợc tính theo công thức : P 16 = K 1 K 2 g e N e t

Động cơ máy chính của hãng Man (Đức):

t = 5.24=120h là thời gian hành trình của tàu dự trữ trong 5 ngày

D

Đảm bảo sai số cho phép

3.3) kiểm tra ổn định SƠ Bộ Và CHòNG CHàNH của tàu.

3.3.1 – ổn định ban đầu :

Theo bảng 2-60 STKTĐT1 đối với tàu kéo h0min( 0,5ữ 0,7 ) m

Theo Roach (Trang 117 STKTĐT I):

h0 =

B

f D

l SHP

100

SHP = 0,95.Ne = 931cv : Công suất trục

D = 243,8T = 252,3 (TA) : Lợng chiếm nớc ,tấn Anh

B = 6,8m : Chiều rộng lớn nhất của đờng nớc

f: Chiều cao mạn khô tối thiểu = 800mm = 0,8m

l =B/4 =1,7m = 5,67(fut): Khoảng cách vuông góc giữa tâm mặt cạnh thân tàu và móc kéo

⇒ h0 = 1,78m.Vậy cao độ tâm nghiêng ban đầu h0 > h0min, do đó tàu đảm bảo

ổn định ban đầu cần thiết

3.3.2 - Kiểm tra chu kì chòng chành ngang.

Chu kì chòng chành ngang của tàu đợc tính theo công thức:

Với tàu kéo C = 0,72ữ 0,8 Chọn C = 0,75

⇒Tϕ = 3,82 (s)

Với Tϕ =3,5ữ 6 (s)

Vậy tàu thiết kế có chu kì chòng chành trong khoảng cho phép

3 .3. 3 Kiểm tra ổn định bổ sung khi kéo:–

Ta kiểm tra sơ bộ ổn định của tàu khi kéo theo điều 3.4.1, phần 7, chơng III, quy phạm phân cấp và đóng tàu sông

Tàu thoả mãn ổn định khi kéo nếu : Mchpk > Md

0

.

h

B C

Tϕ=

9

-Trong đó: Mchpk là mômen cho phép tới hạn

Md là mômen động do lực giật ngang của dây kéo

Trong tính toán sơ bộ thì Mchpk có thể đợc tính theo công thức:

Mchpk = 0,0087 D h0θchp

Trong đó : D = 243,8(tấn) là lợng chiếm nớc của tàu

h0 =1,78m Là chiều cao tâm nghiêng ban đầu trong tính toán sơ bộ

θchp là góc nghiêng cho phép của tàu Góc này trong tính toán sơ

bộ, để thiên về an toàn, ta lấy bằng góc ngập nớc tính đến mép boong tại mạn

Ta có tgθchp= − =

2 /

B

T H

Thay số vào ta có : Md = 20 (Tm)

Sau khi tính toán, so sánh ta có : Mchpk > Md

Kết luận: Về sơ bộ, tàu đảm bảo ổn định khi kéo.

3.3.4 - Điều kiện quay vòng của tàu :

Do Ne / D >1 do vậy ta phải kiểm tra điều kiện quay vòng của tàu

8 , 243 02 ,

F = F0+F1+F2+F3+F4

Trong đó:

* F 0 là trị số mạn khô nhỏ nhất theo quy định 2.2

Tàu thiết kế là tàu kín vì các miệng lỗ khoét trên boong đều có các thiết bị

đóng kín một cách hữu hiệu

Tra bảng 9/2.1 ta có:

F0 =250mm

11

-* F 1 là trị số hiệu chỉnh mạn khô theo quy định 2.3.3

Tra bảng 9/2.4 ta có tung độ của đờng cong dọc boong tiêu chuẩn

# Tung độ tiêu chuẩn đờng cong dọc mũi

* F 2 là trị số hiệu chỉnh mạn khô theo quy định 2.3.5

Theo quy định trị số F2 phải lấy giá trị lớn hơn trong 2 giá trị tính toán dới đây

Trong đó :

h =900mm là chiều cao tiêu chuẩn của thợng tầng mũi

hm, hd là chiều cao thực tế của thợng tầng mũi, đuôi (m)

Lm, Ld là chiều dài thực tế của thợng tầng mũi, đuôi(m)

Lmt, Ldt là chiều dài tiêu chuẩn của thợng tầng mũi, đuôi(m)

L là chiều dài tàu(m)

Tàu thiết kế không có thợng tầng mũi và thợng tầng đuôi, dó đó ta có:

(1,

0

* F 3 là trị số hiệu chỉnh mạn khô theo quy định 2.3.7:

Tàu thiết kế có tỉ số L/D < 15, thì mạn khô phải đợc tăng lên một lợng nh sau:

Trong đó D: chiều cao mạn

L: chiều dài tàu

Thay số vào ta có:

F3 =88mm

* F 4 là trị số hiệu chỉnh mạn khô theo quy định 3.1.1:

Chiều cao miệng lỗ khoét theo tiêu chuẩn là:

Từ các giá trị tính toán bên trên, ta xác định đợc mạn khô tối thiểu cho tàu thiết kế là:

F = F0+F1+F2+F3+F4 =535,5mm

Mạn khô thực tế của tàu đo tại sờn giữa trên tuyến hình là:

Ftt = 800mm

Vậy Ftt >F Kết luận : Chiều cao mạn khô của tàu thoả mãn quy phạm

3.4) sơ bộ xác định sức cản, tốc độ kéo của tàu:

L D F

13

RTK: Sức cản của tàu kéo

Tàu đợc kéo có trọng tải 3500 (T) với các thông số chủ yếu:

L = 72 (m) δ = 0,7

B = 14 (m) β = 0,98

T = 5,6 (m)

H = 6,8 (m)

3.4.1) Xác định sức cản của tàu đợc kéo:

Lực cản của tàu đợc kéo đợc tính theo công thức của Papmiel:

Phơng pháp này tính sức cản tàu khi đã tính đợc công suất kéo cho tàu

Công suất kéo của tàu đợc tính theo công thức sau:

.

λ

Trong đó: No là công suất kéo tàu

V = δ.L.B.T = 3951,3 m3 là thể tích chiếm nớc của tàu

L = 72 m là chiều dài thiết kế của tàu

1,361 là hệ số thon của tàu

Hệ số C pđợc xác định trên đồ thị hình 8-4(STKTĐT tập I), phù thuộc vào

(v là vận tốc của tàu, m/s)

3.4.2)Xác định sức cản của tàu kéo:

Lực cản tàu kéo đợc tính theo công thức Taggartca:

Phơng pháp này áp dụng cho các tàu kéo có các đặc trng hình dáng nh sau:

1/3 =

D

L

3,98 ϕ = 0,62 Vậy ta có thể áp dụng đợc công thức trên để tính lực cản cho tàu kéo

Lực cản và công suất kéo đợc tính theo công thức:

vR

2 0

)2Re(lg

075,0

Lực cản của tàu kéo đợc tính toán theo bảng sau

436,8 với ∇ = 234,1 tấn Anh

và L = 81,41 feet

Lực cản của tàu kéo đợc tính toán theo bảng sau:

3.4.3)Lực cản của đoàn gồm cả tàu kéo và tàu đợc kéo:

* Tổng sức cản của tàu kéo và tàu đợc kéo là :

RΣ = RĐK + RTK

RΣ : Tổng sức cản của tàu kéo và tàu đợc kéo

RĐK : Sức cản của tàu đợc kéo

RTK : Sức cản của tàu kéo

Bảng tính lực cản và công suất kéo của đoàn gồm tàu đợc kéo và tàu kéo :

Xây dựng đờng cong lực cản và công suất kéo:

Chọn sơ bộ hiệu suất của chong chóng là : ηD♠= 0,56

Hiệu suất của bộ truyền động bao gồm đờng trục và hộp số : ηs = 0,96

Hiệu suất có ích của động cơ để tạo ra lực đẩy khi kể đến dự trữ 15% công suất là:

+ Chuyển đồng dạng từ tàu mẫu

+ thiết kế theo mô hình đã thử nghiệm

để phù hợp với điều kiện đóng tàu của nớc ta lựa chọn phơng pháp tính chuyển

đồng dạng từ tàu mẫu Song việc tính chuyển củng phải dựa vào điều kiện khả năng của ngành đóng tàu nớc ta

Các thông số chủ yếu của tàu mẫu

4.2.Thay đổi chiều dài thiết kế

Ta sử dụng phơng pháp nhân chiều dài các đờng nớc tàu mẫuvới một hệ số tỷ lệ

kL Sau đó nhân chiều dài các đờng nớc tàu mẫu ta đợc các đờng nớc mới của tàu thiết kế

m

TK L

L

L

LTK :Chiều dài thiết kế tàu mới

Lm : Chiều dài thiết kế tàu mẫu

4.3.Thay đổi chiều rộng

Đem nhân chiều rộng của các đờng nớc trên mặt cắt ngang với hệ số tỷ lệ k,sau đó đặt các chiều rộng mới nên mặt cắt ngang của tàu mới

m B

m T

Từ bảng trên ta lập đợc bảng giá trị của tất cả các sờn lý thuyết

.

25

Phần 5: Bố trí chung

Tàu đợc thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN

5801-2001, từ đặc điểm hoạt động của tàu đợc phân cấp và thiết kế theo cấp SI.Sau đây là kích thớc chủ yếu của tàu:

* Theo chiều dài tàu: Tàu đáy đơn, khoảng sờn a = 500 (mm)

Theo chiều dài tàu : 4 vách

5 Khoang mũi 40 ữ 44 0,5 m 2 m

5.1.1 Dới boong chính:

- Từ vách lái ữ Sn04: Bố trí khoang két dằn lái

- Từ Sn04 ữ Sn11 nhìn về lái ở giữa tàu bố trí khu vực kho

- Từ Sn04 ữ Sn14: Bố trí 2 két dầu máy ở hai bên mạn

- Từ Sn14 ữ Sn16: Bố trí 2 két dầu nhờn ở hai bên mạn

- Từ Sn28 ữ Sn37: Bố trí khu ở của thuyền viên bên trên, còn bên dới bố trí két nớc ngọt và két nớc thải nhng cần phải chú ý tạo không gian cách ly

- Tại Sn 04 : bố trí giá đỡ dây cáp kéo

- Từ Sn09ữ Sn11 nhìn về mũi bên phải bố trí cửa ô van đi xuống khu vực kho

- Tại Sn16: bố trí móc kéo, hai bên mạn có bố trí hai cột kéo mạn

27

-• Từ Sn25 ữ Sn22: Bố trí khu vệ sinh

• Từ Sn22 ữ Sn20 : Bố tri lối đi thông mạn

và hệ thống thông gió buồng máy.Hai bên có bố trí cầu thang xuống buồng máy

- Tại Sn34 : Ngoài cầu thang lên lầu lái còn bố trí hai lỗ thông gió kiểu mạt khỉ nhàm thông gió cho buồng ở thuyền viên

5.1.3 trên boong mũi: Bố trí tời neo, neo, 02 cột bích đôi, một cột

kéo mũi đạt ở mũi tại mạt phảng dọc tâm tàu, hai cửa xuống hầm xích neo và lỗ khoét xuống khoang két dằn mũi

5.1.4 trên boong thợng tầng: Bố trí các cầu thang lên xuống,

phao cứu sinh, buồng lái, ống khói và hệ thống thông gió

5.1.5 Trên nóc lầu lái: bố trí cột đèn, các đèn hành trình và ra-đa 5.2/ Tính chọn sơ bộ thiết bị tàu:

- Hai neo mũi

- Khối lợng mỗi neo 175 (kg)

- ChiÒu dµi mçi xÝch neo L = 50 (m)

µ: HÖ sè diÖn tÝch b¸nh l¸i (theo b¶ng 1-5/15 STTBTT.T1)

µ = 5 víi tµu kÐo ch¹y s«ng

L: ChiÒu dµi tµu = 23 (m)

T: ChiÒu ch×m tµu = 2,8 (m)

29

Amin =  + + 75 

150 75

, 0 100

.

L

T L q

Trong đó:

p: Hệ số phụ thuộc vào vị trí đặt bánh lái (với bánh lái đặt trực tiếp sau chân vịt có p = 1)

q: Hệ số phụ thuộc vào loại tàu (với tàu kéo q = 1,25)

Vậy Abl > Amin thoả mãn điều kiện

Để đảm bảo quá trình ăn lái tốt khi tàu lợn vòng, tránh hiện tợng kẹt láiChọn sơ bộ k = 0,3 (k = 0,25ữ0,35) (STTBTT.T1)

Chọn theo điều kiện : hbl < 0,7 Tđ = 1,96 (m)

5.2 5 Thiết bị cứu sinh:

Theo qui phạm phân cấp và đóng tàu sông (TCVN5801:2001) phần 10 chơng 1

- Thiết bị cứu sinh phải đảm bảo cho 100% số thành viên trên tàu thoát nạn khi tàu gặp sự cố

- Bố trí 2 phao tròn và 6 phao áo

- Trang bị 2 phao bè sức chở 6 ngời đặt 2 bên mạn

- Trang bị cứu sinh thoả mãn quy phạm phân cấp và đóng tàu sông 2001 cho tàu cấp SI.

5.2.6 / Trang bị tín hiệu:

sáng (0) Màu sắc

Tầm nhìn(hl/h)

Số lợngchiếc

31

6.1 Giới thiệu chung

6.1.1 Loại tàu, công dụng, cấp tính toán

Tàu thiết kế là tàu kéo 980cv, phục vụ tại cảng Cái Lân - Quảng Ninh , thuộc phân

cấp SI - Đăng kiểm Việt Nam

6.1.3 Tài liệu sử dụng

* Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy tập I, nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật 1978

* Sổ tay lý thuyết tàu

35

-* Mômen tĩnh của sờn ngâm nớc

Sử dụng phơng pháp hình thang, ta có thể tính theo công thức sau

đ-ờng nớc thứ i

i là cao độ trọng tâm của hình thang giới hạn bởi sờn và 2 ĐN zi và zi+1

i đợc tính theo công thức sau

Mômen tĩnh của diện tích sờn tại ĐN thứ i đợc tính theo công thức

Dựa vào cơ sở các công thức trên, ta có bảng tính diện tích sờn và mômen tĩnh của các sờn nh sau

Bảng tính này có thể sử dụng cho cả trờng hợp tàu có dạng sờn bẻ góc

ω

∫

=d yzdz M

0 2

ω

1

1 1 1

1

3

2 3

2 3

1 3

+

=

i i

i i i i i i i i

y y

z y z y y z z y

i

i z z y y M

Mωi = ωi−1+ ( i+ i−1)( i − i−1)

Phần 1:Giới thiệu chung

Đề Bài:thiết kế tàu kéo 980Cv hoạt động tại cảng

cái lân – Quảng Ninh

*Tài liệu tham khảo:

-sổ tay kĩ thuật đóng tàu t1

-thiết bị tàu thuỷ

-lý thuyết thiết kế tàu thuỷ

-tĩnh học tàu thuỷ

-lực cản tàu thuỷ

Phần 6: Tính toán kết cấu

6.1.Vùng hoạt động và đặc điểm tàu thiết kế

Tàu thiết kế hoạt động tại cảng Cái Lân- Quảng Ninh Tàu thuộc phân cấp SI -

Đăng kiểm Việt Nam

Tàu đợc kết cấu bằng thép, liên kết hàn, lắp máy 980 Cv

Tài liệu sử dụng để tính toán là Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN 5801:2001

6.2 Vật liệu chế tạo - Hình thức kết cấu

Vật liệu chế tạo là thép CT3C có các đặc trng sau:

σch = 2400 MPa

Với tàu nhỏ, để tiện cho công nghệ, ta chọn hình thức kết cấu theo hệ thống

* 96% Chiều dài đờng nớc thiết kế

* Chiều dài nằm ngang từ giao điểm của đờng nớc thiết kế với mép trớc của sống mũi đến tâm trục lái

500 500 1500

Nẹp khỏe Nẹp thuờng

500 1500

Chọn khoảng sờn thực trên toàn bộ chiều dài thân tàu là S = 500 (mm)

Khoảng cách từ vách mũi đến sống mũi tại đờng nớc thiết kế không đợc nhỏ hơn 0,05L và không đợc lớn hơn 0,1L

Các vách ngang trên tàu đều kết cấu nẹp thờng, xen kẽ nẹp khoẻ

Sơ đồ kết cấu vách ngang tại sờn #28 nh hình vẽ (Các vách ngang khác kết cấu tơng tự)

Khoảng cách các nẹp là 0.5 (m), khoảng cách các nẹp khoẻ là 1.5 (m)

6.4.2 Chiều dày tôn

Tra bảng 2/2.16 (91), chiều dày tối thiểu quy định với tôn vách ngang là:

L = 22.08 (m) là chiều dài tính toán của tàu

∆t = 0,06 N e − 330 với tàu lắp máy công suất lớn hơn

Chiều rộng mép kèm đợc tính theo 2.2.4/5(1), và trong mọi trờng hợp không

đợc lớn hơn 1/6 chiều dài nhịp tính toán

Chiều rộng mép kèm b = min(a/2,l/6) = 250 (mm)

Chiều dày mép kèm t = 6 (mm)

Vậy mép kèm có quy cách là: bxt = 250x6

Chọn thép làm nẹp là thép góc không đều cạnh

d1 = 1.5 (m) là khoảng cách giữa các nẹp khỏe

D1 = 3.6 (m) là khoảng cách từ đáy đến boong tàu tại mặt phẳng dọc tâm

b = 150 (cm) là khoảng cách các cơ cấu khoẻ

t = 0.6 (cm) là chiều dày tấm mép kèm

a = 50 (cm) là khoảng cách các cơ cấu thờng

=

2 3

10045,015,0

a

t b

C

L 90x56x8250x6

16 18 22

12 14 10

8 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

500 500 500 500

500 500 500 500

500 500 500 500

5 140

6 100

x

x

6.4.5 Tính chọn liên kết

* Liên kết giữa nẹp thờng và xà ngang boong gần

cấu thờng phải có kích thớc ít nhất bằng 2 chiều cao

tiết diện cơ cấu nhỏ hơn Chọn kích thớc của mã là

200 (mm) Chiều rộng mép bẻ phải bằng 8~12 lần

chiều dày mã

Chọn chiều dày mã là 6 (mm) Chiều rộng mép bẻ 50 (mm)

Mã liên kết nh hình vẽ

* Liên kết giữa sống vách và xà dọc mạn, giữa nẹp khỏe và sống dọc boong sẽ

đ-ợc trình bày sau khi tính toán đđ-ợc kích thớc của các cơ cấu trên

6.5 Kết cấu dàn đáy

Đáy là đáy đơn, dàn đáy kết cấu hệ thống ngang, đà ngang khoẻ đặt tại mỗi

khoảng sờn Sơ đồ kết cấu dàn đáy nh hình vẽ

Tại vùng buồng máy, sống chính đợc thay bằng thành dọc bệ máy Theo quy phạm, nếu thay sống chính bằng 2 sống phụ, thì khoảng cách giữa 2 sống này phải không lớn hơn 1,1(m) Chọn khoảng cách giữa 2 thành dọc bệ máy là b =1 (m).

Tại khoang sinh hoạt và khoang kề mũi kết cấu đáy đôi, dầm ngang đặt tại mỗi mặt phẳng sờn

6.5.1 Chiều dày tôn

t = a(αL+βs+γ) (mm)

trong đó

s = 0.5 (m) là khoảng cách giữa các cơ cấu đáy

a = 1 cho tàu hoạt động ở vùng SI

Với cơ cấu tính toán là đà ngang đáy thì:

Chiều dày tối thiểu tra bảng 2/2.16(91) là tmin = 3 (mm)

Với tàu kéo, chiều dày tôn đáy giữa tàu không đợc nhỏ hơn trị số tính theo

CT sau:

trong đó

L = 22.08 m là chiều dài tàu

∆t = 0,06 N e − 330 với tàu lắp máy công suất lớn hơn

330 KW Tàu lắp máy công suất Ne = 720,79 KW ⇒∆t = 0,06 720 , 79 − 330 =

1,1861 Thay số vào ta có

to = 5,2554 (mm)

Chọn chiều dày tôn đáy là

t = 6 (mm)

22 18

Chiều dày tôn hông và tôn giữa đáy phải lớn hơn chiều dày tôn đáy 1 (mm)

Chọn chiều dày tôn hông và tôn giữa đáy là: t = 8 (mm)

6.5.2 Đà ngang đáy vùng giữa tàu

Môđun chống uốn của tiết diện đà ngang đáy phải không nhỏ hơn trị số tính theo công thức 2.4.3.1(1)/92

W = 4,2K1K2B12 d1(d+r+m) (cm3)

trong đó

d1 = 0.5 (m) là khoảng cách giữa các đà ngang đáy

B1 = 6.8 (m) là khoảng cách giữa 2 mạn tàu

d = 2.8 (m) là chiều chìm tàu

K1 = 1 là hệ số tra bảng 2/2.17 phụ thuộc vào tỉ số Lk/B1với Lk = 12 (m) là khoảng cách từ vách #4 đến #28

K2 =1 là hệ số theo bảng 2/2.18 với tàu có đà ngang đặt tại mỗi sờn

r = 1 (m) là nửa chiều cao sóng định cấp SI

m = 0.6 lấy đối với tàu cấp SI