Bài giảng tàu thuyền nghề cá

CÔNG DỤNG TÀU Tàu vận tải tàu hàng Cargo Ship Tàu chuyên ngành tàu công trình Công trình nổi Thượng tầng ở trên buồng máy để dành không gian chứa hàng Tàu chở trên 12 khách SOLAS

Số tín chỉ: 3 Học kỳ II Năm học 2014-2015

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀU THỦY

HIỆU QUẢ KINH TẾ

ĐẢM BẢO

AN TOÀN

TÍNH NỔI

CHỐNG CHÌM TÍNH ỔN ĐỊNH

ĐIỀU KHIỂN LẮC TÀU TỐC ĐỘ

Công trình kỹ thuật phức tạp,

nổi và chạy trên mặt nước

Chủ đề 1 Kiến thức chung về tàu thủy

1.1 Tổng quan về tàu thủy

1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ HÌNH DẠNG VÀ KẾT CẤU

1.2.1.Đặc điểm hình dạng

- Hình dạng quyết định đến tính năng

1.2.2.Đặc điểm kết cấu

Dạng vỏ mỏng gồm hai phần :

- Phần tơn bao bên ngồi

- Phần gia cường bên trong

- Dạng thân trụ rỗng phần giữa, thuơn về hai đầu

VÙNG HOẠT ĐỘNG

Vùng không hạn chế

(Sea going Ship) Vùng hạn chế Vùng đặc biệt

Vùng hoạt động

cách bờ trên 200 hl

Vùng hạn chế I (Vùng xa bờ)

Vùng hạn chế II (Vùng cận hải) Vùng hạn chế III

Do điều kiện làm việc

phức tạp nên yêu cầu

cầu KC tương đối cao

Vùng ven biển, sông hồ, vịnh Cách xa bờ hoặc

nơi trú ẩn cuối cùng dưới 200 hl

Cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn cuối cùng dưới 50 hl

Cách xa bờ hoặc nơi trú ẩn cuối cùng dưới 20 hl

Gồm cả tàu pha sông biển hay tàu pha biển sông 1.3 PHÂN LOẠI TÀU THỦY

1.3.1 Phân loại tàu thủy theo vùng hoạt động

VẬT LIỆU VỎ TÀU

Tàu vỏ kim loại Tàu vỏ phi kim loại

Thép hợp kim và

nhôm

Tàu vỏ gỗ Tàu vỏ nhựa

(Tàu vỏ Composite) Tàu ximăng cốt thép Xuất hiện lâu đời nhất,

có kích thước nhỏ (L < 60 m, D < 500 tấn)

Xuất hiện trên 50 năm, chủ yếu là loại vỏ nhựa cốt sợi thuỷ tinh (FRP)

Vỏ ximăng lưới thép, bêtông cốt thép hoặc dùng bọc vỏ tàu thép

Phổ biến nhất

là thép đóng tàu

Dùng cho đa số tàu

nhất là các loại tàu

cỡ trung và cỡ lớn

Chủ yếu để đánh cá ven biển, vận chuyển tuyến đường ngắn

Tàu cở nhỏ như tàu cá, tàu quân sự, tàu du lịch, xuồng cứu sinh

Tàu kéo chạy sông, tàu khách , sà lan nội địa cầu tàu nổi, ụï nổi … 1.3.2 Phân loại tàu thủy theo vật liệu vỏ tàu

CÔNG DỤNG TÀU

Tàu vận tải (tàu hàng)

(Cargo Ship)

Tàu chuyên ngành (tàu công trình) Công trình nổi

Thượng tầng ở trên

buồng máy để dành

không gian chứa hàng

Tàu chở trên 12 khách (SOLAS)

Chiếm 5% tải trọng đội tàu

Phục vụ cứu hộ và lĩnh vực riêng Yêu cầu cao về

cứu sinh, cứu hoả, chống chìm …

Đánh cá hoặc là

cơ sở chế biến và bảo quản cá

Kết cấu thật vững và máy mạnh để

hđ ở mọi điều kiện

Hoạt động như các tàu cỡ lớn Rất ít di chuyển hoặc di chuyển tốc độ thấp

Xuất hiện sớm nhất,

1.3.3 Phân loại tàu thủy theo cơng dụng tàu

TÀU VẬN TẢI

 Xuất hiện sớm nhất và được gọi bằng tên chung nhất là tàu chở hàng 1.Tàu vận tải (Cargo Ship)

 Đa dạng và phát triển rất nhanh nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải biển

 Thượng tầng thường được bố trí trên buồng máy để dành không gian bố trí các khoang hàng và nơi thao tác bốc dỡ hàng hóa trên tàu

Bố trí nhiều khoang hàng và cần trục điện hay thủy lực để chở nhiều loại hàng

2.Tàu chở hàng tổng hợp hay tàu chở hàng khô (Cargo Ship)

 Chiếm hơn 50% số lượng tàu vận tải

 Sức chở thấp (4.000 đến 10.000 tdw), lớn nhất 20.000 tdw, tốc độ 15 – 18 hl/h

 Các mẫu chở hàng khô từ đơn giản đến hiện đại có đặc trưng là mũi thượng tầng thẳng đứng, đuôi vát Transom (T), bánh lái treo, mũi quả lê

Xuất hiện cuối những năm 60 từ nhóm tàu chở hàng khô để chở các Container

là thùng chở hàng có kích thước cố định, chứa nhiều loại hàng không cần bao gói, đồng thời có thể vận chuyển bằng những phương tiện vận tải khác nhau

(a) Xếp và dỡ Container vào khoang hàng (b) Tàu xếp hai lớp Container trên boong (c) Cầu xếp và sơ đồ xếp hàng từ tàu hỏa hay ôtô lên tàu

Ưu điểm là rút ngắn thời gian xếp dỡ hàng và tận dụng dung tích khoang hàng

nhờ thùng Container tiêu chuẩn 20x8x8 ft và 40x8x8 ft

3.Tàu Container hay tàu chở hàng thùng (Container Ship)

 Sức chở 10.000 đến trên 25.000 tấn, tốc độ 20 - 25 hl/giờ

Chở sà lan không tự hành có sức chở từ 370 đến 850 tdw, ở đó sàlan được đưa lên tàu, chở đến vùng làm việc và thả xuống nước để tàu kéo đưa vào bờ

4.Tàu chở sà lan (Barge Carrier)

Căn cứ cách bố trí phương tiện bốc dỡ để di chuyển sàlan trên tàu, chia thành ba hệ thống chính

- Hệ thống LASH (Lichter Abroad Ship) ra đời sớm nhất và được sử dụng phổ biến hiện nay, trong đó sử dụng hệ thống cần cẩu di động sức nâng 500T cẩu thẳng sà lan chứa hàng từ nước lên, sau đó di chuyển sà lan dọc theo tàu và hạ xuống vị trí quy định (hình 1.7 a)

- Hệ thống Sea Bee hoạt động theo nguyên lý tàu mẹ tự chìm đến các mức nước khác nhau để các sà lan bơi trong lòng tàu để đến nơi chỉ định theo nguyên tắc vào trước ra sau (hình 1.7 b)

- Hệ thống tàu Dock sử dụng cần cẩu đặt cố định ở phía đuôi tàu để nâng hạ những sà lan, còn việc di chuyển dọc tàu đã có các tời dọc (hình 1.7 c)

5.Tàu Ro - Ro (Ro – Ro Ve ssel)

Tàu Ro-Ro bao gồm các loại tàu cho phép bốc dỡ hàng theo phương thức di chuyển ngang, gần giống động tác lăn hàng vào hoặc lăn ra nên có tên tiếng Anh là Roll on Roll off (hình 1.11) Sức chở của các tàu nhóm này thường chênh lệch nhau khá nhiều tùy thuộc vào kích thước tàu, trong đó loại nhỏ có trọng tải khoảng từ 1.000 - 3.000 tdw chạy với tốc độ khoảng từ 13 - 15 hl/h, loại lớn dùng cho giao thông trên biển có trọng tải 15.000 - 20.000 tdw và tốc độ từ 20 - 25 hl/h

6.Tàu chở hàng rời (Bulk Carrier)

Tàu chở hàng rời thường được chuyên nghiệp hóa để vận chuyển các loại hàng rời như quặng, than đá, khoáng sản, vật liệu xây dựng hoặc là các loại hàng rời không thể đóng gói được v v… với sức chở khá lớn, từ 100.000 - 150.000 tấn hoặc hơn và tốc độ khai thác khoảng 14 - 16

hl/giờ Tuy nhóm này được gọi tên chung là tàu chở hàng rời nhưng tùy theo đặc tính hàng

chuyên chở, có thể được phân biệt thành tàu chở hàng rời tổng hợp, tàu chở hàng rời nhẹ, tàu chở hàng nặng Một số tàu kết hợp chở hai, ba loại hàng khác nhau (Combind carrier) và gọi tên theo nhiệm vụ như tàu OO (Ore-Oil ) gồm các tàu có thể chuyên chở quặng lúc đi và chở dầu lúc quay trở về, tàu OBO (Ore-Bulk-Oil) kết hợp chở quặng - hàng rời - dầu mỏ hoặc tàu OSO (Ore- Slurry-Oil) Hình 1.15 là bố trí chung của một tàu chở hàng rời điển hình

7.Tàu chở hàng lỏng

Nhóm các tàu loại này được sử dụng chủ yếu để chuyên chở các loại chất lỏng khác nhau như dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ, dầu thực vật, rượu, khí hóa lỏng, các loại hóa chất v v… Tương ứng loại hàng lỏng chuyên chở, tàu chở hàng lỏng gồm các loại tàu sau

Tàu dầu (Tanker) : các tàu chở sản phẩm dầu chạy sông hay biển được gọi chung là tàu chở dầu Các tàu chở dầu chiếm một tỷ trọng đáng kể, khoảng 3,5% trọng tải của đội tàu biển trên thế giới và thường luôn là các con tàu dẫn đầu về sức chở và kích thước trong nhóm các tàu chở hàng lỏng Sức chở nhóm tàu này rất đa dạng, có tàu nhỏ chở 1.000 tấn nhưng cũng có các tàu dầu khổng lồ đạt sức chở 30.0000 hoặc trên 540.000 tấn đã được đưa vào dùng hàng chục năm nay (hình 1.11)

- Tàu chở khí hóa lỏng (LNG Carrier)

Tàu chở khí hoá lỏng có thể là tàu được dùng để chở khí hóa lỏng (Liquefied Gas Carrier),

tàu chở hoá chất (Chemical carrier) hay các chất lỏng dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm

Khí hóa lỏng bao gồm các khí thiên nhiên LNG (Liquid Nature Gas) và các sản phẩm khí có từ khai thác dầu khí LPG (Liquid Petroleum Gas) như mêtan, propan, butan, amoniac v v… được nén và làm lạnh đến – 161,5 oC để chứa trong bình chịu áp suất khi vận chuyển (hình 1.19 và 1.20)

8 Tàu chở khách (Passenger Vessel)

Theo quy định của Công ước quốc tế về bảo vệ cuộc sống con người đi trên biển (SOLAS) những tàu có trên 12 hành khách đều được xem là tàu chở khách và cũng theo công ước này thì trang thiết bị phục vụ công tác cứu sinh, cứu hỏa, chống chìm v v… đều cao hơn tàu chở hàng Tàu khách có thể là tàu chở người hay chở người cùng hàng gọi là tàu hàng - khách (hình 1.21)

Tùy theo công dụng, có thể phân biệt tàu chở khách thành các nhóm sau

1.Tàu phà (Ferry Car) : tàu phà được sử dụng để chuyên chở người và hàng hóa qua lại trên các tuyến đường ngắn

2.Tàu du lịch : gồm các tàu chở khách trên các tuyến ngắn với số lượng khách không đông lắm khoảng 200 đến 400 khách Trong nhóm tàu này có thể kể cả tàu cánh ngầm, tàu đệm khí v v…

3.Tàu hoạt động trên tuyến cố định (Liner) : thường có kích thước lớn, trang bị tiện nghi đầy đủ, sức chở khá lớn từ 50.000 - 70.000 tấn, lượng khách trên tàu có thể đạt 1.500 đến 2.000 người Hình 1.18 là tàu khách Bremer Vulkan được chế tạo với đầy đủ trang thiết bị như khách sạn nổi

9 Tàu đánh bắt và chế biến cá

Các tàu đánh cá chiếm đến 5% tải trọng của đội tàu trên toàn thế giới và được chia ra hai nhóm 1.Tàu cá (Fishing boat) : gồm các tàu làm nghề đánh cá như tàu lưới kéo, lưới vây, lưới rê … Hình 1.25 là tàu câu cá ngừ đại dương do Trung tâm tàu cá Trường Đại học Nha Trang thiết kết và chế tạo

2.Tàu chế biến : là các tàu làm nhiệm vụ của cơ sở sản xuất chế biến và bảo quản cá trên biển hoặc kiêm luôn chức năng đánh bắt

10 Tàu chuyên ngành

Nhóm tàu chuyên ngành còn được gọi là tàu công trình hoạt động trên biển hoặc trên cảng nhằm mục đích phục vụ công tác cứu hộ hoặc phục vụ cho một số lĩnh vực kỹ thuật riêng biệt Đặc điểm chung của các tàu thuộc nhóm này là cần phải có kết cấu thân tàu thật cứng vững, đồng thời có trang bị động lực mạnh để tàu có thể hoạt động được trong mọi điều kiện thời tiết Hình 1.29 là một trong những dạng tàu công trình hoạt động trên biển

Nhóm các tàu chuyên ngành rất phong phú và đa dạng và gồm nhiều loại tàu khác nhau như : tàu kéo (tug), tàu cứu hộ (salvage vessel), tàu thả phao đảm bảo an toàn hàng hải (buoy

vessel) tàu đặt cáp ngầm (cable layer), tàu hút hay tàu cuốc bùn (dredger) dùng để nạo vét luồng lạch, tàu hoa tiêu (pilot craft), tàu hải quan (custom boat), tàu kiểm ngư (fisheries patrol boat) v v…, tàu chuyên dùng khai thác và phục vụ khai thác dầu khí ở thềm lục địa (Offshore Vessel) như : các tàu cung ứng dịch vụ (supply ship), tàu đặt ống dưới biển (pipe layer), tàu khoan (drill ship), tàu nghiên cứu khí tượng thủy văn và địa chất học trang bị như phòng thí nghiệm nổi trên biển nghiên cứu biển và thời tiết biển, xử lý điều kiện thời tiết, nghiên cứu độ sâu, dòng xoáy … Hình 1.28 là hai tàu chuyên dụng, trong đó hình a là tàu kéo dùng để kéo hay lai dắt các loại tàu bè và hình b là tàu phá băng (Ice Breaker), sử dụng lực ở mũi tàu để phá băng

11.Công trình nổi

Trong thực tế, các công trình nổi hoạt động như một tàu cỡ lớn nhưng điểm khác biệt cơ bản là các công trình nổi rất ít khi di chuyển và nếu có di chuyển thì cũng chỉ chạy với vận tốc rất nhỏ Có thể kể tên một số dạng công trình nổi có kết cấu gần tương tự với kết cấu tàu

1.Giàn khoan bán chìm (semi

submersible) : được chế tạo

nhằm phục vụ việc thăm dò và

khoan khai thác dầu khí, có thể

làm việc tại những vùng biển có

chiều sâu mặt nước lên đến

1.000 m Kết cấu đặc trưng của

các công trình nổi dạng này

thường gồm hai ponton nằm

chìm trong nước đỡ toàn bộ hệ

thống giàn khoan nằm phía trên

bằng các cột chống đặt lên trên

hai ponton này Phần nổi trên

mặt nước của giàn khoan được

bố trí như một tàu công trình

hiện đại, cỡ lớn với phòng sinh

hoạt, thiết bị khai thác, xử lý,

thiết bị nâng hạ, sân bay lên

thẳng v v…

2.Giàn khoan tự nâng (Jack up Self hoặc Elevating Platform) : kết cấu thép với 3, 4 chân có thể trượt trong các lỗ xuyên qua thân giàn, còn thân giàn được bố trí nằm phía trên các chân đế Khi làm việc, giàn tựa lên các chân, còn các chân giàn lại được tựa trên nền đáy biển nâng thân giàn cao dần lên, tách khỏi mặt nước và sau đó đưa thân giàn lên hẳn phía trên mặt nước Khi không làm việc, các chân giàn được rút lên trên cao và giàn nổi như một tàu thông thường thượng tầng chứa thiết bị, máy móc, phòng sinh hoạt, phân xưởng sản xuất, sàn hạ máy bay … Hình 1.30 là hình ảnh bố trí của một giàn khoan tự nâng đang hoạt động

3.Tàu khoan (drillship)

Đội tàu khoan phục vụ công việc khoan thăm dò trên biển hiện nay lên đến trên trăm chiếc Những tàu khoan có hình dáng rất giống các tàu vận tải, ngoại trừ điểm khác biệt là trên tàu có tháp khoan bố trí hệ thống thiết bị khoan thường đặt giữa tàu và vươn lên rất cao khi làm việc Hình 1.31 giới thiệu bố trí chung tàu khoan

4.Cần cẩu nổi (crane barge)

Các cần cẩu nổi dùng trong công nghiệp khai thác dầu khí có kích thước và sức nâng rất lớn, từ vài trăm đến hàng ngàn tấn Hình 1.32 là cần cẩu mang tên SAIPEM có trang bị hai cẩu, mỗi cần cẩu sức nâng 7.000 tấn, móc cẩu phụ chịu được tải trọng 2.400 tấn, bán kính tâm quay khi cẩu hàng nặng lên đến 74 m, bán kính lớn nhất cẩu có thể vươn lên đến 150 m

Ngoài các công trình nổi nói

trên, tại những khu vực khai

thác dầu khí còn bố trí các kho

chứa và cấp dầu không bến

FPSO (Floating Production

Storage and Offloading Unit)

(hình 1.33)

Từ nhóm FPSO còn có một loại tàu chỉ làm nhiệm vụ chứa dầu mà không chế biến dầu (FSO) Hình 1.30 là trạm chứa dầu không bến

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Theo nguyên lý của

CAB (Capture Air Bubble Vehicle)

Hoạt động nhờ lực nâng của cánh

Tàu cánh ngầm (Hydrofoi Craft)

Lực nổi cân bằng

trọng lượng

ACV (Air Cushion Vehicle)

Tàu lướt (Planing Craft)

Tàu hai thân

(Catamaran)

Tàu ba thân (Tritamaran)

1.3.4 Phân loại tàu thủy theo nguyên lý làm việc

1.4.1.Khái niệm

 Đặc điểm hình học, chủ yếu là đặc điểm hình dạng của phần dưới nước và kích thước hình học ảnh hưởng lớn đến tính năng tàu, do đó trước tiên cần ra đặt vấn đề mô tả hình dạng bề mặt vỏ tàu

 Do bề mặt vỏ tàu là mặt cong không gian phức tạp nên thường tìm cách rời rạc hóa bề mặt vỏ và

mô tả lại gần đúng dưới dạng công thức toán hoặc là tập hợp tọa độ các điểm của đường cong

 Bản vẽ đường hình là bản vẽ biểu diễn hình dáng hình học bên ngoài của bề mặt vỏ tàu

 Do hình dáng phần vỏ tàu dưới nước có ảnh hưởng lớn đến tính năng hàng hải của tàu nên bản vẽ đường hình chính là công cụ mô tả, thông tin và tính toán các tính năng hàng hải của tàu

 Tương tự như biểu diễn vật thể hình học bằng phương pháp chiếu, hình dáng bề mặt vỏ tàu cũng được mô tả trên bản vẽ bằng cách chiếu thẳng góc lên các mặt phẳng chiếu cơ bản

 Tuy nhiên, cách làm phổ biến nhất là chiếu bề mặt vỏ tàu lên các mặt phẳng vuông góc nhau

và mô tả dưới dạng các đường cong trên bản vẽ 2D, gọi là bản vẽ đường hình lý thuyết tàu

1.4 BẢN VẼ ĐƯỜNG HÌNH LÝ THUYẾT TÀU

1.4.2.Các mặt phẳng chiếu cơ bản

- Mặt cắt dọc giữa tàu : mặt phẳng thẳng đứng đặt tại vị trí đường tâm dọc giữa tàu,

chia tàu thành hai phần đối xứng là mạn phải và mạn trái

- Mặt cắt ngang giữa tàu : mặt phẳng thẳng đứng, vuông góc với mặt phẳng dọc giữa tàu,

đi qua điểm giữa chiều dài thiết kế, chia tàu thành phần mũi và đuôi

- Mặt phẳng mặt đường nước : mặt phẳng nằm ngang nằm trùng mặt đường nước thiết kế,

chia tàu thành hai phần là phần nổi và phần chìm

Hình 1 : Các mặt phẳng chiếu cơ bản

Mặt cắt dọc giữa tàu Mặt cắt ngang giữa tàu

Mặt phẳng MĐN

1.4.3.Các hệ thống hình chiếu

Do bề mặt vỏ tàu là mặt cong phức tạp nên để mô tả hết hình dáng vỏ tàu phải dùng hệ thống các mặt cắt phụ song song các mặt phẳng chiếu cơ bản, tạo thành ba hệ thống hình chiếu trên bản vẽ đường hình tàu

1.Hệ thống mặt cắt dọc

 Gồm các giao tuyến của bề mặt vỏ tàu với các mặt cắt phụ song song mặt cắt dọc giữa tàu, chủ yếu

để mô tả độ cong dọc bề mặt vỏ tàu, hình dáng mũi, đuôi v v…

2.Hệ thống mặt cắt ngang giữa tàu

 Gồm các giao tuyến của bề mặt vỏ tàu với các mặt cắt phụ song song với mặt cắt ngang giữa tàu, chủ yếu để mô tả hình dáng các sườn ngang, độ cong ngang boong v v…

 Các mặt cắt ngang (còn gọi là sườn ngang) thường được bố trí cách đều với số lượng 11 hoặc 21, phụ thuộc chủ yếu chiều dài tàu và được đánh số theo thứ tự là 0, 1, 2 …, tính từ mũi đến đuôi

 Do tính chất đối xứng nên chỉ biểu diễn nửa mặt cắt ngang, bên trái bố trí các mặt cắt ngang mũi và bên phải bố trí các mặt cắt ngang đuôi

 Do vỏ tàu tại mút mũi và đuôi thay đổi nhiều nên để biểu diễn chính xác sườn khu vực này dùng thêm các mặt cắt giữa các mặt cắt chính và ký hiệu thêm 1/2, ví dụ 1 1/2 (đuôi) hoặc 91/2, 101/2 (mũi)

Theo nguyên tắc chiếu, mỗi điểm trên bề mặt vỏ tàu sẽ được thể hiện trên cả ba hình chiếu nên giữa

ba hệ thống hình chiếu của bản vẽ đường hình lý thuyết tàu phải phải tương ứng phù hợp lẫn nhau Các hình chiếu chỉ thể hiện hình dáng thật của tàu trên các mặt phẳng chiếu song song với chính nó, còn trên hai hình chiếu còn lại sẽ chuyển thành các đường thẳng, tạo thành lưới chữ nhật của bản vẽ

Hình 1.3 : Sự phù hợp của bản vẽ đường hình

CD0

CD I CDI I

0 1/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ĐN0 ĐN2 ĐN4

CD0

CDI

CDII

-425 530 645 933