Dồ an thiết kế tàu môn kỹ thuật tàu thủy

Chương 7 ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN7.1 Các trạng thái tính Cần phải kiểm tra ổn định của tàu ở mọi trạng thái tải trọng tiêu chuẩn được quy định tại mục 1.3.2 , Phần 7... 7.3 Ổn định theo tiêu c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀU THỦY

THIẾT KẾ TÀU

GVHD: Trần Văn Tạo Sinh viên thực hiện: Thượng Công Lập

MỤC LỤC

Chương 1 NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ 4

Chương 2 GIỚI THIỆU CHUNG 4

2.1 Cảng Sài Gòn 4

2.2 Cảng Cần Thơ 4

2.3 Tuyến đường Sài Gòn - Cần Thơ 4

2.4 Thời gian hoạt động 5

Chương 3 THIẾT KẾ SƠ BỘ 5

3.1 Thông số tàu mẫu 5

3.2 Trọng lượng vỏ tàu P1 6

3.3 Trọng lượng trang thiết bị tàu P2 6

3.4 Trọng lượng buồng máy P3 6

3.5 Trọng lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước ngọt P4 7

3.6 Trọng lượng hàng hóa P5 7

3.7 Trọng lượng nhiên liệu, dầu mỡ, nước cấp P6 7

3.8 Phương trình trọng lượng 8

3.9 Ước tính trọng lượng 10

Chương 4 THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH 12

Chương 5 SỨC CẢN VÀ CÔNG SUẤT MÁY CHÍNH 12

5.1 Sức cản 12

5.1.1 Sức cản ma sát của tàu 13

5.1.2 Sức cản phần phụ 13

5.1.3 Sức cản sóng 14

5.1.4 Sức cản phần đuôi ngập nước 15

5.1.5Sức cản tương quan mô hình và tàu thật 16

5.2 Công suất máy 17

Chương 6 BỐ TRÍ CHUNG 19

6.1 Yêu cầu 19

6.2 Phân khoang 19

6.3 Bố trí 20

Chương 7 ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN 20

7.1 Các trạng thái tính 20

7.2 Cân bằng dọc và ổn định ban đầu 22

7.3 Ổn định theo tiêu chuẩn cơ bản 23

7.3.1 Moment nghiêng bởi gió 23

7.3.2 Biên độ lắc ngang 26

7.3.3 Moment cho phép tới hạn 28

7.4 Nhận xét 29

7.4.1 Ổn định ban đầu: 29

7.4.2 Ổn định theo tiêu chuẩn cơ bản 29

Chương 8 KẾT CẤU TÀU 29

8.1 Chiều dày kết cấu tôn tàu 29

8.2 Vùng giữa tàu 31

8.2.1 Kết cấu đáy đơn 31

8.2.2 Kết cấu mạn 32

8.2.3 Kết cấu boong 33

8.3 Vách kín nước 35

8.3.1 Nẹp đứng vách 35

8.3.2 Sống đứng vách 36

8.3.3 Sống nằm 36

8.4 Buồng máy 36

8.5 Kết cấu vùng mũi, vùng đuôi tàu 37

8.6 Kết cấu khác 37

8.7 Module chống uốn của cơ cấu 38

8.7.1 Cơ cấu chữ T có mép kèm, không khoét lỗ 38

8.7.2 Cơ cấu chữ L có mép kèm 40

8.7.3 Cơ cấu chữ T có mép kèm, có lỗ khoét 41

8.8 Bảng tổng hợp quy cách mối hàn 42

Tài liệu tham khảo 44

Chương 1 NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ

Thiết kế tàu hàng với các yêu cầu như sau:

1 Trọng tải 400 tấn

2 Vận tốc khai thác 18 km/h

3 Kết cấu vỏ thép

4 Vùng hoạt động: TPHCM – Cần Thơ, phân cấp tàu sông SI

5 Số lượng thuyền viên: 4 người

2.3 Tuyến đường Sài Gòn - Cần Thơ

Dài khoảng 149 km, quy hoạch cấp II Gồm các đoạn: sông Cần Giuộc – kênh NướcMặn – sông Vàm Cỏ – rạch Lá – kênh Chợ Gạo – rạch Kỳ Hôn – sông Tiền

2.4 Thời gian hoạt động

Thời gian hoạt động liên tục 24 giờ

3.1 Thông số tàu mẫu

CUMMINS

CUMMINS

thuật đóng tàu thủy” , hệ số khối lượng máy diesel kèm hộp giảm tốc p3=0,07÷ 0,15 t / HP

P tv: trọng lượng thuyền viên

Số thuyền viên 4 người

Trọng lượng trung bình một người cùng vật dụng mang theo là 100 kg

P nước ngọt: trọng lượng nước ngọt

Nước ngọt cần cho sinh hoạt mỗi thuyền viên là 100 kg mỗi ngày đêm.Thời gian hoạt động liên tục là 1 ngày

3.7 Trọng lượng nhiên liệu, dầu mỡ, nước cấp P 6

P6=P nhiênliệu+P bôi trơn+P nước làm mát[t ]

P nhiênliệu=k M t p NL P E

k M :hệ số an toàn, chọn k M=1,2

t :thời gian hoạt động , t=24 giờ

p NL : suất tiêu hao nhiênliệu , động cơ diesel chọn p NL=0,19.10−3t/ HP h

P E=(γ C B L

B .

T

B)23 B2 v3CE

P nhiênliệu=1,2 24 0,19.10−3.(γ C B L

B .

T

B)23 B2 v3CE

P nhiênliệu=5,472.10−3.(γ C B L

B .

T

B)23 B2 v3CE

P bôi trơn :trọnglượng dầu bôitrơn

P bôi trơn=( 0,015÷ 0,060) Pnhiênliệu

Chọn P bôi trơn=0,05 Pnhiên liệu

3.8 Phương trình trọng lượng

D=γ C B L B T =P1+P2+P3+P4+P5+P6

CE – hệ số hải quân, theo “ Sổ tay kỹ thuật tàu thủy tập 1”, chọn CE=30

l=L/ B=(4,2÷ 5,3)- theo bảng tàu mẫu, chọn l=5

b=B/T =(3,0÷ 3,68 )- theo bảng tàu mẫu, chọn b=3,1 h=H /T =(1,13÷ 1,14 )- theo bảng tàu mẫu, chọn h=1,13

Trọng lượng dầu bôi trơn và nước làm mát

P bôi trơn+P làmmát=0,1 Pnhiênliệu=0,15[t ]

Chương 4 THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH

Thiết kế đường hình tàu theo tàu mẫu, giữ nguyên các hệ số đầy thân tàu, thay đổi các tỷ lệ kích thước, đồng thời tuân thủ các hệ số đồng dạng

Chiều dài λ L=L/ L o, chiều rộng λ B=B /B o, chiều chìm λ T=T /T o

5.1 Yêu cầu

Bố trí chung tàu đảm bảo những nguyên tắc cơ bản sau đây:

- Dung tích các khoang có đủ hay không

- Ảnh hưởng bố trí các khoang đối với nghiêng dọc, nghiêng ngang và chiều cao trọng tâm tàu

- Đảm bảo điều kiện làm việc thuận lợi

- Thuận lợi cho việc dằn tàu và điều chỉnh trạng thái cân bằng

- Lối đi lại dễ dàng và an toàn

- Thiết bị lắp đặt hợp lý, thao tác dễ dàng và an toàn

- Sinh hoạt thoải mái

- Hình dạng bắt mắt giảm sức cản và hợp lý thiết bị bố trí

5.2 Phân khoang

Từ sườn 0 đến sườn số 6, bố trí két dằn, trục lái

Từ sườn 6 đến sườn 15, buồng máy tàu bố trí động cơ chính, két dầu từ sườn 6 đến sườn 9 nằm trong buồng máy

Từ sườn 15 đến sườn 39: khoang chứa hàng.

Từ sườn 39 đến sườn 63: khoang chứa hàng

Từ sườn 63 đến sườn 74: khoang mũi, bố trí hầm chứa xích từ sườn 66 đến sườn 68

Theo chiều rộng, bố trí 2 vách phân khoang ở khoang lái để bố trí két dằn

R F: sức cản ma sát tấm phẳng tính theo công thức ITTC 1957

/∇<1727

0 khi L3

/∇>1727 d=−0.9

i E : góc vào mũi tàu vào nước

A BT : diện tích mặt cắt ngang mũi quả lê tại đường vuông góc mũi

h B: chiều cao tâm diện tích mặt cắt ngang mũi quả lê so với đường chuẩn6.1.4 Sức cản phần đuôi ngập nước

R TR=0.5 ρS V2A T c6

F nT : hệ số Froude phụ thuộc chiều chìm lái

2513.00

3094.96

3699.48

6.2 Công suất máy

Công suất sơ bộ tại vận tốc khai thác

P E=R total v

P E=3094.96 x 5

Chọn máy chính diesel thủy hiệu Cummins NT855-M270 công suất 270 HP để đảm

bảo tàu có thể chạy vận tốc lớn hơn vận tốc khai thác trong thời gian ngắn

Chương 7 ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN

7.1 Các trạng thái tính

Cần phải kiểm tra ổn định của tàu ở mọi trạng thái tải trọng tiêu chuẩn được quy định tại mục 1.3.2 , Phần 7 Từ đó ta xây dựng được 3 bảng trạng thái ứng với từng trường hợp tải trọng như sau:

Trạng thái 1: tàu có 100% hàng, 100% dự trữ và nhiên liệu

7.2 Cân bằng dọc và ổn định ban đầu

7.3 Ổn định theo tiêu chuẩn cơ bản

Theo tiêu chuẩn cơ bản, các tàu được coi là đủ ổn định nếu khi hoạt động trên nước lặng hoặc trên sóng (xác định theo cấp tàu) tàu chịu được tác dụng động của gió, thỏa mãn điều kiện:

M chp/M ng ≥ 1

Trong đó:

Mchp - moment cho phép giới hạn, kN.m

7.3.1 Moment nghiêng bởi gió

Theo mục 2.2.1, phần 7, tài liệu [1] Moment nghiêng động tác dụng lên tàu, kN.m, được xác định theo công thức:

Trong đó:

1/ Diện tích mặt hứng gió - A, m2

Diện tích mặt hứng gió của từng trạng thái được tính ở các bảng sau:

Z=Z T+a1a2d

Trong đó:

ZT - Khoảng cách thẳng đứng từ tâm của diện tích hứng gió tới mặt phẳng cơ bản của tàu a1 - Hệ số ảnh hưởng của lực cản nước do nghiêng ngang xem 2.2.4 tài liệu [1];

a2 - Hệ số ảnh hưởng của lực quán tính tới cánh tay đòn nghiêng Z xem 2.2.4 tài liệu [1];

d - Chiều chìm trung bình của tàu tương ứng với đường nước đang xét, m

3/ Áp suất gió giật – P, Pa lấy theo Bảng 7/2.2-1, tài liệu [1], phụ thuộc vào vùng hoạt động và chiều cao tâm hứng gió ZT, m

Bảng tính moment nghiêng bởi gió ở ba trạng thái

STT Tên gọi Ký hiệu Trạng thái 1 Trạng thái 2 Trạng thái 3

tàu /chiều rộng

8 Hệ số ảnh hưởng của lựccản nước do nghiêng

ngang

7.3.2 Biên độ lắc ngang

Tính toán theo mục 2.3, phần 7 tài liệu [1]

Đối với tàu hông bẻ góc và tàu guồng, biên độ lắc tính toán θm tương ứng được lấybằng 0,75 và 0,80 của trị số cho trong Bảng 7/2.3, tài liệu [1] phụ thuộc vào trị số m, 1/s, được xác định theo công thức:

m=m1m2m3

Trong đó

1/ Hệ số m1, 1/s, đặc trưng cho tần số của dao động bản thân của tàu trên nước lặng

được xác định theo công thức m1= m0

√h0

trong đó:

ho - chiều cao tâm nghiêng, m, ứng với tải trọng đang xét nhưng không tính ảnh

hưởng mặt thoáng của hàng lỏng;

mo - trị số lấy theo Bảng 7/2.4 phụ thuộc vào trị số:

n1= h o B

Z g

3

√V

B - chiều rộng của tàu tại đường nước đang xét, m.

2/ Hệ số m2, m3 - hệ số không thứ nguyên, xét tới ảnh hưởng của hình dáng thân tàuđối với biên độ lắc ngang lấy theo Bảng 7/2.5 và Bảng 7/2.6 tài liệu [1]

7.3.3 Moment cho phép tới hạn

Moment cho phép tới hạn được xác định theo góc nghiêng cho phép tới hạn Góc nghiêng đó được lấy bằng góc lật θl, độ, hoặc góc vào nước θv, độ, khi tàu chịu tác dụng động của gió, lấy góc nào có trị số nhỏ hơn

Trạng thái 2

Trạng thái 3

7.4 Nhận xét

7.4.1 Ổn định ban đầu:

- Trạng thái 1: tàu có 100% hàng, 100% dự trữ và nhiên liệu Tàu chúi mũi, mớn nước mũi 2,401 m , mớn nước lái 2,399 m Bố trí trang thiết bị lui về phía lái để tàu không chúi mũi

- Trạng thái 2: tàu không hàng,10% dự trữ và nhiên liệu, có dằn Tàu chúi mũi, mớnnước mũi 1,078 m , mớn nước lái 1,063 m Tăng lượng nước dằn ở phía đuôi tàu để tăng mớn nước lái

- Trạng thái 3: tàu không hàng,10% dự trữ và nhiên liệu, không dằn Tàu chúi mũi, mớn nước mũi 0,668 m , mớn nước lái 0,664 m Mớn nước thấp 0.666m làm chân vịt vượt ra khỏi mặt nước, cần bố trí dằn tàu

7.4.2 Ổn định theo tiêu chuẩn cơ bản

- Trạng thái 1: tàu ổn định với hệ số an toàn bằng 11.64

- Trạng thái 2: tàu ổn định với hệ số an toàn bằng 13.49

- Trạng thái 3: tàu ổn định với hệ số an toàn bằng 10.35

8.1 Chiều dày kết cấu tôn tàu

Chiều dày của các kết cấu thân tàu không được nhỏ hơn trị số tmin, tính theo

Bảng 2A/2.4.1-3, tài liệu [1]

thiểu theo quy

Chọn chiềudày tấm

9

Tôn boong ở vùng đuôi, vùng mũi, ở vùng

giữa các thành dọc miệng khoang, boong

thượng tầng đuôi và thượng tầng (không tham

gia uốn chung thân tàu) thuộc các vùng lộ

thiên; tôn boong thượng tầng mũi

11

Tôn đáy trên của tàu chở hàng khô dưới miệng

khoang trong khu vực khoang hàng nếu xếp dỡ

bằng gầu ngoạm và tôn boong của tàu chở

hàng trên boong ở khu vực chở hàng

12 Tôn vách kín nước và mạn trong (trừ cáctrường hợp nêu ở các mục từ 13 đến 15) 3.28 5

14 Tôn vách kín nước (trừ dải dưới) ở khuvực khoang hàng của tàu hàng khô 3.91 5

Cơ cấu dạng tấm và bản thành của cơ cấu khoẻ

của boong chở hàng tàu chở hàng trên boong

và cơ cấu đáy trên trong khu vực khoang hàng

của tàu hàng khô khi xếp dỡ bằng gầu ngoạm

21

Tấm thành quây miệng buồng máy và tấm cửa

lùa của buồng máy, vách biên thượng tầng

k1, k2 hệ số được xác định theo Bảng 2A/2.4.2-1 và 2A/2.4.2-2 tài liệu [1]

d1 khoảng cách giữa các đà ngang, (m);

B1 khoảng cách lớn nhất của các vách dọc (dàn dọc) hoặc từ vách dọc (dàn

dọc) đến mạn, m;

d chiều chìm lớn nhất của tàu tại tiết diện đang xét, m;

r nửa chiều cao sóng tính toán, m, theo Bảng 2A/1.2 tài liệu [1]

về phía mũi và đuôi tàu

Khoảng cách từ giữa tàu đến mạn la 3,65m Bố trí 1 sống chính ở mặt phẳng dọc tâmtàu, 2 sống phụ cách mặt phẳng dọc tâm tàu 1,5 mm, 2 sống phụ cách mặt phẳng dọc tâm tàu 2,4 mm

Module chống uốn của sống đáy không được nhỏ hơn mô đun chống uốn của đà ngang

trong đó:

k - hệ số bằng:

D1 = 2,6 m – chiều cao mạn tại tiết diện đang xét

d1 = 1,5 m – khoảng cách sườn khỏe

trong đó:

k0 - hệ số bằng:

5,50 - đối với xà ngang thường của tàu hoạt động ở vùng SI và SB;

11,0 - đối với xà ngang khỏe của tàu hoạt động ở vùng SI và SB;

k1 hệ số bằng:

1 - đối với xà ngang thường và xà ngang cụt thường;

Đối với xà ngang khỏe lấy theo Bảng 2A/2.4.2-1 tài liệu [1], trong đó thay từ

“sống đáy” bằng “sống boong”.

k2 hệ số bằng:

1 - đối với xà ngang thường và xà ngang cụt thường;

Đối với xà ngang khoẻ lấy theo Bảng 2A/2.4.2-2, trong đó thay từ “đà

ngang” bằng “xà ngang”.

d là khoảng sườn nếu tính đối với xà ngang thường và là khoảng cách giữa các xà ngang khỏe nếu tính đối với xà ngang khỏe, m;

B1 trị số lấy bằng khoảng cách lớn nhất, m, trong các khoảng cách sau đây:

Với xà ngang khỏe: khoảng cách các vách dọc hoặc dàn dọc; khoảng cách từ mạn đến vách dọc hoặc dàn dọc; khoảng cách từ mạn đến mạn (nếu không có vách dọc, dàn dọc);

Với xà ngang thường: khoảng cách từ sống boong đến vách dọc (dàn dọc), khoảng cách từ sống boong đến mạn.

Xà ngang boong thường

Các cơ cấu đáy, mạn và boong phải thỏa mãn các quy định từ 2.4.2-1 đến 2.4.5- 15

và kích thước của chúng phải không được nhỏ hơn kích thước yêu cầu tương ứng của các

cơ cấu vùng giữa tàu nhưng không áp dụng các yêu cầu bổ sung do bốc xếp hàng bằnggầu ngoạm

Bệ máy phải có tấm thành và tấm mép, chiều dày tấm thành và tấm mép, mm, đượctính theo công thức:

Ne = 270 HP = 201,33 kW - công suất định mức của máy chính,

h=0,2[m]- chiều cao tấm thành bệ máy

Kích thước tiết diện sống đáy lấy theo kích thước tiết diện đà ngang

Module chống uốn của sườn thường và sườn khỏe lớn hơn vùng giữa tàu 25%

Sống mạn lấy theo kích thước sống mạn ở vùng giữa tàu

tiết diện ngang, mm, không nhỏ hơn trị số tính theo công thức:

Chiều rộng (tính theo chiều ngang tàu)

t=16+ 0.25 L+0.8 D2=12+0,25∗36,5+0.8∗2,62=30,5 mm

Chiều dài (tính theo chiều ngang tàu)

a=65+1,5 L=65+1,5 x 36,5=119,75mm

8.7 Module chống uốn của cơ cấu

8.7.1 Cơ cấu chữ T có mép kèm, không khoét lỗ

Trọng tâm của cơ cấu : y G=∑ M x

8.7.3 Cơ cấu chữ T có mép kèm, có lỗ khoét

TT Tên gọi thước Kích cm A 2

A Kết cấu đáy

B Kết cấu mạn

4 Tấm thành của sườn khỏe, của sống mạn hàn vớitấm vỏ và tấm mép của chúng 4 4-75/150

C Kết cấu boong và sàn

9

Tấm thành của sống boong hàn với tấm thành xà

ngang khỏe và với vách, tấm thành sườn khỏe

D Kết cấu vách

Vách hàn với tôn vỏ, tôn boong Tấm thành của

cơ cấu khỏe vách hàn với nhau và hàn với các cơ

E Kết cấu boong sàn và thượng tầng

15 Cơ cấu của thượng tầng và của lầu hàn với vách thượng tầng và vách lầu 4 4-75/150

Tài liệu tham khảo

[1] QCVN 72: 2013/BGTVT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy phạm phân cấp và đóng phương tiện thủy nội địa

[2] Trần Công Nghị - “Thiết kế tàu thủy”

[3] Trần Công Nghị - “Sổ tay thiết kế tàu thủy”

[4] Trần Công Nghị - “Lý thuyết tàu” tập 1

[4] Lê Hồng Bang – “Bố trí chung va kiến trúc tàu thủy”

[5] Nguyễn Đức Ân – “ Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy”

[6] J.Holtrop – “An approximate power prediction method”

Bảng tính hydrostatic

ST

10 độ

1.913 1.791 1.382 1.088 0.897 0.773 0.696 0.645 0.612 0.589 0.544

0.457

40 độ

1.158

45 độ

2.745 2.652 2.633 2.531 2.381 2.226 2.068 1.908 1.745 1.577 1.405

1.239

80 độ

1.509

85 độ 1.773 1.739 1.731 1.709 1.681 1.65 1.616 1.586 1.561 1.54 1.52 1.501

90 độ 1.97 1.535 1.524 1.518 1.511 1.501 1.489 1.479 1.476 1.476 1.478 1.481