BÀI tập lớn THIẾT kế tàu

Đây là bài tập lớn chuẩn của môn học thiết kế tàu. Tài liệu bao gồm đầy đủ các quá trình lựa chọn và tính toán các thông số để thiết kế ra một con tàu chuẩn. Bài này thiết kế về tàu hàng 6500T và cũng là bài mẫu để các bạn dựa theo để thiết kế những con tàu khác.

CHƯƠNG I: TUYẾN ĐƯỜNG - TÀU MẪU

I Tuyến đường

1.1 Đặc điểm vùng hoạt động – tuyến đường Hải Phòng - Singapore

Cảng Hải Phòng – Singapore có chiều dài tuyến đường 1295 hải lý thuộc vùng biển Đông Nam Á nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, đặc biệt là mưa rất nhiều, chịu ảnh hưởng của gió mùa và khu vực này nằm trong cùng nhiệt đới và xích đạo Khí hậu vùng này mang đặc điểm tương tự như vùng biển Việt Nam, cụ thể là :

- Từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, càng về Nam thì gió giảm dần không ảnh hưởng đến sự đi lại của tàu thuyền

- Từ tháng 6 đến tháng 9 gió mùa Đông Nam thổi mạnh ảnh hưởng đến tốc độ tàu đồng thời vào mùa này lượng mưa khá lớn, hơn nữa vùng này nhiều bão

Về hải lưu : trên tuyến này cũng chịu ảnh hưởng của hai dòng hải lưu Một dòng từ Bắc chảy xuống và một dòng từ vịnh Thái Lan đi từ Nam lên Bắc sát bờ biển Malaysia qua bờ biển Campuchia tốc độ của dòng chảy nhỏ, ảnh hưởng đến hoạt động của tàu thuyền

Về thủy triều : hầu hết vùng biển Đông Nam Á có chế độ nhật triều, có biên độ dao động tương đối lớn, từ 2-5 m

Về sương mù : Ở vùng biển này vào sáng sớm và chiều tối có nhiều sương mù Số ngày có sương mù lên đến 115 ngày/năm

Từ phân tích và tìm hiểu tuyến đường, ta thấy tàu Âu Lạc Angle được thiết kế hoạt động trong vùng biển không hạn chế Trong quá trình thiết kế, tính toán ổn định ta phải tuân thủ quy phạm phân cấp và đóng tàu biển hiện hành, công ước mới nhất và lưu ý đến những điều luật ở các cảng mà tàu có thể ghé vào trong quá trình khai thác

Các vùng neo tàu của cảng gồm : Ninh Tiếp có độ sâu 7m với 4 vị trí neo, Bạch Đằng có độ sâu 6m với 9 vị trí neo, Hạ Long có độ sâu 10m với 5 vị trí neo, Hòn Gai có độ sâu 9,4m với 4

vị trí neo

Chiều chìm lớn nhất để vào cảng Hải Phòng là 9,2m, nếu tàu có chiều chìm vượt quá 7,6m thì phải neo ở các vùng neo nói trên

Cảng có thể đáp ứng cho các tàu có chiều dài 200m, rộng 26m, chìm 8,6m

Vùng trung tâm cảng có tất cả 11 cầu tàu Với cầu số 1,7 dùng bốc hàng container Cầu số 2

dùng bốc ngũ cốc, quặng, than Cầu số 3,4,5,6,8,9 và 10 dùng bốc hàng tổng hợp Cầu số 11 dùng bốc hàng tổng hợp và hàng đông lạnh

Ngoài ra, cầu số 4,5 còn có vị trí dùng cho tàu khách

Vùng Đoạn Xá có 2 cầu tàu dùng cho tàu Ro – Ro và tàu container

Vùng Chùa Vẽ có 2 cầu tàu dùng cho tàu hàng tổng hợp

Vùng Cửa Cấm có 3 cầu tàu dùng cho tàu hàng tổng hợp

Vùng Thủy Sản có 2 cầu tàu dùng cho tàu cá và tàu hàng tổng hợp

Vùng Vật Cách có 3 cầu tàu dùng cho tàu hàng tổng hợp có trọng tải khoảng 1200T

Cảng có các thiết bị chính phục vụ cho công tác bốc xếp hàng là gồm các tàu kéo có công suất 500, 600, 3200 HP Vùng trung tâm cảng Đoạn Xá, Vật Cách có các cẩu bờ có sức nâng 5,6,7,10 và 25 tấn Vùng trung tâm cảng Đoạn Xá, Chùa Vẽ có các cẩu nổi có sức nâng 60 đến trên 200 tấn

1.1.2 Cảng Singapore

Quốc đảo Singapore 2,6 triệu dân nằm kẹp giữa hai phần lãnh thổ của Malaysia, là nước xanh – sạch, một trong bốn con rồng Châu Á, nằm trên vĩ tuyến và kinh tuyến 01,16N/103,50E Cảng Singapore được coi như một “đĩa quay” tầm cỡ về ngoại thương hàng mấy thế kỷ nay giữa Ấn Độ và Đông Á, giữa Châu Á và Châu Âu bởi lẽ nằm ngay tại rìa phía Nam đảo với 13km chiều dài bến

Cảng nằm ở vĩ độ 1016’ Bắc và 103050’ kinh Đông Singapore án ngữ eo biển Malaca là nơi giao lưu các đường biển đi từ Thái Bình Dương sang Ấn Độ Dương và ngược lại, vì vậy nó trở thành thương cảng lớn thứ hai thế giới

Cảng của quốc gia với 52 hòn đảo này bao gồm 6 cảng nhỏ :

- Keppel Wharves là cảng cũ nhất của Singapore với lượng hàng 8-10 tr.t/năm

- East Lagoon container Terminal nằm ở phía Tây của Keppel Wharves, có 7 bến trên một diện tích 51 ha Trong đó 6 bến cho tàu vượt đại dương, dài 1,9 km

- Telok Ayer Wharves nằm ở phía Đông cảng container, chuyên cho các luồng nội địa ven biển của Singapore, với lượng hàng 1,5 – 2 tr.t/năm

- Sembawang Wharves nằm ở phía Bắc của đảo, chuyên bốc xếp gỗ và sản phẩm gỗ khoảng 2 tr.t/năm

- Pasir Panjang Wharves chiếm lĩnh phía Tây Keppel Đó là phần cảng mở rộng cho thành phố, chuyên làm hàng cho khu công nghiệp, khoảng 5tr.t/năm Tại đây, phương thức vẫn tải LASH được chuyên môn hóa cao

- Jurong port ra đời nhờ thiết lập khu công nghiệp Jurong, lượng hàng cần thông qua 6tr.t/năm

Page 3

Cảng Singapore có đầy đủ trang thiết bị hiện đại đảm bảo xếp dỡ tất cả mọi loại hàng, trong

đó bến Tanjonpagar là bến trung chuyển container lớn nhất thế giới

Cảng có 110.000 m2

kho, có 26 hải lý đường sắt với khả năng lưu thông hơn 22 triệu tấn/năm

và 230.000 m2 bãi Cảng nằm ngay bờ biển nên luồng vào cảng không bị hạn chế, độ sâu luồng

từ 8 m – 16m Khả năng thông qua cảng trên 100 triệu tấn/ năm

Phạm vi áp dụng quy phạm

Sử dụng QCVN 21 : 2010/BGTVT “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép”

Cấp tàu không hạn chế

II Tàu mẫu

Tàu mẫu là tàu:

- Đã được đóng và khai thác

- Cùng loại tàu với tàu thiết kế

- Cùng khu vực khai thác với tàu thiết kế

- Vận tốc và công suất động cơ gần giống với tàu thiết kế

Dựa vào điều kiện trên , tính chọn phù hợp khi thiết kế ta chọn tàu kéo đẩy TL63 làm tàu mẫu với các thông số sau:

1.2 Tàu mẫu

Tàu mẫu là tàu:

Đã được đóng và khai thác

Cùng loại tàu với tàu thiết kế

Cùng khu vực khai thác với tàu thiết kế

Vận tốc và công suất động cơ gần với tàu thiết kế

Trọng tải sức chở gần với tàu thiết kế…

Dựa vào điều kiện vào tính phù hợp khi thiết kế ta chọn tàu hàng 650T làm tàu mẫu với các Thông số như sau:

Chiều dài hai trụ : Lpp = 95 m

Cùng loại tàu với tàu thiết kế

Cùng khu vực khai thác với tàu thiết kế

Vận tốc và công suất động cơ gần với tàu thiết kế

Trọng tải sức chở gần với tàu thiết kế…

Dựa vào điều kiện vào tính phù hợp khi thiết kế ta chọn tàu hàng 650T làm tàu mẫu với các Thông số như sau:

Chiều dài hai trụ : Lpp = 95 m

Với: Tỉ lệ L/B nói lên tính di động của tàu

Tỉ lệ L/D đặc trưng cho tính ổn định và bố trí hệ thống kết cấu

Tỉ lê D/d đặc trưng cho tính ổn định, tăng khả năng chống chìm của tàu

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA TÀU

& XÂY DỰNG TUYẾN HÌNH 2.1 Kích thước chủ yếu:

2.1.1 Xác định sơ bộ lượng chiếm nước:

Lượng chiếm nước sơ bộ của tàu xác định theo công thức:

- DW: trọng tải của tàu

- h: hệ số lợi dụng lượng chiếm nước của tàu (chọn sơ bộ theo tàu mẫu)

Dựa vào công thức hải quân ta có:

9517( )6,0 6,0

Trong đó pv đối với tàu hàng cỡ nhỏ 95-105kG/m2 chọn pv = 95

2.2.2 Trọng lượng thiết bị và hệ thống tàu:

WTB  p LBDTT  47 95 17 9,1 690,7( ) x x x  T

Trong đó pTT đối với tàu hàng cỡ nhỏ 53-47kG/m2 chọn pTT = 47

2.2.3 Trọng lượng thiết bị năng lượng:

Tra catolog máy của hãng Frenchmarine chọn máy Yanmar 6HA2M-HTE Marine Diesel Engine 350hp M-rating, với các thông số sau:

Ta có tổng công suất máy là 2467kw=3546(HP)

800 80 800

52, 46 3546

2.2.5 Trọng lượng tàu không:

Thời gian tàu ở cảng: 1 ngày

Thời gian tàu gặp sự cố

t sự cố =20%(t chutrinh +t ở cảng )=2,35 (ngày)

Vậy tổng thời gian tàu quay còng là:

t=t chutrinh +t ở cảng +t sự cố =10,79+1+2,35=14,14(ngày)

Định biên thuyền viên:

Theo quy định số 47/2015/TT-BGTVT tàu chở hàng trên 500T chạy cấp không hạn chế, suy ra:

THÀNH PHẦN

SỐ LƯỢNG

ĐƠN

VỊ Thuyền

Máy trưởng 1 người

Sĩ quan máy 2 người Thủy thủ

W lt =số thuyền viên * t chu trình *3=24x10,79x3=776,88 (kg)

Tiêu chuẩn lượng lương thực cho mỗi thuyền viên là 3kg/1 người/ 1 ngày

 Trọng lượng nước sinh hoạt:

W sh =số thuyền viên * t chu trình *100=24x10,79x100=25,89 (T)

Tiêu chuẩn nước sinh hoạt cho mỗi thuyền viên là 100kg/1 người/ 1 ngày

Vậy tổng trọng lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm là:

W TL =W tv +W lt +W sh =3,21+0,776+25,89=29,87 (T)

2.2.7 Trọng lượng nhiên liệu, dầu mỡ, nước cấp

Ta có: trọng lượng nhiên liệu:

2.3 Kiểm tra sơ bộ:

2.3.1) Kiểm tra ổn định ban đầu:

- Sau khi tính kích thước chủ yếu của tàu đã được xác định, phải nghiệm lại ổn

định tĩnh của tàu w 0.741 0.533

w+CB 0.741 0.648

C a C



 Chiều cao tâm nổi KB:

KB = a.T = 0,533 x 7,2 = 3,83 m ( theo Telfer trang 407 STKTĐTT1)

2.3.2 )Kiểm tra tính chòng chành ( lắc ngang)

Theo công thức trang 86 sách Lý thuyết thiết kế tàu thủy- Trần Công Nghị ta có:

Chu kì lắc T CB

GM

 =7,16 T> Tmin

Trong đó : C = 0,373+0,023(B/d) - 0,043L/100 (Theo 2.1.5-1 QC VN 21:2010/BGTVT) Suy ra : C = 0,386

Vậy chu kỳ lắc thõa mãn

2.3.3 Kiểm tra mạn khô

Chiều cao mạn khô tại mặt phẳng sườn giữa F = D - d =1900mm

Theo QCVN 21:2010/BGTVT quy định: mọi tàu có chiều dài nhỏ hon 24 m phải được

ấn định mạn khô không được nhỏ hơn chiều cao quy định ở bảng 11/7.4.1 Theo bảng 11/7.4.1,

o Hệ số béo sườn giữa CM = 0,989

o Hệ số béo đường nước CW = 0,896

o Lượng chiếm nước ∆ = 9123,1 T

1 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KỸ THUẬT

I Xây dựng tuyến hình

Việc xây dựng tuyến hình là một bước quan trọng trong việc thiết kế 1 con tàu, tuyến hình tàu ảnh hưởng lớn đến sức cản, và tính kinh tế yêu cầu kỹ thuật của tàu sau khi đưa vào khai thác

1 Hệ số tính chuyển đồng dạng

Hệ số tính chuyển theo chiều dài tàu

1

TK L

TM

L K

TM

B K

TM

D K

sườn ky lái đáy

DN 500

DN 1000

DN 2000

DN 3000

DN 4000

DN 5000

DN 6000

DN 7000

DN 8000

DN 9000

B

CHÍNH

DN 10000

DN 1100

B.D LÁI

B.D MŨI

DN 12000

BE GIÓ

B

CHÍNH

B.GIÓ LÁI

BD MŨI

BE GIÓ

2 Vẽ tuyến hình

II Tính nổi

1 Tính boonjean

Tỉ lệ Boonjean là tập hợp 2 họ đường cong diện tích sườn và moomen

tĩnh của diện tích sườn Diện tích sườn:

II Đường cong thủy lực

Là đồ thị bao gồm các đường cong sau:

Đường cong lượng chiếm nước ∆

Đường cong thể tích chiếm nước của tàu V

Đường cong hoành độ tâm nổi LCB

Đường cong cao độ tâm nổi KB

Đường cong diện tích đường nước Aw

Đường cong hoành độ tâm diện tích đường nước LCF

Đường cong momen quán tính của đường nước đối với trục Ox Ix(z)

Đường cong bán kính tâm nghiêng BMt

Đường cong bán kính tâm chúi BML

Đường cong MTRIM

Các hệ số béo CB, CM, Cw

Áp dụng phương pháp Simpson: coi dạng đường cong của đường nước là đường bậc hai ứng với hai khoảng sườn lý thuyết

Diện tích đường nước Aw= 1081.27 (m2 )

Momen quán tính It = 18649.22 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

Diện tích đường nước Aw= 1171.86 (m 2

) Tâm đường nước LCF= 4.00 (m)

Momen quán tính It = 21603.27 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

2 5.954 0.50 2.98 -3.00 -8.93 -3.00 26.79 211.07 105.53 2,5 7.426 1.00 7.43 -2.50 -18.57 -2.50 46.41 409.51 409.51

8 7.536 0.50 3.77 3.00 11.30 3.00 33.91 427.98 213.99 8,5 5.888 1.00 5.89 3.50 20.61 3.50 72.13 204.13 204.13

9 3.904 0.87 3.41 4.00 13.63 4.00 54.51 59.50 51.92 9,5' 1.742 2.49 4.34 4.62 20.06 4.54 92.71 5.29 13.17 10' 0.62 0.00 5.25 0.00 5.08 0.00 0.00 0.00

Momen quán tính It = 23719.34 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

Momen quán tính It = 25967.30 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

DN5000 Sườn y hệ số c y.c x/d y.c(x/d) x/d y.c(x/d)2 y3 c.y3

Momen quán tính It = 27214.42 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

Momen quán tính It = 29174.32 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

DN 7000 Sườn y hệ số c y.c x/d y.c(x/d) x/d y.c(x/d)2 y3 c.y3

0,5' 4.839 2.73 13.22 -4.68 -61.91 -4.36 289.92 113.31 309.56

1 6.847 0.93 6.39 -4.00 -25.55 -4.00 102.21 321.00 299.49 1,5 7.738 1.00 7.74 -3.50 -27.08 -3.50 94.79 463.33 463.33

Momen quán tính It = 31623.64 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

) Momen quán tính dọc qua tâm đường nước

IL' = IL - LCF².Aw = 7985301.33 (m4)

Momen chúi tàu trên 1m

TRIM = γ.(IL/L) = 86157.31 (Tm/m)

Với γ= 1.025 T/m³

Momen quán tính It = 34086.28 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

) Momen quán tính dọc qua tâm đường nước

IL' = IL - LCF².Aw = 8506521.07 (m4)

Momen chúi tàu trên 1m

TRIM = γ.(IL/L) = 91781.03 (Tm/m)

Với γ= 1.025 T/m³

DN9000Sườn y hệ số c y.c x/d y.c(x/d) x/d y.c(x/d)2 y3 c.y3(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (9)

0,5' 6.479 2.78 17.99 -4.69 -84.45 -4.36 396.45 271.97 755.22

1 8.027 0.94 7.58 -4.00 -30.32 -4.00 121.27 517.20 488.351,5 8.426 1.00 8.43 -3.50 -29.49 -3.50 103.22 598.22 598.22

2 8.5 0.50 4.25 -3.00 -12.75 -3.00 38.25 614.13 307.062,5 8.5 1.00 8.50 -2.50 -21.25 -2.50 53.13 614.13 614.13

8 8.5 0.50 4.25 3.00 12.75 3.00 38.25 614.13 307.068,5 8.029 1.00 8.03 3.50 28.10 3.50 98.36 517.59 517.59

9 6.614 0.81 5.36 4.00 21.43 4.00 85.73 289.33 234.399,5' 4.239 2.24 9.50 4.56 43.31 4.54 197.49 76.17 170.6610' 0 0.56 0.00 5.12 0.00 5.08 0.00 0.00 0.00

156.59-208.01

Momen quán tính It = 36305.26 (m 4

) Momen quán tính qua Oy:

) Momen quán tính dọc qua tâm đường nước

IL' = IL - LCF².Aw = 8913957.30 (m4)

Momen chúi tàu trên 1m

TRIM = γ.(IL/L) = 96177.04 (Tm/m)

Với γ= 1.025 T/m³

Diện tích đường nước Aw= 1792.77 (m 2 )

Tâm đường nước LCF= -3.24 (m)

Momen quán tính It = 37638.22 (m4)

Momen quán tính qua Oy:

) Momen quán tính dọc qua tâm đường nước

III.TÍNH TOÁN MẠN KHÔ

Xác định chiều dài tính toán:

- Theo định nghĩa trang 140 , TCVN 21:2010, cuốn số 7: “ Chiều dài L của tàu

là 96% cùa chiều dài tàu nằm trên đường nước tai 85% chiều cao mạn thiết kế nhỏ nhất, hoặc là chiều dài đo từ mặt trước của sống mũi đến đường tâm trục

bánh lái trên đường nước đó, lấy giá trị nào lớn hơn”

Ltt = max(Lpp, 96% L0,85H) = 98,05 m

Kích thước chủ yếu xác định theo mạn khô

Chiều dài đường nước ở 0.85D L0.85D 102.1m

96% chiều dài đường nước ở

Mớn nước tính toán ở 0.85D d0 7.7m

Chiều cao mạn tính toán D 9.1m

Chiều dài tính mạn khô Lf 98.05m

Tính toán mạn khô theo quy phạm mạn khô:

- Theo quy phạm “Phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 21:2010” Mạn khô tối thiểu được cho ở bảng 11/4.1.3-2

- Ta có L= 95 m

 Suy ra mạn khô tối thiểu Fb= 1172 mm

Độ cong dọc boong

Tung độ (mm)Hệ số TÍCHĐường vuông góc đuôi 25(L/3+10) 1 1475.6L/6 cách đường vuông góc đuôi11,1(L/3+10) 3 1965.5L/3cách đường vuông góc đuôi2,8(L/3+10) 3 495.8

Vị tríPhần đuôi

Hiệu chỉnh theo chiều cao mạn

- Nếu D lớn hơn L/15 thì mạn khô phải tăng thêm một lượng (D –L/15).R,

trong đó R=L/0,48 nếu chiều dài nhỏ hơn 120m và 250 nếu chiều dàu lớn hơn

Hiệu chỉnh theo thượng tầng

- Theo (4.4.2) mạn khô của tàu kiểu “B” có chiều dài từ 24m đến 100m có

thượng tầng kín với chiều dài hiệu dụng nhỏ hơn 35% chiều dài tàu phải được

tăng lên một lượng như sau, tính bằng mm

IV BỐ TRÍ CHUNG

VI TÍNH ỔN ĐINH

Các trạng thái tính toán

1 100% hàng, 100% dự trữ

2 Tàu 100% hàng , 10% dự trữ

3 Tàu không 10 %dự trữ, nước dằn

4 Tàu không 100% dự trữ Nước dằn

1 Tính khối lượng và trọng tâm tàu

Trọng lượng tàu không

19 Bán kính ổn định ngang BMT m #REF! 6.75 #REF! 6.75

20 Chiều cao tâm ổn định Zm m #REF! 7.29 #REF! 8.45

21 S mh T.m 13.72 13.72 13.72 13.72

22 Hiệu chỉnh mặt thoáng d h o m 0.00 0.00 0.00 0.00

Đơn vị

Thể tích chiếm nước Mớn nước trung bình Hoành độ tâm nổi Chiều cao tâm nổi

3 Cân bằng dọc và chiều cao ổn định ban đầu

TT Đại lượng Ký hiệu

21.19 20.96

Hoành độ tâm diện tích đường nước LCF m -0.15 0.03

Hoành độ trọng tâm Chiều cao trọng tâm

287.96

Gia số mớn nước lái Mớn nước lái

Moomen quán tính mặt thoáng

Chiều cao tâm ổn định ban đầu GM 0

Mô men chúi 1 m

Mô men chúi tàu

Độ chúi Góc chúi Gia số mớn nước mũi Mớn nước mũi

Bán kính tâm nghiêng dọc 10

Hoành độ tâm diện tích đường

Chiều cao tâm nghiêng

STT Đại lượng tính toán Ký hiệu Đơn vị Trạng thái tính toán

Lượng chiếm nước