TÍNH TOÁN THIẾT kế tàu KHÁCH HÀNG

Đây là bài mẫu về tính toán và thiết kế tàu khách hàng. Tài liệu dành cho các bạn sinh viên đang làm đồ án hay luận văn về thiết kế tàu thủy ( chủ đề thiết kế cho tàu khách hàng).Đây là bài mẫu về tính toán và thiết kế tàu khách hàng. Tài liệu dành cho các bạn sinh viên đang làm đồ án hay luận văn về thiết kế tàu thủy ( chủ đề thiết kế cho tàu khách hàng).

Page 1

TuyÕn ®-êng - Tµu mÉu

Page 2

Tuyến đ-ờng tàu mẫu

Tuyến đ-ờng Sài Gòn Cần Thơ dài 196 km Từ Cảng Sài Gòn đến Cần Thơ đi qua sông Soài Dạp ra cửa biển và chạy dọc theo bờ biển tới của sông Hậu Giang và

từ đó theo sông Hậu Giang tới Cảng Cần Thơ

1- Cảng Sài Gòn

- Cảng Sài gòn nằm ở hữu ngạn sông Sài Gòn có vĩ độ 10 048' Bắc và 106042' kinh độ Đông

- Cảng nằm trên phạm vi dọc bờ dài hơn 2 km cách bờ biển 80 km

- Khu vực Cảng Sài Gòn có chế độ bán nhật triều, biên độ giao động của mực n-ớc triều lớn nhất là 3,98 m, l-u tốc dòng chảy là 1m/s

- Từ Cảng Sài Gòn ra biển có 2 đ-ờng sông:

+ Theo sông Sài Gòn ra vịnh Gành Ráy qua sông Lòng Tảo, sông Nhà Bè và sông Sài Gòn Những tàu có mớn n-ớc khoảng 9 m và chiều dài khoảng 210 m đi lại

dễ dàng theo đ-ờng này

+ Theo sông Soài Dạp đ-ờng này dài 102 km với tàu có mớn n-ớc không quá quá 6,5 m đi lại thuận tiện

2- Cảng Cần Thơ

- Cảng Cần Thơ nằm ở hữu ngạn sông Hậu Giang có toạ độ 9036' vĩ độ Bắc,

105014' kinh độ Đông Sông Hậu Giang là 1 nhánh sông lớn thuộc sông MêKông

- Khu vực Cảng Cần Thơ có chế độ bán nhật triều biên độ giao động của n-ớc triều lớn nhất là 3,15 m, l-u tốc dòng chảy 1,5  2,8 m/s Vào mùa lũ tốc độ dòng chảy có thể lên tới 5  8 m/s

- Cảng Cần Thơ nằm dọc bờ sông Hậu Giang dài 230 m chiều sâu của luồng

đảm bảo cho tàu có mớn n-ớc khoảng 5,3 m và có thể đi lại thuận tiện

3- Khí hậu

- khu vực này đ-ợc chia làm 2 mùa rõ rệt mùa m-a và mùa khô, mùa m-a bắt

đầu từ tháng 5 và kết thúc vào tháng 11 l-ợng m-a trung bình 150 250 mm/ tháng, mỗi tháng có khoảng 18  19 ngày m-a Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau

- Khu vực này chịu ảnh h-ởng lớn của n-ớc lũ, vào mùa này mực n-ớc dâng lên rất cao đồng thời tốc độ dòng chảy lớn ảnh h-ởng đến tốc độ tàu

Page 4

KÝch th-íc chñ yÕu

- Việc tính toán kích th-ớc sơ bộ của tàu phụ thuộc vào 2 điều kiện sau:

+ Đảm bảo diện tích mặt boong cần thiết để bố trí đủ số ghế cho khách, diện tích bố trí lối đi hành lang, nhà bếp, nhà vệ sinh, diện tích miệng hầm máy

+ Sức cản d- của tàu là nhỏ nhất (sức cản sóng)

a Điều kiện 1: (đảm bảo diện tích)

Sơ đồ bố trí chung

*Ghi chú: 1.Miệng hầm máy

2.Nhà tắm, nàh vệ sinh 3.Cầu tahng xuống phòng ở thuyền viên (d-ới boong chính) 4.Ghế ngồi dành cho hành khách

5.Lối đi 6.Hành lang boong chính 7.Cầu thanh lên buồng lái và boong tầng 2 8.Nhà bếp

9.Căng tin

Page 6

Theo thống kê diện tích tối thiểu dành cho 1 hành khách trên tàu khách sống loại 3 là: 0,33 m2/ng-ời

Theo tính toán thiết kế là: 0,36 m2/ng-ời

b Điều kiện 2: (sức cản sóng của tàu là nhỏ nhất)

Dựa theo thống kê tàu mẫu ta chọn:

T B

L

= 2  a bB3K

 BK =

3 / 1

*Dựa vào kích th-ớc trên ta đi xác định khoảng cách c của tàu đảm bảo sức cản sóng

là nhỏ nhất và đảm bảo độ rộng mặt boong cũng nh- sức bền cầu nối

.V g

Page 7

ST

T

§¹i l-îng tÝnh

Page 8

3 Lựa chọn chiều cao mạn:

Chiều cao mạn phải thoả mãn giá trị tới hạn để thoả mãn các yêu cầu về mạn khô do Đăng kiểm qui định và thoả mãn điều kiện khi tàu chịu tác động của tổ hợp sóng tự nhiên và sóng tàu không va đập vào gầm cầu nối

Chiều cao mạn đ-ợc tính theo công thức sau :

Các kích th-ớc chủ yếu của tàu :

Chiều dài tàu : LL = 42 m

Page 10

2.2- Hệ số dòng hút mỗi thân tàu :

 = a.1 = 0.086

 - hệ số dòng hút một thân độc lập a- hệ số hiệu chỉnh : a = 0.93  0.97

DSb = 0.7T = 1,19 m

2.5 - Vận tốc dòng n-ớc chẩy tới chân vịt :

vP = v (1-) = 7,49 m/s

v = 8,25 m/s 2.6- Lực đẩy có ích của mỗi chân vịt:

P =

)1(

K'D P.  = 1,72

 = 104 kg S2/m4 : D = 1,19 m; vP = 7,49 m/s, P = 2708,4 kg  K'd < 2: chọn z = 4

' ( 375

4 3 / 2 max



P m Z

D

C



C’ = 0.055 (vật liệu là hợp kim đồng)

m’ = 1.15 (phụ thuộc loại tàu)

max= 0,09 ( chiều dày t-ơng đối lớn nhất tại tiết diện ( 0.6  0.7)R

7 K1= 2 4

D n

v

Pe

12 Ne=

b dt P

N



 85 ,

* Chọn động cơ :

Mác : GM 281A

II NghiÖm s¬ bé c¸c b-íc thiÕt kÕ ban ®Çu :

1- NghiÖm l¹i l-îng chiÕm n-íc :

b Träng l-îng vá cña cÇu nèi: PCN = CN.FCN = 19,9 (T)

FCN – diÖn tÝch cña cÇu nèi : FCN = L.(B+C) - .B = 221,3 ( m2)

2.1- HiÖu chØnh chiÒu cao m¹n kh«

a Theo chiÒu dµi tµu

Chiều cao mạn khô tối thiểu là :Fmin = FP + F5 + F5 + F2 = 623,15 (mm)

Vậy tàu thoả mãn chiều cao mạn khô

3- Kiểm tra ổn định ban đầu:

Chiều cao tâm nghiêng ban đầu đ-ợc xác định theo công thức :

i v

292 , 0 72 ,

V0 : thể tích ngâm n-ớc của hai thân tàu

S : diện tích đ-ờng n-ớc thiết kế của một thân tàu: 97,1 (m2)

 = 0,731  = 0,476 T = 1,4 m H = 3,5 m BK = 3,22 m

C = 4,42 m V = 107,32 m3

h : Trị số giảm chiều cao ốn định ban đầu do ảnh h-ởng của mặt n-ớc tự do

có trong thân tàu:

4- Kiểm tra ổn định bổ sung:

4.1 - Kiểm tra ổn định khi khách tập trung trên boong th-ợng tầng và dồn về một bên mạn

* Chiều cao tâm nghiêng khi khách tập trung trên boong th-ợng tầng là:

n. K( 2  1)

= 0,164 (m)

PK: Trọng l-ợng hành khách lấy: PK = 75 kg/ng-ời

D : L-ợng chiếm n-ớc của tàu : D = 220 (T)

Z2 : khoảng cách từ mặt phẳng cơ bản của tàu đến trọng tâm khách khi đứng trên boong th-ợng tầng

Z2 = H + htt + 0,7 = 6,6 (m)

H : Chiều cao mạn tàu : H = 3,5

htt : Chiều cao th-ợng tầng: htt = 2,4

0,7: Chiều cao trọng tâm khách so với mặt boong th-ợng tầng

Z1: Khoảng cách từ mặt phẳng cơ bản đến trọng tâm khách khi khách ngồi trong boong chính

Z1 = H + 0,7 = 4,2 (m)

*Momen hồi phục tới hạn của tàu khách do Đăng kiểm qui định với góc nghiêng tối đa  =100

200

L Chiều dài boong th-ợng tầng: L = 24,5 (m)

 Mật độ khách trên 1m2 lấy theo Đăng kiểm:  = 6 khách /m2

 YK = (btt - x)/2 = 4,69 (m)

btt: Chiều rộng mặt boong th-ợng tầng: b = 10,74 (m) Vậy tàu đủ ổn định khi khách tập trung một bên mạn

4.2 - Kiểm tra ổn định tàu khi khách dồn sang một bên mạn trên boong th-ợng tầng khi tàu đang l-ợn vòng:

Mômen nghiêng do lực li tâm khi tàu l-ợn vòng tính theo công thức :

).(34,11)2-(

.02.0

2 0

L

v D

5- Kiểm tra chu kì lắc mạn:

K K

B

H B

B B

B B

g

D

B: ChiÒu réng toµn tµu : B = 10,74 (m)

BK: ChiÒu réng 1 th©n øng víi ®-êng n-íc thiÕt kÕ : BK = 3,16 (m)

: Momen qu¸n tinh skhèi l-îng n-íc kÌm

 = 0,25 (c«ng thøc cemchob)

Thùc tÕ cho thÊy chu kú l¾c m¹n trªn tµu kh¸ch lµ 3.5  6 s

VËy tµu thiÕt kÕ cã chu kú l¾c ngang lµ hîp lý

Page 19

X©y dùng tuyÕn h×nh

Page 20

x©y dùng tuyÕn h×nh tµu

TuyÕn h×nh tµu ®-îc x©y dùng b»ng c¸ch tÝnh chuyÓn tõ tµu m¹n

Theo mèi quan hÖ sau:

K m

m

B

L B

L  ;

T

B T

B

m

m

= ; m =  = 0,476

Lm, Bm , Tm, m: KÝch th-íc vµ hÖ sè bÐo cña tµu mÉu

L, B, T,  : KÝch th-íc vµ hÖ sè bÐo cña tµu thiÕt kÕ

Tõ mèi quan hÖ trªn ta tÝnh ®-îc b¶ng trÞ sè tuyÕn h×nh cho tµu thiÕt kÕ nh- sau:

Page 23

b¶ng tÝnh nghiÖm ®-êng cong diÖn tÝch s-ên

i i

W K

i W K





= 1,55 (m)

Bè trÝ chung

- Từ mũi đối vách s-ờn 5 là khoang mũi có bố trí hầm xích neo

- Từ vách s-ờn 5 đối s-ờn 17 là khoang n-ớc dằn

- Từ vách s-ờn 17 đối s-ờn 30 là khoang trống 1

- Từ vách s-ờn 30 đối s-ờn 43 là khoang trống 2

- Từ vách s-ờn 43 đối s-ờn 55 là khoang trống 3

- Từ vách s-ờn 55 đối s-ờn 68 là khoang máy

- Từ vách s-ờn 68 đối s-ờn 80 là khoang chứa két n-ớc thải

- Từ vách s-ờn 80 đối s-ờn 82 bố trí két n-ớc ngọt phục vụ sinh hoạt của thuyền viên và hành khách

- Từ vách s-ờn 82 đến vách đua chứa máy lái và séc tơ lái

Từ s-ờn 55 đến s-ờn 80 bố trí các buồng phòng chức năng nh- phòng ở thuyền viên, căng tin, nhà tắm, nhà vệ sinh Dọc hai bên mạn có hành lang đi lại

Page 26

Từ s-ờn 80 trở về đuôi có bố trí cán cột bích tới kéo dây, các lỗ khoét trên boong

3- Phòng ở thuyền viên

- Phòng ở thuyên fviên đ-ợc bố trí trên boong chính gồm 3 phòng, 1 phòng

đặt tại vị trí đối xứng qua mặt phẳng dọc tâm tàu từ s-ờn 61 đến suờn 66 bố trí 2 ng-ời ở 2 phòng còn lại đặt đối xứng nhau qua mặt phẳng dọc tâm tàu từ s-ờn 68

đến suờn 74

- Trong buồng ở thuyền viên có bố trí gi-ờng 2 tầng kích th-ớc 1.900 x 800 ,

bố trí 2 tủ cá nhân, bàn và ghế đệm dài, phòng đ-ợc cách nhiệt cách âm bằng xốp và nhựa tổng hợp

4- Phòng hành khách:

Phòng hành khách đ-ợc bố trí 2 phòng: phòng phía mũi bố trí 101 ng-ời, phòng phía sau bố trí 99 ng-ời; tất cả các ghế ngồi quay về một phía Trong phòng

có bố trí các thiết bị áo cứu sinh đặt trên các giá cố định; các bình cứu hoả C02 , lối

đi lại và các cửa ra vào có thể đóng mở hai chiều, trần và t-ờng của buồng khách

đ-ợc cách nhiệt bằng xốp và đ-ợc lát nhựa tổng hợp, có hệ thống quạt điện tạo sự thoải mái cho hánh khách

5- Phòng vệ sinh

Tàu có bố trí tất cả là 7 phòng vệ sinh, 3 phòng vệ sinh bố trí ở giữa 2 phòng hành khách, 4 phòng còn lại bố trí sau miệng hầm máy Phòng vệ sinh có bố trí chậu rửa, Palabo , gi-ờng

6- Phòng tắm

Tàu bố trí 2 phòng tắm thuyền viên bố trí phía sau, trong phòng có g-ơng soi, chậu rửa mặt

7- Cầu thang

Tàu có bố trí 3 cầu thang lên boong dạo, 1 bố trí sau đuôi tàu và 2 cầu thang

bố trí giữa 2 khoang hành khách Ngoài ra còn có cầu thang lên buồng lái và cầu tahng từ buồng lái ra boong dạo

8- Buồng máy

Một buồng máy có bố trí 1 máy chính 600 CV và các máy bơm, các két chứa dầu

L x h: Chiều dài và chiều cao trung bình của th-ợng tầng và lầu riêng biệt

l1  h1 :Chiều dài và chiều cao th-ợng tầng 1 L1 x h1 = 36,5 x 2,4

l2  h2 :Chiều dài và chiều cao của lầu : L2 x h2 = 4 x 2,4

k : Hệ số: K = 1 (tổng chiều dài th-ọng tầng và lầu lớn hơn 0.5L)

Tổng trọng l-ợng neo: Q = 1.200 kg

Gồm 2 neo trọng l-ợng mỗi neo là: 600 kg

Hai neo đ-ợc bố trí ở mạn ngoài của mỗi thân tàu

* Chiều dài tàon bộ xích neo

L2 = 230 m Bảng (2 - 5)

3- Thiết bị chằng buộc :

Dây chằng buộc chọn theo đặc tính của thiết bị neo

Chiều dài dây: 640 m

Số dây: 4

Lực đứt dây: 124,5 (KN)

Tàu đ-ợc trang bị 3 dây chằng buộc

4- Hệ thống cứu hoả:

5- Ph-ơng tiện cứu sinh:

Page 29

- Phao áo cứu sinh 210 bộ đặt trong các tủ phòng khách và phòng thuyền viên

- Phao tròn cứu sinh 8 chiếc bố trí dọc theo phía ngoài vách , dọc th-ợng tầng

- Phao bè cứu sinh có sức nâng 18 ng-ời bố trí trên nóc th-ợng tầng 12 chiếc

Đồng hồ bấm dây : 1 chiếc

Page 30

Các cửa tr-ớc buồng lái là cửa cố định

Cửa số 2 bên mạn là cửa kính quay tay 800 x 600 Tại khu vực nàh vệ sinh và cầu thang là cửa sắt 600 x 400 cố định

Các cửa hành làng và cửa sau buồng lái là cửa kính cố định

Cửa vào buồng khách 2 cửa 1.600 x 1.800

Cửa xuống buồng máy và buồng thuyền viên 1.800 x 750

b Lát vật liệu cách nhiệt:

Các buồng khách buồng thuyền viên, buồng lái đều đ-ợc lát cách nhiệt bằng nhựa ở giữa có đệm xốp

Khu nhà vệ sinh đ-ợc lát gạch men

c Trang bị nội thất:

- Buồng khách trang bị các ghế ngồi có bọc đệm

- Trong buồng bố trí các giá để đồ cá nhân, tủ đựng áo phao cứu sinh

- Buồng thuyền viên trang bị 2 gi-ờng tầng, bàn ghế và tủ đựng đồ dùng sinh hoạt cá nhân

-Buồng vệ sinh trang bị đầy đủ các dụng cụ cân fthiết

THiÕt kÕ ch©n vÞt

II- TÝnh søc c¶n th©n tµu vµ lùa chän m¸y chÝnh:

DSb = 0.7T = 1,19 m

2.5 - VËn tèc dßng n-íc chÈy tíi ch©n vÞt :

vP = v (1-) = 7,49 m/s

v = 8,25 m/s 2.6- Lùc ®Èy cã Ých cña mçi ch©n vÞt:

P =

)1(

.

 = 104 kg S2/m4 : D = 1,19 m; vP = 7,49 m/s, P = 2708,4 kg

' ( 375

4 3 / 2 max



P m Z

D

C



C’ = 0.055 (vật liệu là hợp kim đồng)

m’ = 1.15 (phụ thuộc loại tàu)

max= 0,09 ( chiều dày t-ơng đối lớn nhất tại tiết diện ( 0.6  0.7)R

7 K1= 2 4

D n

v

Pe

12 Ne=

b dt P

N



 85 ,

Tính các thông số cơ bản của chân vịt sử dụng hết công suất động cơ đã chọn ,đảm bảo tốc độ đã cho Quá trình tính toán đ-ợc lập theo bảng sau:

v

7 K1= 2 4

D n

v

Pe

Ta thấy sai số %Np=0.026: Vậy với công suất đã chọn là thoả mãn

TÝNH NæI

Tỉ lệ Bonjean và đ-ờng cong thuỷ lực là các đặc tr-ng tính nổi của tàu trên n-ớc tĩnh, từ tr-ớc đến nay vẫn sử dụng các biểu mẫu để tính Bonjean và thuỷ lực Hiện nay ở các n-ớc phát triển việc tính toán trong thiết kế tàu thuỷ đ-ợc tiến hành trong máy tính

Tuy nhiên trong công tác đóng tàu ở n-ớc ta hiện nay việc sử dụng các biểu mẫu tính tay vẫn phổ biến Nguyên tắc chung là áp dụng các ph-ơng pháp tính tích phân gần đúng theo dạng bảng

T

dz z y M

dz y w

0

0

2

2

áp dụng tính I và M  bằng ph-ơng pháp hình thang có cận trên biến đổi

WI = 2.(  T/2)  KI..YI

M W = 2(  T2/2)  K I K I i

i là thứ tự đ-ờng n-ớc

Z =  T.i

Do sự tăng đều đặn của các diện tích s-ờn I nên ta có thể tính và vẽ Bonjean trên các s-ờn

lí thuyết chẵn Các bảng tính Bonjean nh- sau:

S-ờn số 0:

S-ên sè 1:

S-ên 4

S-ên 7

S-ên 10

S-ên 13

S-ên 16

S-ờn 19

2- Xây dựng đ-ờng cong thuỷ lực:

Đ-ờng cong thuỷ lực chia thành hai nhóm:

Các đ-ờng cong trên đều đ-ợc xác định bởi phép tính tích phân và do đó đ-ợc tính toán bằng các phép tính tích phân gần đúng

+Diện tích đ-ờng n-ớc :

Yi Ki 3

L 2 dx y 2 S

2 / L

2 / L

 hệ số hiệu chỉnh  : Ki = 1 , 41 , 1+1 , 4 , 2 , , 2+1 , 42 , 2 + Momen quán tính diện tích đ-ờng n-ớc đối với trục y

3

L 2 dx z y 2

3 2

/ L

2 / L

i i y

f

Y K

i Y K S

M X

2 dx y 4

3

2 / L

2 / L

c

S

S X V

M X

S

S T Z

L

H D M

100

i

T.B.L

V





i i

X

T.B

C¸c gi¸ trÞ trªn ®-îc tÝnh to¸n theo c¸c b¶ng sau:

I x= 9,5879 I x= 2281,219

§-êng n-íc sè 2

§-êng n-íc sè 3

§-êng n-íc sè 5

XII Cao độ tâm nổi Zc=(XI)/(IV)*AT 0,34 0,496 0,684 0,88 1,07

I

KÕt cÊu c¬ b¶n

a.tính toán kết cấu I/ Dàn đáy

- Chiều cao tiết diện đá ngang đáy tạI tâm tàu : d 0 = 0,0625l = 0,19 (m)

- Chiều dày bản thành đá ngang đáy : t =10d 0 + 4 = 5,9 (mm)

- Mô đun chống uốn tiết diện ngang : Z = 4,27 hl2 = 78,5 (cm2 )

b

F t

M M

M 

D = 3,5 (m) Chọn t = 6( mm)

Zmax= 16.85 cm W=J/Zmax= 210.4 cm3

%W= 1.68 Vậy đà ngang đáy có quy cách đã chọn là thỏa mãn

7 , 5 9 , 0 ).

5 , 2 2

, 1

)(

7,69,0)

6,5044

,0(

- Chiều dày bản thành, bản lép, mã quay phụ thuộc vào trọng l-ợng máy đ-ợc tính theo công thức sau :

- Đà ngang đáy phía d-ới bệ máy:

Chiều dày đà ngang : t = 8 (m)

Chiều cao tiết diện : d0 = 260(mm)

Ta biết chiều chìm mũi : Tm > 0,037 L

Chiều dày tôn đáy : t = ( 0,044L + 5,6 ) 0,9 = 7,4 (mm)

) (

7 , 5 9 , 0 ).

5 , 2 34

, 1

®un chèng uèn cña nã t¹i vÞ trÝ nµy

b

F t

m

m

m  

) (

7 , 5 9 , 0 ).

5 , 2 2

, 1

,

TT Quy c¸ch Fi(cm2) Zi(cm) FiZi(cm3) FiZi2(cm4) Jo(cm4)

%W= 0,114425 VËy nÑp v¸ch cã quy c¸ch: L32x20x4 lµ tho¶ m·n

5,22

,3

 s h i t

Zmax= 13.01 cm W=J/Zmax= 113.8 cm3

5 , 2 2

, 3

 s h t

Zmax= 13.65 cm W=J/Zmax= 193.3 cm3

5,22

,3

 s h t

Zmax= 12.74 cm W=J/Zmax= 170.1 cm3

Vậy thép cách có quy đã chọn là thỏa mãn

*A 20,72888 cm 4

Zmax= 3,731516 cm 3

W=J/Zmax 5,555083 cm 3

%W= 0,167034 Vậy nẹp vách có quy cách: L40x25x4 là thoả mãn

4.3 Sống vách :

Mô đun chống uốn : Z = 4,75 shl2 x 0,85 = 58,7 (cm3)

s = 1,1 (m)

9,0)

5,22

,3

 s h t

Zmax= 7.01 cm W=J/Zmax 62.88 cm3

5,234

,1

t

l = 2 (m)

h = 3,54 (m) ( Khoảng cách thẳng đứng từ trong đIểm của l đến

điểm 0,12L cao hơn mặt tôn giữa đáy )

Zmax= 7,571831 cm3 W=J/Zmax 39,91515 cm3

%W= 0,034071 Vậy s-ờn th-ờng có quy cách: L90x56x5.5 là thoả mãn

Zmax= 20.16 cm





 2 , 5 ) 0 , 9 1000

t