Tài liệu Tàu kéo pdf

Chương I- Tàu kéo Đ1 - Phân loại tàu kéo : Tàu kéo hoạt động ở vùng biển, vùng nội địa và được khai thác ở nhiều nước trên thế giới, dùng lai dắt các phương tiện không tự hành, công trìn

Tàu kéo

Chương I- Tàu kéo

Đ1 - Phân loại tàu kéo :

Tàu kéo hoạt động ở vùng biển, vùng nội địa và được khai thác ở nhiều nước trên thế giới, dùng lai dắt các phương tiện không tự hành, công trình nổi,

đưa tàu ra vào các cảng, cầu tàu, qua vùng nước nông, vào ụ sửa chữa, qua kênh

đào, cứu hộ, cứu hoả và nhiều công dụng khác Chúng được phân loại theo các dấu hiệu :

- Theo phân cấp của quy phạm,

- Theo vùng hoạt động,

- Theo hình thái lai dắt,

- Theo loại thiết bị năng lượng,

- Theo số đường trục chân vịt,

- Theo loại thiết bị đẩy,

- Theo thiết bị dùng lai dắt,

- Theo công dụng

- Theo công suất máy

Đ2- Tàu kéo biển:

Phổ biến nhất là các tàu kéo viễn dương, kéo biển, cứu hộ, tàu kéo chuyên tuyến, tàu kéo cảng, tàu kéo nhiều chức năng

2.1- Tàu kéo Cảng:

Dùng điều động tàu nên có kích thước nhỏ, chất lượng quay trở cao, có trị

số mạn khô tối thiểu Điểm đặc biệt của loại tàu này là khả năng quay trở tự do giữa các tàu, giữa tàu và cầu cặp, luồn giữa dây chằng buộc tàu với cầu cảng

Tàu có kích thước nhỏ nhờ sử dụng tối đa chiều chìm cho phép, giảm thiểu

số phòng ở, phòng sinh hoạt chung, dự trữ nhiên liệu và nước từ 3 đến 5 ngày

đêm Thuỷ thủ đoàn thường sống trên bờ

Với khu mặt nước hạn chế trong cảng, cho phép đơn giản hoá thiết bị kéo nên tàu chỉ dùng móc kéo, cột kéo và cột bít

Các tàu kéo dùng thao tác đảo chuyển các tàu lớn đỗ và làm hàng trong cảng, cần lực kéo lớn, chất lượng quay trở tốt nhất, kích thước tối thiểu Chiều dài giữa hai đường vuông góc từ 15 – 30 m, tốc độ tự do từ 10 – 12 hải lý, lực kéo trên móc từ 5 – 40 tấn Khu vực đuôi do có sự hoạt động của dây cáp kéo nên để dễ dàng thao tác tàu cần có hành lang thông mạn

2.3 – Tàu kéo biển chuyên tuyến :

Loại tàu này có công suất lớn, N = ( 400 – 1200 ) cv và chiều dài 25 – 30 m 2.4 – Tàu kéo biển nhiều chức năng :

Dùng phục vụ các tàu lớn, cứu hộ tàu bị mắc cạn, cứu hoả, lai dắt các công trình biển, công trình kỹ thuật lớn Loại tàu này có công suất 1500 – 3000 cv

Tàu cứu hoả trang bị súng bắn dây, vòi súng phun nước

2.5 – Tàu kéo viễn dương :

Hoạt động trong vùng không hạn chế, làm nhiệm vụ cứu hộ, lai dắt các công trình nổi loại lớn

Công suất của tàu từ 8000 – 10.000 cv Tốc độ tự do đến 22 hải lý, tầm xa hoạt động đạt đến 18.000 hải lý

Đ3 - Tàu kéo nội địa :

Là một trong các loại phương tiện phổ biến nhất hoạt động trên sông, hồ

và vùng ven biển Dùng lai dắt, kéo và đẩy các phương tiện vận chuyển như sà lan, phà…Chúng được đặc trưng bởi công suất, chiều chìm, kích thước và tỷ số kích thước, loại kiến trúc và kết cấu

3.1 – Tàu kéo và đẩy vịnh :

Dùng điều chuyển phương tiện vận tải hoạt động tại các cảng nằm trong vịnh kín Để có tính quay trở tốt tàu thường sử dụng đạo lưu hoặc hệ chong chóng - đạo lưu xoay công suất từ 150 – 600 cv, lực kéo trên móc từ 4 – 6 tấn, tốc độ tự do 15 – 18 km/h

3.2 – Tàu kéo-đẩy và tàu đẩy chuyên tuyến:

Tuỳ theo loại kiến trúc, công suất và khu vực hoạt động chia ra 2 nhóm : Tàu sông cấp SII có công suất nhỏ Tàu cấp SI công suất lớn hơn Trong nhóm thứ nhất các tàu kéo-đẩy có công suất 60 – 500 cv còn trong nhóm thứ hai công suất từ 600 cv trở lên Để nâng cao an toàn trong khai thác, lầu lái của tàu cao so với mặt nước ( khi tàu toàn tải ) :

Đ4 - Đặc điểm của công tác kéo tàu :

Công tác kéo là tổ hợp các thao tác thực hiện trong quá trình kéo tàu và các công trình nổi nhờ đây cáp kéo hoặc các dạng liên kết khác Do đó tàu kéo phải có công suất lớn và trang bị các thiết bị sử dụng cho mục đích kéo Để đảm bảo an toàn hành trình, tàu kéo cần được trang bị các nghi khí hàng hải, phương tiện thông tin liên lạc phù hợp với tầm hoạt động Các tàu kéo viễn dương, kéo biển có tầm xa hoạt động lớn đòi hỏi chất lượng hàng hải cao, dự trữ nhiên liệu

và các chủng loại vật tư sửa chữa, cáp, con lăn… khá nhiều Thiết bị liên lạc cũng yêu cầu cao do các phương tiện được kéo có rất ít hoặc không có thuyền viên nên cần có thiết bị điều khiển các máy móc của chúng qua vô tuyến ( như

đèn, còi, tời neo, van két cân bằng tàu)

Khi các phương tiện được kéo lệch góc với phương tiến của tàu kéo thì khả năng mất ổn định ngang và ổn định hướng đi của tàu kéo sẽ tăng lên Đặc biệt khi kéo các ụ nổi, việc điều động ụ đều nhờ dây cáp nối với cột mũi của tàu kéo

Do hiệu số giữa trọng lượng tàu và sóng điều hoà làm xuất hiện lực giật đứt dây kéo và truyền đến các liên kết gây phá huỷ Để tránh điều đó, các tàu kéo cần có tời kéo tự động, dây cáp kéo có dư độ dài ( 750 – 800 ) m

Các tàu kéo biển phục vụ giữa các cảng cùng một biển hoặc các cảng ở các biển cạnh nhau, cần có các chỉ tiêu kỹ thuật khai thác, tính đi biển tốt cho phép hoạt động trong điều kiện thời tiết bất kỳ

Các tàu kéo biển cỡ nhỏ hoạt động gần bờ, tính đi biển phụ thuộc giới hạn cấp sóng Các tàu kéo vịnh hoạt động vùng biển hở cần có tính quay trở tốt, đảm bảo dắt sà lan an toàn khi có gió lớn, sóng to và có khả năng dừng tàu ở trạng thái neo

Để kéo tàu vận tải, công trình nổi, sà lan…tàu kéo cảng biển cần được bố trí các trang thiết bị và có tính quay trở cần thiết Tàu cần được thiết kế có ky nghiêng để cho phép thiết kế chong chóng đường kính lớn, bánh lái có diện tích lớn giảm bán kính lượn vòng Để dễ quay trở và thay đổi quỹ đạo chuyển động vị trí móc kéo hoặc cột kéo được đặt sau mặt phẳng sườn giữa trong mặt phẳng đối xứng một khoảng không lớn hơn 600 mm

Đ5 - Đặc điểm của công tác đẩy và kéo - đẩy :

Hình thái đẩy là sự phát triển của phương pháp lai tàu không tự hành, nó không chỉ tạo ra loại tàu mới mà còn cả kiểu kết cấu và trang thiết bị Để đẩy hoặc kéo sà lan phân đoạn, tàu kéo - đẩy cần có chất lượng kỹ thuật - khai thác phù hợp với tốc độ chuyển động, tải trọng tối ưu trên một đơn vị công suất đẩy, tính điều khiển, khả năng quan sát và tầm nhìn tốt

Khi hoạt động đẩy các sà lan phân đoạn có chở hàng hoặc không có hàng

được ghép đội hình nên điều kiện và đặc điểm của thao tác đẩy hoặc kéo - đẩy phụ thuộc vào thành phần sà lan đẩy, vào hình dáng phương tiện được đẩy, loại hàng và mức chất tải của phương tiện được đẩy Trọng tải của cả đoàn phụ thuộc vào công suất đẩy có thể đánh giá sơ bộ theo bảng sau :

B C (m)

Tổng trọng tải Q C CC C

( tấn)

Tải trọng Q CC C C /N /N (tấn/cv)

Tổ hợp lái – thiết bị đẩy của tầu đẩy cần phải đảm bảo đường kính lượn vòng không lớn hơn 2 – 2,5 chiều dài đoàn đẩy và cho phép phát huy công suất lớn nhất khi chạy lùi gần bằng công suất khi chạy tiến

Chiều dài đoàn lớn nên việc quan sát, điều động sẽ khó khăn, lầu lái cần

có 3 ữ 4 tầng để thoả mwn tầm nhìn, cho phép quan sát phía trước từ (1 ữ 1,5) km ( đôi khi trang bị cả ra đa quan trắc ) Kết cấu vách và cửa sổ lầu lái phải loại trừ

sự loá ánh sáng đặc biệt về ban đêm

Hình thái đẩy có những ưu việt so với hình thái kéo :

- Tốc độ tăng 15 – 20% vì loại trừ được sức cản phụ do dòng nước của thiết bị đẩy của tàu đạp ra tác động lên đoàn nên sức cản giảm, tăng lực đẩy của thiết bị đẩy do hoạt động trong dòng theo của cả

đoàn

- Tải trọng có ích trên một đơn vị công suất khi đẩy cao hơn khi kéo

- Tăng tốc độ và khối lượng vận chuyển do tốc độ khai thác tăng

- Giảm tiêu hao nhiên liệu, dầu bôi trơn do chi phí công suất giảm từ

6 ữ 7% so với khi kéo

- Đảm bảo tin cậy trong điều động đoàn phương tiện đặc biệt là khi qua sông hoặc kênh hẹp, qua gầm cầu

- Giảm chi phí chuyên chở, tăng năng suất lao động, cải thiện điều kiện sống và lao động của thuỷ thủ trên sà lan do sinh hoạt tập trung

và dễ bảo quản hàng

- Hình thành sà lan đẩy kiểu mới

Đ6 – Kiến trúc tàu kéo :

Kiến trúc của tàu hình thành trên cơ sở các yêu cầu về chức năng, công dụng của tàu, mức độ thuận tiện cho quá trình điều động tàu và sử dụng các thiết

bị kéo và chằng buộc, cho điều kiện làm việc và nghỉ ngơi của thuyền viên

Chiều dài khoang máy lM từ 21% ữ 53 % chiều dài tàu ( tàu kéo Cảng có

lM khoảng 43% L, tàu kéo biển lM = 28% ữ 32% L, tàu kéo vịnh và tàu kéo - đẩy

lM = 29% ữ 36% L, tàu kéo - đẩy chuyên tuyến lM = 30% ữ 40% L ) Khoang máy phải đủ diện tích bố trí máy móc và các trang thiết bị, diện tích thao tác và sửa chữa

Phòng ở của thuyền viên bố trí về phía mũi, nơi có tiếng ồn nhỏ của máy chính và chân vịt Giũa khoang ở và khoang máy bố trí két nhiên liệu và khoang cách ly Hiện nay mức độ tự động hoá cao làm số lượng thuyền viên giảm nên phòng ở được bố trí hết trên boong chính Phải lưu ý hiện tượng chúi tàu khi nhiên liệu tiêu hao Các tàu kéo biển phải bố trí lối đi thông mạn, tránh đi vòng qua phía mũi và lái

Buồng lái được đặt ở vị trí cao nhất để có khả năng quan sát xung quanh tốt, buồng lái tàu kéo biển được mở ra ở hai mạn Khi ống khói và xuồng cứu sinh cản trở tầm nhìn về phía sau phải bố trí máy lái, chuông truyền lệnh…trên nóc lầu lái đảm bảo đứng thao tác an toàn

Đ7 – Lựa chọn công suất và tổ hơp lái – thiết bị đẩy :

Muốn kéo đoàn sà lan với tốc độ định trước, tàu kéo phải có công suất mạnh thắng được lực cản của đoàn sà lan, bản thân tàu kéo và dây cáp kéo Để sơ bộ đánh giá sức cản của tàu kéo có thể sử dụng đồ thị xây dựng theo số liệu thử mô hình và tàu thực có L/B = 4,2 – 6,0 và δ = 0,52 – 0,58 của N.K Kena

với v ( hải lý ) – tốc độ tàu kéo

Sức cản toàn phần khi kể đến phần nhô tăng 6% Với các trị số

B

L < 4,5 hình dáng vỏ bao ảnh hưởng không đáng kể đến sự tạo sóng, A.N Gurovic và A.A Rodionov kiến nghị công thức :

lg

D

R DU

= 6,67 Fr – 1,37 Sức cản của dây cáp kéo tính theo công thức :

RK = 0,5 ∆C.k.c.2l.d.v2ρ (KG)

Trong đó : ∆C là hệ số tính đến độ giảm sức cản của dây cáp kéo do nghiêng góc

α với đường nằm ngang và lấy theo bảng sau:

Khi α0 < 100 hệ số ∆C giảm không đáng kể

k - hệ số tính đến độ nhám của dây cáp ( cáp thép k = 1,25 ; cáp thực vật k = 1,5 – 2 )

c - hệ số lực cản của hình trụ đặt vuông góc với dòng

Chiều dài tối ưu của dây cáp kéo :

Công suất Ne ( KW) Chiều dài dây cáp kéo (m

Các tàu kéo cảng làm nhiệm vụ đảo chỗ của tàu, lực kéo yêu cầu cần thiết

được xác định thông qua các thao tác kéo điển hình :

Hình 2 – Các thao tác kéo điển hình

Theo “Quy định về an toàn trong công tác kéo tàu tại các cảng “, tốc độ tàu trong các thao tác kéo yêu cầu không lớn hơn 5 hải lý khi di chuyển dọc và 0,5 hải lý khi chuyển động quay Lực kéo của tàu còn phụ thuộc vào tốc độ gió

và dòng chảy nơi tàu kéo hoạt động Một số cảng không có dòng chảy tự nhiên nhưng vẫn tồn tại dòng chảy do gió gây ra có tốc độ tính theo công thức :

trong đó vGIO (m/s) – tốc độ gió

ϕ - vĩ độ của cảng trên bản đồ

Tốc độ dòng chảy tại các cảng của nước ta khi tính theo công thức trên với lực gió lấy theo cấp 6 của bảng Bofor cho ∆v = 0,3 hải lý Theo số liệu thống kê của nhiều cảng nước ngoài, trong tính toán nhận giá trị tốc độ trung bình của dòng chảy vDC = 0,6 hải lý

a) Tàu di chuyển dọc :

Giả thiết kéo tàu di chuyển dọc với tốc độ v = 5 hải lý bởi một tàu kéo phía trước, góc giữa phương của lực gió và mặt phẳng đối xứng tàu bằng 300 Phương trình cân bằng chuyển động có dạng :

Z1 – RX – RDC – RGIO cos300 = 0 ⇒ Z1 = RX + RDC + RGIO cos300

b) Tàu di chuyển dọc với điều chỉnh :

Việc kéo đảm bảo cho tàu chuyển động theo phương thẳng với tốc độ v bằng 5 hải lý, theo sơ đồ lực có hệ phương trình cân bằng :

Z2 =

2 sin

Z

+ 2 2

2 2 cos

Z2 sin α2 ≥ Z2 cos α2

Z2 cos α2 ≤ Z1 cos α1

Để xác định lực kéo của tàu kéo phía trước, trường hợp tối ưu là α2 = 450 , tức là :

+ 2

2 71 , 0

71 , 0

; Z1 =

1

2 sin

71 , 0

α

Z

c) Di chuyển tàu ngang mạn :

Khi tính lực kéo cần thiết, giả thiết lực kéo của 2 tàu là như nhau đặt tại các đầu mút của tàu và vuông góc với mặt phẳng đối xứng Chiều tác dụng của gió và dòng chảy ngược với phương di chuyển của tàu và cũng vuông góc với mặt phẳng đối xứng Hệ phương trình cân bằng :

- Không phụ thuộc vào hình dạng vỏ bao ξY = 1

(Theo số liệu của bể thử LKI Hăm buốc)

- ρ là mật độ của nước

- v (m/s) tốc độ di chuyển của tàu

- L (m) Chiều dài giữa 2 đường vuông góc

- T (m) chiều chìm của tàu

- ρGIO = 0,125 KG s2/m4 là mật độ không khí ở 150C và cột áp

H = 760 milimét cột nước

- vGIO = 12,4 (m/s) tốc độ gió cấp 6 Bôfor

- A (m2) diện tích hình chiếu phần hứng gió lên mặt phẳng đối xứng

Thay các trị số trên vào phương trình có :

Z = 16,6 LT + 9,6 ξGIO.A

Suy ra lực kéo của mỗi tàu : Z1 = 8,3 LT + 4,8 ξGIO.A

d) Tàu di chuyển quay :

1- Quay quanh trọng tâm tàu :

Momen quay do cặp Z1Z2 gây ra : MZ = Z1

Để quay tàu, momen quay ít nhất bằng momen cản của nước khi tàu quay quanh trọng tâm :

MZ = CM

2

ρ ω2 L3 SĐXVới : - CM = 0,065 là hệ số momen lực cản của nước khi tàu quay quanh trọng tâm

- ω (vg/ph) – tốc độ quay của tàu ω =

L

v L

2 =

- SĐX (m2) = L.T diện tích hình chiếu phần ngâm nước lên mặt phẳng đối xứng

Thay các trị số vào phương trình có :

Z1 = 4,3 L.T

2- Khi tàu quay quanh mút đuôi : Giả thiết lực gió có phương ngược với phương chuyển động của mũi tàu, chuyển động quay quanh mút đuôi của tàu được khảo sát như chuyển động của nửa chiều dài quay quanh trọng tâm tàu

Momen quay do tàu kéo sinh ra: MZ = Z1 2 L

D - 0,007 (

100

D )2 ( cv) Công suất của tàu kéo hoạt động vùng có băng lấy tăng từ 1,2 ữ 1,4 lần công suất tính theo các công thức trên

Loại thiết bị đẩy chủ yếu dùng cho tàu kéo là chong chóng có bước cố

định từ 3 ữ 6 cánh nhưng phổ biến là loại 4 cánh Hiện nay đa số tàu kéo sử dụng

hệ chong chóng - đạo lưu do hệ này tăng lực kéo trên móc đến 40% ở chế độ buộc bến và tăng 20% ữ 30% khi kéo phương tiện với vận tốc 5 ữ 6 hải lý( 9 ữ

11 km ) Đạo lưu bảo vệ chong chóng không bị quấn cáp kéo, giảm va đập của chong chóng do lọt khí khi tàu hoạt động trên sóng Đạo lưu xoay còn tăng cường khả năng điều động của tàu

Chân vịt biến bước cho đặc trưng kéo tốt khi tàu kéo hoạt động với chế độ lực cản khác nhau của đoàn kéo nhưng do giá thành cao, cơ cấu điều chỉnh phức tạp và dễ hư hại khi hoạt động trong sông có nhiều vật trôi nổi nên chưa được sử dụng rộng rwi Thiết bị phụt chủ yếu sử dụng trên các tàu kéo, đẩy có chiều chìm

T < 0,9 m hoạt động trong vùng nước nông Chân vịt sử dụng chủ yếu cho tàu kéo cảng có yêu cầu đặc biệt cao về tính quay trở

Thực tế khai thác cho thấy các tàu kéo biển, kéo vịnh chuyên tuyến sử dụng tổ hợp thiết bị lái - đẩy là chong chóng - đạo lưu Tàu kéo đảo chuyển tại cảng và trong vịnh sử dụng chong chóng trong đạo lưu xoay hoặc chân vịt Thiết

bị phụt sử dụng cho các tàu kéo, đẩy hoạt động với chiều chìm 0,3 – 0,9 m trên tuyến sông nông

Đ8 – Đặc trưng kéo :

Lực kéo của tàu kéo là chỉ tiêu đặc trưng cho hiệu quả sử dụng công suất khi lựa chọn các yếu tố cơ bản của thân tàu và thiết bị đẩy Để đánh giá đặc tính kéo của tàu ở các tốc độ hoạt động khác nhau ( từ buộc bến đến tốc độ chạy tự

do ) phải tính toán xây dựng đồ thị đặc tính vận hành gồm các đường cong là hàm của tốc độ tàu :

1- Tổng công suất ΣN của máy chính

2- Tổng lực kéo có ích ΣPe

3- Sức cản của tàu đẩy RĐ hoặc của tàu kéo RK và sức cản của cả tàu đẩy hoặc tàu kéo với đoàn phương tiện RC khi toàn tải

4- Lực kéo Z trên móc nhận được bằng cách lấy tung độ đường cong ΣPetrừ đi tung độ đường cong RĐ hoặc RK ở tốc độ chuyển động v

5- Hiệu suất kéo xác định theo công thức ηK =

N

v Z

75

Hình3 : Đồ thị đặc tính kéo của tàu đẩy Plevna công suất 1340 cv

Đối với tàu kéo sự thay đổi điều kiện khai thác xác định trên cơ sở sự thay

đổi lực cản của đoàn phương tiện tức là sự thay đổi của trị số lực kéo trên móc kéo Do vậy đặc tính kéo của tàu kéo được đánh giá chủ yếu bằng các đường cong Z = f(v) và ηK = f (v) Trên hình 3 cho thấy tàu trang bị chong chóng bước

cố định, lực kéo lớn nhất Z0 đạt tại chế độ buộc bến còn ở chế độ kéo ZK và chạy

tự do vTD lực kéo không phải là lớn nhất Tàu kéo được phân cấp theo công dụng nên khi giải quyết các nhiệm vụ thiết kế cần đáp ứng các yêu cầu đặt ra cho từng loại tàu vì các bài toán thiết kế thường tiến hành lựa chọn trong tổ hợp các phương án một vài đại lượng có trị số cần đạt được Chẳng hạn tàu kéo làm nhiệm vụ đảo chuyển luôn hoạt động ở chế độ gần với chế độ buộc bến nên khi thiết kế cần đảm bảo cho tàu có trị số lớn nhất ở chế độ buộc bến Việc giảm tốc

độ khi chạy tự do không là vấn đề quan trọng vì tốc độ thường được giới hạn bởi

điều kiện và quy tắc hoạt động của loại tàu này trong cảng Sự quay trở đối với tàu kéo hoặc đẩy chuyên tuyến không cần thiết bằng việc đảm bảo lực kéo lớn khi tốc độ kéo tăng Để có chỉ tiêu kéo thoả mwn yêu cầu, tàu kéo phải có đường cong kéo đạt hiệu suất lớn nhất bằng cách lựa chọn hợp lý nhất tổ hợp thiết bị lái

- đẩy (khi áp dụng chong chóng biến bước sẽ cho khả năng sử dụng hết công

suất của máy chính và cho lực kéo trên móc ở tất cả các chế độ hoạt động cao hơn khi tàu sử dụng chong chóng bước cố định) và các yếu tố của nó

Quan hệ giữa đường kính chong chóng, công suất của máy chính và số vòng quay trên trục của tàu kéo và tàu đẩy có thể biểu diễn qua công thức:

Đ9– Xác định kích thước chính :

Giống như các loại tàu khác, việc lựa chọn kích thước chủ yếu của tàu kéo, tàu đẩy là một trong những vấn đề quan trọng của công tác thiết kế Trong chừng mực nào đó việc lựa chọn kích thước chủ yếu quan hệ đến mức độ thuận tiện bố trí chung, tính quay trở và tính di động, lực kéo, giá thành đóng và các chỉ tiêu kinh tế – khai thác của tàu Trong thiết kế sơ bộ có thể sử dụng các công thức thống kê sau :

Chiều dài cho phép lớn nhất của tàu kéo:

Theo Munro-Smit : L = 0 , 233Nư 28 + 13,7 ( m )

Theo Per Gring : L = 40 ft + 2 , 5Nư 300ft ( ft )

Tuy nhiên các công thức trên chưa hoàn toàn chú ý đến đặc điểm kiến trúc – kết cấu và các đặc tính của tàu kéo các cấp khác nhau Chẳng hạn, công thức Munro-Smit chỉ áp dụng cho tàu kéo đảo chuyển Vịnh

Chiều dài giữa hai đường vuông góc :

Có thể sử dụng đường cong trên các đồ thị sau :

Đồ thị 1 – Sự quan hệ giữa chiều dài với công suất của tàu kéo Cảng

Tàu kéo đảo chuyển và tàu kéo cảng vịnh sử dụng chong chóng (x) Tàu kéo cảng biển và tàu kéo đảo chuyển có thiết bị đẩy là chân vịt (
) Tàu kéo đảo chuyển vịnh, biển sử dụng chân vịt ()

Đồ thị 2 – Quan hệ giữa chiều dài tàu kéo biển chuyên tuyến (1) và

tàu kéo vịnh (2) với công suất.

Đồ thị 3 – Quan hệ giữa chiều dài tàu kéo viễn dương (1 ) và tàu kéo biển nhiều chức năng (2) với công suất

Đồ thị 4 : Quan hệ giữa chiều dài L và chiều dài B của tàu kéo nội địa với công suất
– Tàu đẩy ( của Liên Xô ) X – tàu kéo ( của Liên Xô ),

+ – của nước ngoài

Đồ thị 5 : Quan hệ giữa chiều rộng tàu kéo cảng, kéo vịnh, kéo biển với công

suất

Đồ thị 6 : Quan hệ giữa chiều rộng của tàu kéo viễn dương với công suất

Ngoài ra có thể sử dụng các công thức sau để xác định chiều dài giữa hai đường vuông góc :

Tàu kéo cảng và tàu kéo đảo chuyển thiết bị đẩy là chong chóng :

tự chiều dài tàu kéo cảng sử dụng chong chóng

Tàu kéo vịnh một chong chóng khi N ≤ 750 cv

L = A + )

50 200 ( 100

N N

ư m

Với hệ số:

A = 9 – 15 cho động cơ nhẹ

A = 18 – 24 cho động cơ trung bình có tăng áp ( 275 – 350 vg/ph)

A = 25 – 28 cho động cơ không tăng áp

Dự trữ của tàu 20 ngày đêm

Chiều rộng của tàu đẩy và tàu kéo đẩy :

B = C + )

200 50 ( 17000

N N

ư m Với hệ số:

C = 4 – 5,7 cho động cơ nhẹ

C = 5 – 6 cho động cơ trung bình có tăng áp ( 275 – 350 vg/ph)

C = 6 – 7 cho động cơ không tăng áp và máy diezel - điện

Trị số lớn cho tàu kéo đẩy Dự trữ của tàu 20 ngày đêm

Chiều rộng tàu kéo cảng biển, kéo đảo chuyển, kéo cảng vùng có băng :

tàu 2 chong chóng B = 0,235 L + 1,67 m tàu 1 chong chóng B = 0,268 L + 0,66 m tàu có thiết bị đẩy là chân vịt B = 0,285 L + 0,60 m Tàu kéo vịnh và kéo biển chuyên tuyến 1 chong chóng :

định qua việc tối ưu hoá các tỉ số kích thước chính, qua kinh nghiệm khai thác hoặc từ điều kiện đảm bảo độ ngập sâu của chong chóng có đường kính tối ưu

Chiều chìm trung bình của tàu trong thiết kế sơ bộ có thể tính bằng các công thức sau :

Tàu kéo đảo chuyển 2 chong chóng :

Sau khi tính chiều chìm cần kiểm tra điều kiện hạn chế độ sâu của luồng lạch Đồ thị dưới đây cho vùng các điểm tương ứng với chiều chìm của các tàu

có công suất khác nhau Chiều chìm cần lấy giá trị lớn nhất theo điều kiện cho

phép trên tuyến đường vì chỉ tiêu kéo và kích thước chung của tàu phụ thuộc vào trị số này

Đồ thị 7: Sự phụ thuộc chiều chìm của tàu đẩy và tàu kéo-đẩy vào công suất của chúng và độ sâu các sông Vôn ga (X) và Missisipi (O)

Tuỳ thuộc vào chiều chìm, chiều rộng ghép đội phương tiện được kéo và các đặc trưng của tàu thiết kế, có thể sử dụng các công thức của S.P.Arsenhiep khi xác định sơ bộ kích thước chủ yếu của tàu kéo hoạt động vùng nội địa : + Chiều chìm của tàu đẩy hoặc tàu kéo khi có đủ dự trữ và thuyền viên :

Tàu đẩy kT = 0,85 – 0,90 ; Tàu kéo kT = 0,90 – 0,95

Chiều chìm tàu có thuyền viên và dự trữ tối thiểu cần phải đảm bảo hoạt

động bình thường của chong chóng( khi đó chiều chìm đuôi Tđ≈ 0,9T ) vì đường kính của chong chóng khi thiết kế phụ thuộc vào Tđ, công suất trên trục thiết bị

đẩy N0 và số vòng quay n của trục Trị số chiều chìm cần thoả mwn điều kiện này :

T ≥ 3/4

4 / 1 9

, 1

n X N

N (vg/s) – số vòng quay của trục chong chóng

Chiều dài tàu đẩy và tàu kéo xác định theo các điều kiện :

a) Đảm bảo dòng chảy tốt tới chân vịt :

L min = 8 BT ( m )

Với: hK≥ 4,1 βBT

b) Có được chỉ tiêu kéo cao và tính ổn định cần thiết:

Trên cơ sở phân tích các tàu có chỉ tiêu tốt, tỷ số L/B = ( 1,4 ữ 1,55 ) 3 L nên chiều dài L ≈ 1,8 B3/2 ( m )

c) Bố trí khoang máy với chiều dài nhỏ nhất :

am = 7,0 - Đối với động cơ Diesel không tăng áp

am = 6,1 - Đối với động cơ Diesel có tăng áp

am = 3,6 - Đối với các tàu nhỏ có động cơ cao tốc

Trên cơ sở các số liệu kể trên, S.P Arsenhiep kiến nghị sử dụng các công thức sau dùng xác định chiều dài, chiều rộng của tàu kéo-đẩy và tàu kéo thiết bị đẩy

Tàu kéo chuyên tuyến và tàu kéo-đẩy hoạt động vùng nước sâu, các tàu kéo-đẩy trực bến ( thuyền viên sống trên bờ)

L = aL N0,308

B = aB N0,205

Với : aL = 4,58 cho động cơ Diesel vòng quay trung bình không tăng áp,

aL = 4,18 cho động cơ có tăng áp , aL = 3,0 cho động cơ cao tốc Hệ số aB tương ứng bằng 1,85 ; 1,75 và 1,4

Tàu kéo chuyên tuyến và tàu kéo-đẩy hoạt động trên sông nhỏ, thuyền viên sống trên tàu(trong thân tàu và thượng tầng) :

L = 3,2 ( STV.nTV + amN2/3)0,46

B = 1,5 ( STV.nTV + amN2/3)0,308

Với : STV là diện tích nhỏ nhất cần thiết dùng bố trí phòng ở cho thuyền viên

nTV số thuyền viên

am =1,3 cho động cơ Diesel vòng quay trung bình không tăng áp

am = 1,05 cho động cơ có tăng áp ; am = 0,48 cho động cơ cao tốc

Từ yêu cầu bố trí thiết bị năng lượng trên các tàu kéo-đẩy loại nhỏ :

Bảng các hệ số béo đặc trưng của tàu kéo và tàu đẩy :

Giới hạn giá trị của các hệ số béo Loại tàu

Tàu kéo hoạt động vùng cấp SI 0,56 – 0,65 0,73 – 0,82 0,70 – 0,90 0,59 – 0,68

Khi lựa chọn hệ số béo thể tích có thể sử dụng các công thức của Alexander áp dụng cho tàu kéo biển và tàu kéo viễn dương vùng không hạn chế, các tàu kéo cảng có Fr = 0,30 – 0,36 :

δ = 1,08 – 1,68Fr

các tàu đẩy và tàu kéo sông cấp SII thay giá trị của số hạng đầu bằng trị số 1,13

Có thể sử dụng công thức của Caldvell áp dụng cho tàu kéo biển và tàu kéo viễn dương:

Các tàu kéo biển có hệ số béo sườn giữa β = 0,80 – 0,88 Tàu kéo và tàu đẩy chuyên tuyến β = 0,84 – 0,94 , các tàu kéo và đẩy tuyến sông nhỏ β = 0,93 – 1,0

Tàu kéo có tỷ số L/B nhỏ nếu β lớn hai mút tàu sẽ nhọn rất khó thực hiện

độ trơn của thân tàu Một số nhà đóng tàu nước ngoài kiến nghị đối với tàu kéo biển nên nhận β = 0,75 – 0,85

Hệ số béo đường nước α của tàu kéo thay đổi trong giới hạn 0,70 – 0,80

đối với tàu biển và 0,77 – 0,95 đối với tàu kéo và tàu đẩy sông Để giảm sức cản nên chọn ϕ = δ/β = 0,58 – 0,60 Tuy nhiên việc giảm nhỏ ϕ hơn nữa sẽ làm tăng diện tích sườn giữa, làm nhọn các đầu mút

Tương ứng với công dụng và vùng hoạt động, tàu kéo có dạng vỏ bao khác nhau Các tàu kéo sông nhỏ hoặc kéo Cảng sông có thể áp dụng dạng sườn gwy góc để giảm giá thành đóng tàu Tàu kéo ven biển, kéo vịnh và tàu kéo hoạt động vùng hồ thường áp dụng dạng vỏ dưa Bán kính lượn hông của tàu kéo biển R = 0,8 – 1,5 m còn ở tàu sông R ≈ 0,8 m Sườn mũi tàu kéo thường áp dụng dạng V

để giảm lắc dọc, loại trừ hiện tượng Slemin, cho khả năng lên sóng tốt còn sườn

đuôi dạng U Đối với tàu hoạt động vùng có băng phần dưới sống mũi nghiêng

từ 270 – 350 so với mặt nước chọn phụ thuộc vào tính ổn định hướng của tàu

Sự phụ thuộc của ϕ vào số Fr chỉ ra trên đồ thị sau :

Dạng đuôi vòm thường áp dụng cho tàu kéo, tàu đẩy hoạt động vùng nước nông Có vòm loại kín và vòm loại hở Các yếu tố của vòm kín :

l1/L = 0,33 – 0,45 ; l2/L = 0,10 – 0,12 ; l1/hT = 6 – 7 ; ∆1/T = 0,10 – 0,20 ∆2/T = 0,05 – 0,07 ; ε = 120 - 150

Độ lớn của ∆1, ∆2 phụ thuộc vào công suất máy chính Công suất tăng các trị số này cũng tăng nhưng ∆2 không vượt quá 0,1 chiều chìm nhỏ nhất khi tàu hoạt động

Các tàu kéo biển thường không có đoạn thân ống Tàu kéo sông đoạn thân ống chiếm từ 5% - 35% chiều dài tính toán

Đ11- Trọng lượng đơn vị của tàu kéo và tàu đẩy :

Lượng chiếm nước kg/m 3

Loại tàu

Thân tàu kg/m 3

LBH

P K

Hệ thống kg/m 3

LBH

P K

Máy móc kg/m 3

LBH

P K

Điện, liên lạc và

điều khiển kg/m 3

LBH

P K

Thuyền viên, lương thực kg/m 3

LBH

P K

Nhiên liệu, dầu, nước kg/m 3

LBH

P K

H B L

Tàu kéo biển 195 - 205 8 - 11 70 – 85 8 - 14 20 - 23 100- 150 270 - 320 350 - 420

Tàu kéo Cảng

tàu kéo Vịnh

170 -230 12 - 16 20 – 40 6 - 13 6 - 10 23 - 33 230 - 300 280 - 340

Tàu đẩy 200 - 220 5 - 12 30 – 60 5 - 13 4 - 9 40 - 70 260 - 310 320 - 380

Phương trình trọng lượng dạng đơn giản :

D = kΩ + q.N1.t + kC n t +0,023 ( k Ω +qM.N ) Trong đó :

k( t/m2 ) – Trọng lượng đơn vị của thân tàu cùng các trang thiết bị

qM (t/cv) – Trọng lượng đơn vị của máy móc

q( kg/cv-h) – Trọng lượng đơn vị của nhiên liệu và dự trữ hàng hải từ

10% - 20%

Ω ( m2) – Diện tích mặt ướt ; N1 (cv) – Công suất khai thác

t (h) – Thời gian hành trình ; kC ( t/ người – ngày đêm) – Trọng lượng

đơn vị cung cấp ; n (người) – số thuyền viên

N2(cv) – Công suất định mức

Trọng lượng đơn vị dùng cho phương trình này lấy theo bảng sau:

Loại tàu k ( t/m2) 1 chong

chóng 2 chong chóng q(kg/cvh) nước ngọt Trong nước biển Trong Tàu kéo vịnh

Hoặc sử dụng số liệu thống kê trọng lượng đơn vị PK (kg/m3 ) cho các loại tàu :

+ Tàu cứu hoả các loại PK = 135 – 145 + Tàu cứu hộ các loại PK = 140 – 150 Trọng lượng thân tàu bao gồm trọng lượng vỏ và trọng lượng trang thiết bị của các tàu cứư hộ chiếm ( 70 – 75 )%D , tàu cứu hoả chiếm ( 73 – 78 )%D

Động cơ Diesel cao tốc có hộp giảm tốc pM = 40 – 80

Để sơ bộ tính toán ổn định của tàu, chiều cao trọng tâm ZG ở trạng thái tàu không và khi toàn tải nhận gần đúng theo % chiều cao mạn như sau :

Loại tàu Tàu không Toàn tải

Đ12 – Bố trí thiết bị kéo và đẩy :

1- Thiết bị kéo :

+ Được lựa chọn theo đặc trưng cung cấp nêu trong quy phạm của Đăng kiểm, phụ thuộc vào chiều dài và đường kính của dây cáp kéo Các chi tiết của thiết bị kéo cũng chọn theo đặc trưng của cáp kéo

+ Trong một số trường hợp các chi tiết này được người thiết kế tính theo điều kiện khai thác

Sơ đồ bố trí thiết bị kéo của tàu kéo biển :

1,11- Đệm mềm chống va ; 2 – Lỗ kéo ; 3 – Lỗ chằng buộc ; 4 – Vòm kéo

5 – Con trạch ; 6 – Cáp kéo ; 7 – Cột kéo giữa ; 8 – Tời kéo ; 9 – Thanh hạn chế mạn ; 10 – Cột kéo mũi ; 12 – Puli định hướng ; 13, 15 ,18 – Cột bít mạn

17 - Đế để móc ; 19 – Tời đứng

Thiết bị kéo cần thoả mwn các yêu cầu cơ bản sau :

• Đảm bảo tin cậy

• Cho phép bố trí tất cả các dạng thiết bị kéo trên hành trình tiến và lùi với dây cáp kéo dài hoặc ngắn, đồng thời cả móc kéo

• Đảm bảo thuận lợi cho thao tác của dây cáp kéo giữa tàu này với tàu khác với phương kéo bất kỳ ra ngoài giới hạn của tàu không bị bật ra khỏi các chi tiết định hướng và cố định

• Không cho phép xuất hiện trên các chi tiết của thiết bị kéo các biến dạng dư dưới tác động của tải trọng giật dây cáp kéo ( hay nói cách khác là phải đảm bảo độ bền của các chi tiết )

• Việc bố trí các chi tiết của thiết bị kéo phải cho khả năng phục vụ và sử dụng thuận tiện các thao tác kéo

Để đáp ứng các yêu cầu kể trên, thiết bị kéo bao gồm Tời kéo, móc kéo, cung kéo hoặc tai dùng cố định móc kéo, cột khống chế tại mạn, thiết bị ngắt, cột kéo mạn, lỗ kéo đuôi, vòm kéo, cột kéo mũi trong mặt phẳng đối xứng và các cột bít dọc mạn để kéo trong hành trình lùi, cáp kéo chính và dự trữ, cáp dùng buộc dẫn qua palăng, quai nối, quai treo, đầu kẹp cáp, dụng cụ buộc và các chi tiết nhỏ khác

2 - Vị trí đặt móc kéo :

Vị trí đặt móc kéo càng thấp càng tốt theo chiều cao và nằm trong mặt phẳng đối xứng Theo chiều dài móc kéo không được bố trí phía trước trọng tâm tàu Móc kéo thường nằm sau trọng tâm tàu từ ( 2 - 8 )%L nhưng không nên vượt quá (12 – 15)%L

3 – Thiết bị chuyên dụng :

Tàu đẩy và tàu kéo-đẩy được trang bị các thiết bị chuyên dụng có công dụng liên kết đoàn phương tiện được đẩy với tàu đẩy

+ Thiết bị gồm 2 gối tựa là 2 giá đẩy bằng thép đặt ở mũi của tàu đẩy Trên sà lan được đẩy có đế tỳ cứng ( có thể bao gồm lò xo giảm chấn trong hệ thống ngắt lực đặt trên sà lan ) Liên kết này đơn giản và đủ tin cậy khi đoàn hành trình trên nước tĩnh và trên sóng nhưng khi tạo dựng đoàn đẩy mất nhiều thời gian và đòi hỏi tiêu phí nhiều lao động chân tay

+ Thiết bị chuyên dụng tự động hoá đảm bảo kết nối nhanh chóng tàu đẩy với

đoàn đẩy, không yêu cầu sử dụng lao động chân tay Thiết bị tự động hoá được trang bị phụ thuộc vào công suất của tàu đẩy, trọng tải của đoàn được đẩy và vị trí khoảng cách giữa các phần tử của đoàn Thiết bị chuyên dụng chia ra 2 nhóm:

A – Tàu đẩy nhỏ công suất Ne ≤ 300 cv và sà lan có trọng tải DW ≤ 1000 tấn

B – Tàu đẩy công suất Ne > 300 cv và sà lan có trọng tải DW > 1000 tấn

Chương 2 tàu container

Đ 1 - Giới thiệu chung :

Việc chuyên chở hàng bằng container có các ưu điểm sau so với công nghệ thông thường :

+ Tập trung lưu lượng hàng hoá

+ Liên kết các dạng vận tải khác nhau và tiêu chuẩn hoá quá trình vận tải + Tăng cường việc bảo quản hàng

+ Tăng khối lượng và cải thiện chất lượng dịch vụ vận tải

+ Tính cơ giới hoá cao, an toàn lao động cho thuyền viên và công nhân bốc xếp

+ Tăng năng suất lao động trong vận tải

+ Giảm mạnh nhu cầu về nguồn nhân lực

+ Giảm tối thiểu sự ô nhiễm môi trường

Những ưu điểm này thúc đẩy việc vận chuyển hàng bằng container phát triển mạnh mẽ Để vận chuyển container, cần phải xây dựng ngành vận tải chuyên dụng trong đó có tàu container Khi khảo sát, các tàu container được coi như một hệ thống kỹ thuật phức tạp cần tính đến ảnh hưởng của các nhân tố sau:

+ Môi trường bên ngoài ( vùng hoạt động, hạn chế tuyến chạy, kênh đào, thị trường chuyên chở )

+ Các yếu tố khác nhau của hệ thống vận tải container ( kích thước loại container , loại thiết bị bốc xếp ở cảng )

+ Phân hệ dùng đóng tàu container ( loại máy chính, việc sử dụng trang thiết bị )

Kết quả của việc phân tích hệ thống như vậy là cơ sở xây dựng mô hình toán học dùng thiết kế tàu container và thông qua chúng giải quyết nhiều bài toán tối ưu hoá trên máy tính

Tàu container kết cấu dạng ô mạng được coi như là khả năng lớn nhất dùng chuyên chở container và chiếm phần lớn trong đội tàu của thế giới dùng vận chuyển container Việc thiết kế tàu có phương pháp thao tác hàng theo phương nằm ngang đang được sử dụng để chuyên chở container cũng được đề cập đến

Các ký hiệu chủ yếu được sử dụng :

D ( tấn ) – lượng chiếm nước toàn tải

V ( m3 ) – thể tích chiếm nước toàn tải

L ( m ) – chiều dài giữa 2 đường vuông góc

B ( m ) – chiều rộng tàu

T ( m ) – Chiều chìm toàn tải

δ - hệ số béo thể tích khi tàu toàn tải

H ( m ) – Chiều cao mạn

α - hệ số béo đường nước chở hàng

nC – số lượng container trên tàu quy đổi qua các container có chiều dài 6,1 m

vS ( knot) - tốc độ hành trình của tàu

TEU – Twenty feet Equivalent Unit – container chiều dài 20 feet ( 6,1 m ) nhận với tư cách là chuẩn dùng tính toán Trường hợp thay đổi chuẩn sẽ có chỉ dẫn cụ thể

Đ2 – Hệ thống vận chuyển container

2.1 Khuynh hướng phát triển vận tải container:

Trong giai đoạn đầu, việc vận chuyển bằng container chủ yếu tiến hành giữa các nước phát triển Hiện nay xuất hiện nhiều tuyến container nối giữa các nước công nghiệp phát triển ở Nam Mỹ và các nước Trung Đông

Bảng 1 - Đặc điểm của một vài tuyến vận chuyển container nhiều nhất trên thế giới ( đến năm 1978 )

Hướng vận chuyển Số hng tàu Số tàu

Số container quy đổi

Viễn Đông – Bờ biển Thái Bình

Trong các năm 1984 - 1985 các hwng nước ngoài đw tổ chức các chuyến

đi vòng quanh thế giới với độ dài hành trình 80 - 84 ngày đêm Khoảng cách

hành trình 8 - 10 ngày đêm Quan tâm mạnh mẽ đến vận chuyển container nên Liên Xô cũ đw xây dựng hệ thống thống nhất vận chuyển container KTC trong khối SEV và các nước có vận tải bằng container với Liên Xô Chiếm phần lớn trong khối lượng vận chuyển container là vận chuyển trên biển và trên sông Hệ thống vận tải container trên biển là hệ thống tổ chức phức tạp, các thành phần chính của nó gồm : Tàu chuyển tải container, thùng container, đầu mối container Chúng ta khảo sát các đặc trưng của riêng hệ thống vận tải container trên biển

2.2 - Container dùng trong vận tải biển :

Danh mục hàng hoá chuyên chở bằng container không ngừng tăng lên, đó

là các hàng chính yếu dạng khác nhau, hàng rời, hàng lỏng và hoá chất các loại khác nhau trong đó có loại hàng đặc biệt nguy hiểm trong chuyên chở

Container dùng chuyên chở trên biển có thể phân loại theo các dấu hiệu sau : công dụng, kết cấu, vật liệu chế tạo, trọng lượng lớn nhất Không phụ thuộc vào công dụng, vật liệu, kết cấu, các container biển đều có kích thước tiêu chuẩn Năm 1968 tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO đw thống nhất tiêu chuẩn về container bao gồm kích thước bao ngoài, trọng lượng khai thác lớn nhất, các nút kết cấu của container cho phép bảo quản các container khi xếp dỡ và cố định trên các phương tiện chuyên chở

Trong các tính toán, với tư cách là tiêu chuẩn giả định chúng ta sử dụng container loại 1C được ký hiệu TEU ( Twenty feet Equivalent Unit )

Việc tiêu chuẩn hoá các kích thước của container cho phép công nghệ thao tác chúng dễ dàng và tăng năng suất của công tác xếp dỡ Các kích thước tiêu chuẩn của container đóng góp ở mức độ đáng kể trong việc xác định hai nhân tố của hệ thống vận tải container là Tàu và Đầu mối

Bảng 2- Kích thước các loại container ISO dùng vận tải biển

Thực tế khai thác container cho thấy thể tích bên trong của container khi vận chuyển hàng tỷ trọng nhỏ thường không đủ vì vậy người ta chú ý đóng riêng loại container có chiều cao lớn ( bảng 3 ) Sự phân bố số lượng các container trên thế giới theo chiều dài và vật liệu đưa ra trong bảng 4 và bảng 5

Bảng 3 - Sự phân bố số lượng các container trên thế giới theo chiều cao

Chiều cao container

( ft/m )

Dạng hình trụ *

4,0 1,22 8,0 2,44 8,6 2,59 9,0 ** 2,74 9,6 ** 2,93 Các loại

khác

% số lượng các

* Các container tấm , ** các container của hwng Sea- Land

Bảng 4 - Sự phân bố số lượng container tổng hợp trên thế giới theo chiều dài

Bảng 5 - Sự phân bố số lượng các container tổng hợp trên thế giới theo vật liệu

cộng

% container tổng

Phần lớn nhất trong bảng phân bố container theo công dụng trên thế giới

là container tổng hợp dùng chuyên chở hàng bách hoá và hàng đơn chiếc, hàng thực phẩm, hàng công nghiệp như các chi tiết điện tử và công nghiệp in ấn, các chi tiết dự trữ và các loại hàng khác không đóng thùng hoặc là bao gói

Hình 1 - Đặc điểm của container tổng hợp bằng thép

1 - Khuỷu góc ; 2 - Tấm nóc ; 3, 4 - Xà dọc và ngang của tấm nóc ; 5 - Gân mặt sườn 6 - Cửa nóc ; 7- Sàn ; 8 ,13 - Xà ngang và dọc của đáy ; 9 - Vách bên ;

10 - Các nút kiểu chạc dùng gắn kết với xe ô tô ; 11 - cửa sườn ; 12 - Thiết bị

đóng kín ; 14 - Cột góc ; 15 - Vách đầu ; 16 - Đáy ; 17 - Gân ngang của đáy

Container chuyên dụng bao gồm các container bảo ôn, đông lạnh dùng chuyên chở vật liệu thể rời, container xitéc

Container thông gió bảo ôn dùng chủ yếu để chuyên chở các sản phẩm đồ uống Đó là các container có vỏ cách nhiệt Lớp cách nhiệt hạn chế sự truyền nhiệt giữa môi trường bên trong và bên ngoài Container thông gió bảo ôn có thể

là container tiêu chuẩn 1C Lớp cách nhiệt là poliuretan dày 70 mm Sự thoát nhiệt khoảng 18,5 Cal/ h.grad khi nhiệt độ trung bình của vách là 100C Trọng

lượng vỏ không của container là 2,35 tấn Để đảm bảo sự truyền dẫn làm mát hoặc là sưởi ấm bằng không khí từ tổ máy tàu, ở các mút trước của container có

2 lỗ đường kính 254 mm

Container đông lạnh đó chính là container bảo ôn nhưng có thiết bị chuyên dụng đảm bảo nhiệt độ cần thiết Những năm gần đây việc chuyên chở hàng bằng container đông lạnh tăng đáng kể Theo nghiên cứu của hwng Driuri trong tổng dung tích của đội tàu container trên thế giới có 175 nghìn T.R của các tàu container đông lạnh Các tuyến chuyên chở chủ yếu : Châu úc - Bắc Mỹ, châu úc - châu Âu, Vùng biển Caribê - Châu Âu Các yêu cầu cơ bản đối với container bảo ôn và đông lạnh khi chuyên chở các hàng khác nhau đưa ra trong bảng 6

Bảng 6 - Yêu cầu về các tham số của container đông lạnh khi chở các sản phẩm

Nhiệt độ không khí, 0 C Khối lượng không khí thay đổi , giờ

ôn

Khoang không

Khoang không bảo ôn

Các container - xi téc dùng để vận chuyển hàng lỏng có kích thước bao ngoài thoả mwn tiêu chuẩn ISO Container - xi téc ISO chia ra loại khung và loại dầm Container loại khung có 4 thanh dọc bảo vệ thân xi téc và tiếp nhận tải trọng dọc

Hình 2 - Container - xi téc kết cấu khung

Container - xi téc kết cấu dầm không có các thanh dọc Thân vỏ các xi téc như vậy trực tiếp tiếp nhận áp lực bên trong và tải trọng bên ngoài phát sinh khi vận chuyển

Trong vận tải biển đw sử dụng rộng rwi các container - xi téc có kết cấu gấp

được Chúng là biến thể của container tiêu chuẩn ISO ( 6,1 x 2,44 x 1,3 m), trong khung của chúng có gắn vào các miếng đàn hồi bằng cao su nhân tạo tổng hợp Các container này được gấp ở các sườn và vách phía trên Chiều cao container khi gấp giảm đến 0,46 m

Hình 3 – Container-xitec kết cấu dầm

2.3 - Đầu mối container :

Đầu mối container tại các Cảng biển là tổ hợp các bến, kho chứa, các cơ quan hành chính và phụ giúp, các thiết bị xếp dỡ và phương tiện vận tải bên trong của đầu mối, các nhánh đường sắt, đường ô tô dùng cho các phương tiện vận tải xử lý và di chuyển hàng trong các container từ dạng vận tải này sang dạng vận tải khác với thời hạn ngắn nhất

Trong trường hợp chung nhất, đầu mối container bao gồm các yếu tố kỹ thuật sau:

1- Tuyến xếp dỡ hàng biển với diện tích thao tác, ở đó liên tục tiến

hành xếp dỡ hàng từ các tàu container và đồng thời xếp chồng các container được bốc dỡ từ tàu chờ xử lý hàng

2- Diện tích phân loại dùng xếp container dỡ từ tàu xuống và

container chờ xếp lên tàu

3- Diện tích xếp container dùng xếp container, xe nâng chờ xếp

lên tàu và các hình thức vận chuyển trên bộ khác

5- Tổ hợp các kho chứa có mái che có diện tích thao tác dùng

hình thành, phân chia và sắp xếp lại các container và xe nâng

Việc lựa chọn bố trí và kết cấu các yếu tố của đầu mối container có ảnh hưởng nhiều nhất đến kích thước, số lượng container và đặc điểm kết cấu của con tàu

Trang thiết bị xếp dỡ chuyên dụng của đầu mối container tương đối đa dạng Chúng bao gồm :

Hình 4 – Cầu chuyển tải tuyến trước của hãng KONE

Hình 5 – Cầu chuyển tải tuyến sau của hãng KONE

Hình 6 – Xe nâng chuyển của hãng VALMET

Đặc trưng của một vài phương tiện xếp dỡ hoạt động tại đầu mối container cho trong bảng 7

Bảng 7 - Đặc trưng của một số phương tiện thao tác container tại đầu mối

Loại phương tiện thao tác

quay vạn năng

Cầu chuyển tải tuyến trước

Cầu chuyển tải tuyến sau

Xe nâng

Sứcnâng tấn 34,0 30,5 40,0 40,0 Chiều cao nâng m 38,0 26,5 6,9 9,0 Tốc độ nâng hàng m/ph 25 – 50 40,0 6,0 10,0

Tốc độ di chuyển xe tời m/ph - 120 60 -

Năng suất container/giờ 10 - 15 25 - 30(55)* 25 - 30 -

* khi nâng 2 container 6,1 m đồng thời

Hiện có các hệ thống xếp dỡ áp dụng tại nhiều đầu mối cảng biển container, theo hàng loạt đặc điểm Kỹ thuật – Khai thác quan trọng được tập hợp lại trong một vài loại cơ bản , đối với các đặc trưng này là sự xử lý các tàu container cặp bến nhờ các thiết bị xếp dỡ chuyên dụng và các trang thiết bị kỹ thuật tương ứng khác nhau ở khu vực hậu phương của đầu mối container

Đ3 – Phân loại tàu container

Tầu Container được phân loại theo khả năng thích ứng với việc chuyên chở và theo vị trí xếp container bao gồm:

+ Tàu container chuyên dụng – tàu có kết cấu ô mạng, sử dụng lớn nhất thể tích dùng xếp container

Tàu container chuyên dụng + Tàu chứa contai ner – tàu chuyên chở container không trang bị thiết

bị chuyên dụng Các container đặt tại lỗ miệng hầm hàng và được cố định bằng dây cáp

+ Tàu thao tác hàng theo phương ngang – các container được xếp trên boong khoang hàng

+ Tàu dùng vận chuyển container và xà lan Last – Tàu được thiết kế chuyên chở xà lan Lats nhưng kích thước khoang hàng và miệng hầm hàng là bội kích thước của container tiêu chuẩn nên có thể dùng khai thác như tàu vận chuyển container

+ Tàu dùng chuyên chở container và hàng dạng khối – tàu kết cấu dạng dầm tương đương, các container xếp trong khoang và trên boong Loại tàu này tương đối ưu việt khi dùng chuyển tải, Chúng đóng vai trò chuyển tiếp trên tuyến

+ Tàu được trang bị lại dùng chuyên chở container – trong khoang hàng lắp đặt ô mạng container

+ Tàu lai container ( tàu Con-Ro) – Chuyên chở container như tàu ô mạng và cả trên boong hàng

Theo đặc trưng khai thác, tàu container chia ra tàu chuyên tuyến và không chuyên tuyến Các tàu không chuyên tuyến chạy tuyến ngắn và trung bình giữa các nhóm cảng container gần nhau còn tàu chuyên tuyến chạy viễn dương

Theo số lượng container và tốc độ hành trình các tàu con tai ner được chia thành 4 nhóm ( tương lai sẽ là 5 nhóm) “ Thế hệ mới” như trong bảng8:

Tàu lai container ( Con-Ro)

Bảng 8 – Tàu container “ Thế hệ mới”

Tên gọi Express Wesez Express Sidney Hămburg Express American Express của AESA Thiết kế

được nhiều nhất trong khoang nếu cạnh dài của container được xếp dọc theo chiều dài tàu và cách xếp này cho số container xếp dưới boong tăng từ 2 – 5% nhiều hơn so với khi xếp cạnh dài của container theo chiều ngang tàu Khi hệ số béo thể tích giảm thì sự khác biệt này sẽ tăng lên Các tàu container hiện đại có kết cấu ô mạng chỉ áp dụng phương thức xếp này

Các tàu container chở hàng trên boong, số container trên boong chiếm từ

65 – 100% tổng số container đối với các tàu không chuyên tuyến và đến 30% đối với các tàu chuyên tuyến

Để xác định gần đúng trọng tải và lượng chiếm nước của tàu container kết cấu ô mạng có thể sử dụng các công thức:

DW = ( 18 ± 3,8 ) nc (2.1)

D = DW/ ηD (2.2)

Hệ số lợi dụng lượng chiếm nước ηD chọn như sau :

ηD = min { q1, q2 ] (2.3)

Với q1 = 2,17.10-2 DW1/3 , q2 = 0,8 cho tàu chuyên tuyến

q1 = 0,01DW1/2 , q2 = 0,7 cho tàu không chuyên tuyến

Kích thước khoang hàng được xác định là bội số của kích thước container Qua khảo sát số liệu thống kê các tàu container đóng những năm gần đây cho mối liên hệ:

B = kMK bK (2.6) Với : kMK = 1,25 ± 0,06 – hệ số tính đến chiều rộng mạn kép

Chiều rộng và chiều chìm lớn nhất của các tàu container hiện nay được giới hạn bởi yêu cầu đi qua kênh đàoPanama Kênh đào này chỉ cho phép các tàu

có kích thước tối đa chiều dài 200 m, chiều rộng 32 m, và chiều chìm 11 m đi qua

Chiều cao mạn của tàu container phụ thuộc vào số lớp container xếp trong khoang và có thể xác định theo công thức:

H

h dd

= 0,108 ± 0,018 – hệ số kể đến chiều cao của đáy đôi

Đồ thị quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao tàu với số lượng container

Chiều dài tàu container phụ thuộc vào số hàng container trong khoang và số khoang hàng

Chiều dài trung bình của khoang chứa 4 chồng container dài 6,1 m có tính

đến khe hở và lối đi dọc bằng 28 ± 0,8 m Khi số chồng container giảm đi, chiều dài khoang cũng thay đổi tương ứng Sự phụ thuộc của chiều dài tàu vào chiều dài khoang hàng thể hiện kém hơn so với chiều rộng và chiều cao mạn Để làm

rõ điều này trước tiên xét ảnh hưởng chiều dài của các khoang máy, khoang mũi

và khoang đuôi Chiều dài của các khoang này thay đổi trong giới hạn yêu cầu nên hợp lí nhất là xác định chiều dài tàu từ việc giải phương trình trọng lượng và

điều kiện di động qua xác định chiều dài tương đối như trong lí thuyết thiết kế

Có thể sử dụng công thức:

l =

3V

L = ( 2,15 ± 0,09 ) vS1/3 (2.8) Trong đó: l là chiều dài tương đối

Bảng 10 - So sánh các tỉ số kích thước:

Các tỷ số kích thước Tàu

bình 12 tấn) cho hệ số à = 3,08 m3/t thậm chí bỏ qua không tính khe hở giữa các container và lượng thể tích tiêu hao do sử dụng kết cấu ô mạng ( vì vậy tỷ số H/T tăng lên)

Khi xác định tỷ số kích thước chính, hệ số béo thể tích của tàu container

có thể sử dụng các công thức :

= ( 1 , 04 10 ư3 + 5 , 40 ) ± 0 , 45

c

n B

L

(2.9) = ( 2 , 91 10 ư 4 + 1 , 33 ) ± 0 , 15

C

n T

0 ± khi Fr > 0,2 (2.12)

δ = 1,24 – 2,41Fr ± 0,048 khi Fr < 0,25 (2.13) 4.2 - Kiểu kiến trúc và kết cấu :

Chúng ta xem xét xác định một số yếu tố bố trí chung của tàu container Các tàu container có số lượng thùng 1000 – 1200 khoang máy thường đặt ở đuôi

Do tàu có tốc độ cao nên không gian khoang máy cần nhiều dung tích

Để đảm bảo tính di động đòi hỏi đường nước phía đuôi phải thon nhọn nên việc đặt buồng máy ở phía đuôi với các máy công suất lớn trở thành khó khăn

Chiều dài khoang máy được xác định theo nhiều yếu tố : vị trí khoang máy theo chiều dài tàu, công suất và loại thiết bị năng lượng, quy hoạch các máy móc và trang thiết bị, thể tích yêu cầu dùng cho công nghệ sửa chữa lắp ráp và các yêu cầu khác

Tuy nhiên các nhân tố cơ bản cho phép dùng xác định chiều dài khoang máy là vị trí khoang máy theo chiều dài, loại thiết bị năng lượng và công suất của động cơ chính

Đồ thị : Chiều dài khoang máy của tàu có động cơ Diesel vòng quay thấp Chiều dài khoang mũi, khoang đuôi của tàu xác định theo các công thức :

đảm bảo tính ổn định nên chiều cao đáy đôi tăng cao hơn trị số tối thiểu theo quy

định của quy phạm Trong thiết kế sơ bộ chiều cao đáy đôi có thể xác định theo công thức (2.7) Th−ợng tầng đặt ngay trên khoang máy loại trừ các tàu theo thiết kế của Mỹ nh− Sea – land , Sea – Witch còn có th−ợng tầng mũi

Đồ thị chiều dài khoang máy của tàu có động cơ Diesel vòng quay trung bình Chiều dài và chiều cao th−ợng tầng xác định theo công thức :

H = 0 , 9

2S ±

v

(2.16) Trong đó vS (hải lí) – tốc độ khai thác của tàu

Tàu container sử dụng miệng hầm hàng giữa tàu, 2 hoặc 3 miệng hầm theo chiều rộng.Việc lựa chọn số quầy miệng xác định theo số container trong dwy và trọng lượng nắp hầm Miệng hầm hàng giữa tàu chỉ áp dụng khi số container trong dwy ngang không lớn hơn 7, khi đó trọng lượng nắp không vượt quá 30 –

35 tấn để có thể đóng mở bằng cần trục Tàu container chỉ sử dụng loại nắp ponton

Kết cấu mạn kép cho phép tăng độ cứng của thân tàu khi chịu xoắn nên hệ

số miệng hầm đạt đến 85% Trong mạn kép dùng bố trí các két nhiên liệu, nước dằn, đặt lối đi dọc tàu và cửa vào các khoang container, đặt hệ thống ống và cáp

điện

4.3 - Các thành phần trọng lượng:

Việc tính toán trọng lượng tàu container trong giai đoạn thiết kế sơ bộ rất khó khăn do không đủ số liệu cần thiết Nếu chấp nhận giả thiết tổng trọng lượng của các vách dọc gần tương ứng với trọng lượng các boong giữa của tàu hàng khô thì có thể sử dụng các số liệu đủ tin cậy dưới đây khi thiết kế tàu container

Các thành phần trọng lượng của lượng chiếm nước tàu không được tính bằng phương pháp tính chuyển Sự phân hoạch trọng lượng thành các tải trọng có tính đến các nhân tố sau:

• Đạt được tính tự nhiên cao nhất của công thức

• Đảm bảo sự định vị của các tải trọng theo chiều dài và theo chiều cao

• Sự tương ứng mw số của toàn bộ các thành phần tải trọng với các trọng lượng thành phần sử dụng khi thiết kế

Giả thiết cơ bản khi xác định trọng lượng thân tàu nhận trọng lượng thân tàu tham gia vào thanh tương đương cho phép trong lần gần đúng đầu tiên tính

ảnh hưởng của momen uốn đến trọng lượng thân tàu Thành phần trọng lượng này khi tính cho tàu container, trọng lượng đơn vị sử dụng trong công thức như khi tính cho tàu hàng khô là xuất phát từ giả thiết nói trên Các mođun, trọng lượng đơn vị và công thức chứa độ lệch trung bình bình phương dùng tính lượng chiếm nước tàu không của tàu container như trong bảng 12

Bảng 11 - Mw số tương ứng của các tải trọng:

TT Tên gọi của các thành phần tải trọng M số

1 Trọng lượng thép của thân tàu tham gia vào

thanh tương đương 01010101 – 01010106 01010202 – 01010207

01010302

01010112 – 01010114

01010111 – 01010213

01010303 - 01010305

7 C¸c tÊm gia c−êng vµ bÖ m¸y 0102

10 S¬n , ThiÕt bÞ b¶o vÖ ( giÊy, ch× ) 0105 trõ ( 01050107 )

19 C¸c hÖ thèng khoang vµ hÖ thèng cøu ho¶ 0301, 0302 , 030701

No Tên gọi của các thành phần trọng l−ợng Trọng l−ợng P i ( tấn ) Hoành độ trọng tâm của trọng

l−ợng X Gi ( m )

Cao độ trọng tâm của trọng l−ợng

3 Th−ợng tầng và ống khói:

+ Buồng máy ở đuôi tàu

+ Buồng máy ở vị trí trung gian (0,12L – 7,6) nTV XVTKM +( 0,091± 0,330 ) L

XVTKM +(- 0,075 ± 0,370) L

(1,590 ± 0,200) H

5 Boong nâng mũi, lái

+ Chiều dài boong nâng mũi và lái lớn hơn 0,3L

+ Chiều dài boong nâng mũi và lái nhỏ hơn 0,3L ( 0,428 ± 0,66 )LB.10 - 2

( 1,24 ± 0,48 )L.B.10 - 2

( 0,261 ± 0,031) L ( 0,445 ± 0,028) L

(1,35 ± 0,10) H

11 Cách điện, cách nhiệt và lớp lót trong ( 1,36 ± 0,35 ).10 -1 (LBH) 2/3 ( 0,761 ± 0,062 )L ( 1,38 ± 0,15 ) H

) (

) (

2

) (

)

VTKM VSKM

f

VSKM f

VTKM

x x

x x

x x x

− α

α

2

dd h

H+

18 Xuồng và thiết bị cứu sinh ( 5,29 ± 0,92).10 -1 nTV xVTKM + (0,755 ± 0,206) (xVSKM – xVTKM) (1,79 ± 0,23).H

Các kí hiệu trong bảng : nVN - số vách ngang chính; nTV - số thuyền viên

xVTKM , xVSKM - hoành độ vách trước và vách sau của khoang máy

xf - hoành độ vách mũi, xα - hoành độ vách đuôi

Pm - trọng lượng máy chính ; N(kW)- công suất máy chính

Để tính toán vị trí trọng tâm tàu, chúng ta sử dụng hệ toạ độ chỉ ra trên hình sau:

Hệ toạ độ này cho phép các đại lượng nhận trị số dương, rất thuận tiện trong quá trình tính toán Trọng lượng trung bình của container loại IC khi thiết kế nhận bằng 13,4 tấn cho tàu chuyển tải và nhận giá trị từ 12,2 – 14,4 tấn cho tàu chuyên dụng Điểm đặc biệt của tàu container là toạ độ trọng tâm của khối hàng là đại lượng ngẫu nhiên không chỉ phụ thuộc vào số lượng container mà còn phụ thuộc vào lượng hàng chứa trong các container Trong lần gần đúng đầu tiên có thể giả thiết trọng lượng các container là phân

bố đều hoặc có qui cách còn độ lệch trọng tâm của các container khỏi trọng tâm hình học của nó có thể giả thiết tuân theo qui luật phân bố đều

Trọng lượng hàng của tàu container có thể xác định theo công thức :

Đại Tây Dương.Tàu được đóng bằng vật liệu gỗ truyền thống,chạy buồm nhưng chủ tàu

và thuyền viên tiếp nhận con tàu với thái độ e ngại do họ coi dầu là loại hàng nguy hiểm,