Tài liệu Thiết kế tàu vận tải đi biển
Chương 1
TÀU VẬN TẢI
1.1 TÀU CHỞ HÀNG ĐI BIỂN
Đội tàu đi biển (sea-going ships) làm nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa gồm hai
nhóm:
- Tàu hàng khô (dry cargo ships);
- Tàu chở hàng lỏng (liquid cargo ships).
Chương đầu của tài liệu này đề cập các tàu trong nhóm tàu chở hàng khô.
1.1.1 Nhóm tàu chở hàng khô
Tàu chở hàng khô có máy được phát triển ngay từ những ngày đầu ra đời máy
hơi nước. Có thể phác họa sự thay đổi về mặt kiến trúc tàu hàng như sau:
Giai đoạn đầu, người ta chế tạo tàu hàng dạng boong phẳng, người Anh gọi là
flush deck. Buồng máy nằm giữa tàu
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu Thiết kế tàu vận tải đi biển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Tài liệu Thiết kế tàu vận tải đi biển
![Tài liệu Thiết kế tàu vận tải đi biển Tài liệu Thiết kế tàu vận tải đi biển](https://s1.tailieuvn.net/xb70nb5jd4llaq8g/thumb/2021/12/02/tai-lieu-thiet-ke-tau-van-tai-di-bien_LaOUkTz97t.jpg)
TÀI LIỆU HỌC TẬP DÀNH CHO SINH VIÊN KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CƠNG TRÌNH NỔI THIẾT KẾ TÀU VẬN TẢI ĐI BIỂN Những người biên soạn: TRANG ĐỂ TRỐNG TRẦN CƠNG NGHỊ TÀI LIỆU HỌC TẬP DÀNH CHO SINH VIÊN KHOA ĐĨNG TÀU VÀ CƠNG TRÌNH NỔI THIẾT KẾ TÀU VẬN TẢI ĐI BIỂN Những người biên soạn: THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2005 3 4 MỤC LỤC Lời nói đầu 5 Chương 1. TÀU VẬN TẢI 7 1.1 Tàu chở hàng đi biển 7 1.2 Thiết kế tàu chở hàng 17 1.3 Thiết kế tàu vận tải 33 1.4 Máy chính và trang thiết bị tàu 37 1.5 Những tàu đã được chế tạo 45 Chương 2. TÀU DẦU 68 2.1 Lượng chiếm nước và trọng tải tàu. Trọng lượng tàu 73 2.2 Kích thước chính, các hệ số đầy. Đường hình tàu 81 2.3 Chiều dài khoang, dung tích các khoang 97 2.4 Kết cấu tàu dầu 111 2.5 Hệâ thống đặc biệt tàu dầu 122 2.6 Những mẫu tàu đã chế tạo 138 Chương 3. TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 1700 3.1 Thùng tiêu chuẩn 170 3.2 Tàu chở hàng thùng (container ship) 171 3.3 Những tàu đã chế tạo 193 Tài liệu tham khảo 202 5 Lời nói đầu Môn học THIẾT KẾ TÀU gồm các phần: 1- Lý thuyết thiết kế tàu; 2- Ngoại hình tàu và bố trí nội thất trong thiết kế tàu; 3- Thiết kế tàu chuyên dùng. Nội dung phần 1 và 2 đã được trình bày trong cuốn “Thiết kế tàu thủy” NXB ĐHQG TPHCM, in năm 2003, tái bản năm 2006. Phần thứ ba gồm những chuyên đề liên quan đến các kiểu tàu thông dụng được thể hiện trong cuốn HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ TÀU VẬN TẢI ĐI BIỂN với nội dung chủ yếu được đề cập: - Tàu chở hàng khô; - Tàu dầu; - Tàu container Các nội dung này sẽ cung cấp cho bạn đọc những thông tin, hướng dẫn cần thiết cho việc thiết kế tàu chuyên dùng. Những tư liệu được sử dụng cho việc biên soạn cuốn sách này chúng tôi tham khảo các nguồn như: từ các viện thiết kế, ngày nay gọi là các cơ quan tư vấn – thiết kế, từ Đăng kiểm Việt Nam, từ các nhà máy đóng tàu trong nước. Người viết xin chân thành cám ơn sự đóng góp hữu hiệu trên. Lần này cuốn sách HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ TÀU VẬN TẢI ĐI BIỂN ra mắt bạn đọc sau khi bổ sung chắc vẫn còn nhiều thiếu sót cả về nội dung và hình thức. Chúng tôi rất mong nhận được từ các bạn đồng nghiệp, quý độc giả nhiều ý kiến xây dựng, hoặc bổ sung tài liệu để giúp chúng tôi hoàn thiện tài liệu chuyên ngành cần thiết này trong lần tái bản tới. Rất cám ơn. Những người viết 6 TÀU VẬN TẢI 7 Chương 1 TÀU VẬN TẢI 1.1 TÀU CHỞ HÀNG ĐI BIỂN Đội tàu đi biển (sea-going ships) làm nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa gồm hai nhóm: - Tàu hàng khô (dry cargo ships); - Tàu chở hàng lỏng (liquid cargo ships). Chương đầu của tài liệu này đề cập các tàu trong nhóm tàu chở hàng khô. 1.1.1 Nhóm tàu chở hàng khô Tàu chở hàng khô có máy được phát triển ngay từ những ngày đầu ra đời máy hơi nước. Có thể phác họa sự thay đổi về mặt kiến trúc tàu hàng như sau: Giai đoạn đầu, người ta chế tạo tàu hàng dạng boong phẳng, người Anh gọi là flush deck. Buồng máy nằm giữa tàu. Giai đoạn tiếp theo, người ta cất cao khu vực buồng máy giữa tàu (bridge) và boong khu vực lái tàu (poop), boong khu vực trước tàu (forecastle) để tạo thành tàu hàng cấu trúc ba đảo (three island type). Theo thời gian, thượng tầng đuôi được kéo dài đến tận “cầu” (bridge) trên buồng máy hoặc thượng tầng mũi kéo lùi ra sau đến tận bridge buồng máy. Tàu hàng dạng này có tên gọi tàu kiến trúc tổng hợp hay còn gọi là tàu “giếng đơn” (single well). Giai đoạn cuối là tàu với boong nâng, với chiều cao thêm không nhiều so với mức ban đầu. Thông thường, tàu với boong nâng có buồng máy đặt phía sau tàu. Sau thời kỳ tàu ba đảo, con người còn nghĩ ra sáng kiến nối liền các đảo bằng những kết cấu gọn, nhẹ, còn trong khu vực mới "lấn chiếm" này người ta chở hàng hoặc súc vật. Tàu hàng kiểu này có tên gọi tàu boong che bạt (awning deck). Từ boong che bạt, boong phụ (spar deck) người ta tiến đến đóng tàu với kết cấu kiên cố hơn, tất cả boong tạm bợ được thay bằng cấu trúc bền. Mạn tàu được kéo đến tận boong trên, các vách được kéo lên tận boong trên song kết cấu vách phải thuộc dạng không bền vững, theo nghĩa vách phải được làm yếu, cửa mở trên vách đảm bảo các khoang thông với nhau. Điều đặt ra đầu tiên cho kết cấu vách dạng này, khi nước tràn vào bất cứ khoang nào nước đó có thể chảy đến khoang lân cận một cách thoải mái. Những lỗ khoét lạ này mang tên gọi thật sự chính qui: lỗ kiểm tra dung CHƯƠNG 1 8 tích đăng ký (tonnage openings). Các miệng hầm vào các khoang này cũng thuộc dạng kết cấu trên, mang tên gọi tonnage hatch. Tàu với những qui định kỳ lạ đó mang tên gọi tàu có boong che chắn (shelter deck). Tàu dạng này mang hai dấu đường nước chở hàng. Và nó được phổ biến trong thời gian không lâu. Sau thời gian thử nghiệm, khi những cải biến cho công ước quốc tế về đo dung tích ra đời (1969) người ta không quan tâm đến dạng tàu này nữa. Ngày nay, tàu vận tải được thiết kế và chế tạo theo dạng gần như đang chuẩn hóa, tàu cuối trên hình 1.1. Tàu này được thiết kế vào những năm 1960. Hình 1.1 Tàu chở hàng khô chạy biển qua các thời kỳ phát triển TÀU VẬN TẢI 9 Từ những năm 70, tàu chở hàng thùng tiêu chuẩn hoặc không tiêu chuẩn phát triển với tốc độ chóng mặt. Trong họ hàng tàu chở hàng thùng tiêu chuẩn hóa chúng ta gặp tàu container chở thùng (container), tiêu chuẩn hóa theo ISO, tàu chuyển hàng theo phương thức vận chuyển ngang, ghi theo tiếng Anh Roll-on, Roll-off, viết tắt Ro-Ro. Có thể nêu thêm, trong cùng kỳ này tàu chở hàng khô song bốc dỡ hàng theo phương thức cẩu lên đặt xuống, tiếng Anh viết là Lift-on, Lift-off (Li-Li) cũng ra đời và có mặt trên các đại dương. Theo thời gian tàu Li-Li không mang lại hiệu quả kinh tế như mong muốn của các chủ tàu nên nó tự đào thải. Tàu chở sà lan (barge-carrying vessels, barge carriers) ra đời trong thời kỳ cách mạng hóa công việc vận chuyển hàng hóa. Trong đội tàu chở hàng khô chúng ta còn gặp tàu chuyên dùng trong việc chở hàng lạnh như rau quả, thực phẩm tươi sống, thịt, cá v.v (refrigerated cargo ships). Tàu chở gỗ (timber carriers) phát triển một thời phục vụ chở gỗ tròn chưa chế biến và các bán thành phẩm từ gỗ. Ngày nay, người ta không thiết kế tàu chỉ làm một việc chở gỗ, song các tàu làm công tác tổng hợp có chức năng chở gỗ trên boong hoặc trong hầm hàng khi có yêu cầu. Số phận tàu chở súc vật sống (livestock carriers) không khác số phận tàu chở gỗ, có nghĩa sau thời kỳ phát triển đầu thế kỷ XX, từ những năm năm mươi kiểu tàu này ít xuất hiện. Tàu chở hàng rời (bulk carriers) chiếm lượng đáng kể trong đội tàu chở hàng khô. Từ những năm đầu thế kỷ XX, người ta đã đóng những tàu chở quặng đầu tiên. Từ sau chiến tranh thế giới lần thứ hai nhu cầu về nguyên liệu của các nước tăng đáng kể, tàu chở quặng (ore carriers) và tàu chở hàng rời tổng hợp (general bulk carriers) phát triển đáng kể. Tàu chở hàng rời được thiết kế để chuyên chở một mặt hàng cụ thể hoặc chở kết hợp nhiều mặt hàng. Các tàu chở quặng/dầu (ore/oil), quặng/hàng rời/dầu (ore/bulk/oil) đã lần lượt xuất hiện làm phong phú các kiểu tàu hàng rời. Các tàu nhóm này bạn đọc làm quen trong chương “Tàu chở hàng rời”. 1.1.2 Nhóm tàu chở hàng lỏng Tàu chở hàng lỏng (liquid cargo ships) chiếm phần lớn dung tích đăng ký đội tàu trên thế giới. Từ năm 1880 tàu chở dầu (tanker) chiều dài toàn bộ đến 77,6m trọng tải (deadweight) 1680 dwt đã ra đời làm việc vận chuyển dầu trên sông. Tàu chở dầu phát triển với tốc độ lớn. Kích thước chính của tàu chở dầu hiện vẫn đứng đầu bảng trong bảng xếp hạng các cỡ tàu. Trọng tải thiết kế của tàu tăng chậm từ 1880 đến chiến tranh thế giới lần thứ hai, từ 1500 dwt đến 12.000dwt. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, tốc độ lớn lên của sức chở những tàu dầu đạt những kỷ lục khó tìm thấy trong tương lai. Nếu năm 1953 tải trọng trung bình của tàu chỉ vào khoảng 20.000dwt, đến 1959 tàu dầu với tải trọng 30.000dwt được coi là bước tiến về kích cỡ. Chỉ vài năm sau mốc này, tải trọng tàu cỡ 100.000dwt không còn lạ. Hơn chục năm sau mốc trên, người ta đua nhau đóng tàu dầu khổng lồ gọi là những voi ma-mut của thời đại với trọng tải nửa triệu tấn/ chiếc (500.000dwt). Các tàu dầu hiện đại không chỉ chở dầu mà còn chở dầu thô, dầu đã qua chế biến v.v CHƯƠNG 1 10 Trong nhóm tàu chở hàng lỏng chúng ta còn quan tâm đến tàu chở khí hóa lỏng (liquefied gas carriers) và tàu chở hóa chất (chemical carriers) Nhóm tàu đông nhất trong đội tàu biển chở hàng khô thuộc tàu chở hàng tổng hợp, từ chuyên môn bằng tiếng Anh viết là general cargo ship. Tàu nhóm này có thể chở hàng đóng kiện, hàng lạnh, hàng đặc biệt và thậm chí hàng lỏng trong các thùng. Tài liệu Lý thuyết thiết kế tàu bàn chủ yếu về tàu nhóm này. Những đặc tính chính của tàu chở hàng tổng hợp có thể qui về sau đây: - Deadweight của tàu thay đổi trong phạm vi rất rộng, từ 2.000dwt đến khoảng 15.000dwt. Tàu với deadweight nằm ở giới hạn dưới chủ yếu dùng vận tải ven bờ, tàu lớn dùng cho tuyến biển đường dài. - Vận tốc tàu phụ thuộc hoàn toàn vào kích thước và chức năng tàu. Tàu chạy tuyến cố định, deadweight từ 5.000dwt trở lên thường khai thác ở vận tốc 13÷15 HL/h, tàu cỡ nhỏ chỉ chạy với vận tốc 11÷12 HL/h. Ngày nay tàu chạy đường dài thường được trang bị máy đủ mạnh, chạy với vận tốc 17÷18 HL/h. Từ những năm 1960 người ta thiết kế tàu chở hàng chạy nhanh, gọi là tàu cargo liner với deadweight đến 10÷14 nghìn tấn, chạy với vận tốc 20÷21 HL/h. - Dung tích riêng tàu chở hàng tùy thuộc vào chức năng. Tàu chạy tuyến đường quốc tế, tàu tramp tỷ lệ dung tích chở hàng chỉ vào khoảng 1,45÷1,65 m3/t, còn tàu liner mang giá trị tương ứng 1,85÷2,25 m3/t. Tàu nhóm này được thiết kế trong các dạng khác nhau. Tàu mang dáng dấp tàu chở hàng truyền thống được xếp vào nhóm tàu tiêu chuẩn. Trên cơ sở “tiêu chuẩn hóa” người ta đã thiết kế hàng chục mẫu tàu mang tính “vạn năng”, phục vụ cho thiết kế, chế tạo tàu chở hàng. Những mẫu tàu được coi là đạt yêu cầu dùng cho tàu với deadweight khoảng 14÷15 nghìn tấn, vận tốc 14÷15 HL/h. Tàu tiêu chuẩn này có thể dùng trong việc chở hàng tổng hợp, chở gỗ, chở hàng đóng gói và cả hàng rời. Mẫu tàu “Freedom” nổi tiếng một thời, deadweight 14.000 dwt có kích thước chính: L× B× H× T = 134,1× 19,80× 12,40× 8,64 (m) lắp máy chỉ có công suất 5300 PS song chạy đến vận tốc 14 HL/h. Nhằm đáp ứng yêu cầu chở hàng kích thước cồng kềnh hoặc đẩy nhanh tốc độ chất hàng, bốc dỡ hàng người ta phải mở rộng miệng hầm hàng theo chiều ngang và kéo dài theo chiều dọc. Thực tế này đã cho ra đời loạt tàu chở hàng miệng hầm rộng. Nếu chúng ta nhớ rằng, với hầm hàng hẹp trước đây, thời gian chất hàng, bốc xếp hàng chiếm đến 50% thời gian thao tác tại cảng, giá thành bốc xếp hàng chiếm tỷ trọng lớn trong giá khai thác, tàu miệng hầm hàng rộng đã tiết kiệm rất nhiều cho chi phí khai thác nhờ giảm thời gian thao tác cho các việc trên. Một số phương án bố trí miệng hầm hàng được giới thiệu tại hình 1.2. TÀU VẬN TẢI 11 Hình 1.2 Mặt cắt ngang qua khu vực có miệng hầm hàng tàu nhóm này có dạng như tại hình 1.3. Hình 1.3 Mặt cắt ngang tiêu biểu tàu hàng đi biển CHƯƠNG 1 12 Điều phải quan tâm khi thiết kế nắp đậy cho tàu nhóm này là chọn nắp đậy đảm bảo bền, chống thấm. Những tài liệu tham khảo về trọng lượng nắp đậy tàu cho trong bảng 1.1. Bảng 1.1 Trọng lượng tính cho 1m dài nắp đậy, (t) Chiều rộng, m Chiều cao, mm 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 400 0,28 0,39 0,53 0,70 0,90 1,22 2,08 3,41 5,48 8,23 300 0,30 0,42 0,54 0,70 0,86 1,07 1,30 1,75 2,64 3,97 400 0,34 0,45 0,56 0,70 0,87 1,08 1,30 1,64 1,99 2,45 Chúng ta thử áp dụng các dữ liệu thống kê trên tính trọng lượng nắp đậy hầm hàng tàu cỡ trung bình gặp trong thực tế. Tàu với deadweight khoảng 5000dwt có chiều dài hầm hàng khoảng 50m. Tùy thuộc chiều rộng nắp hầm, trọng lượng tính toán sẽ như sau. Bảng 1.2 Trọng lượng nắp đây, t Chiều rộng (đơn vị) Chiều cao miệng, mm 7 9 11 12 400 45 105 275 410 300 43 65 130 130 200 43 54 100 125 Những kết cấu mới đòi hỏi người thiết kế phải bố trí tàu thích hợp. Tàu hiện đại không chỉ có vách ngang mà nhiều tàu còn có vách dọc hoặc những vách dọc. Ngoài đáy đôi bắt buộc, nhiều tàu với miệng hầm hai dãy, ba dãy còn yêu cầu làm thêm mạn đôi. Trong khu vực giữa mạn trong và mạn ngoài người ta bố trí các két, các khoang chứa. Kết cấu mới kéo theo thay đổi không chỉ bố trí tàu mà cả đường hình tàu. Phân khoang tàu hàng kiểu mới cũng bị đổi thay. Bố trí trong các khoang hàng cũng được cải tiến so với trước. Khoang hàng tàu chở hàng khô tổng hợp không chỉ có một khoang (cargo hold) như trước đây mà luôn có boong giữa (tweendeck) và trong nhiều trường hợp còn có két, thường là két sâu (deeptank). Khoang hàng và tweendeck dùng chứa hàng khô, deeptank có thể dùng cho hai việc khác nhau: chở hàng lỏng, ví dụ dầu ăn, bia, sản phẩm từ dầu v.v, hoặc sử dụng vào việc chứa hàng lỏng, hàng khô khi cần. Trường hợp tàu chạy ở chế độ ballast, các két sâu làm nhiệm vụ két chứa nước dằn tàu. Vấn đề không dễ giải quyết khi bố trí khoang hàng cho tàu nhóm này là phân khoang hợp lý và đúng qui định về đảm bảo chống chìm. ... gặp trong các tàu đang vận hành thanh dẫn hướng làm từ thép hình cỡ 100× 100 hoặc 150× 150 (mm). Cụm thiết bị dẫn hướng vừa kể có thể có cấu hình như trình bày tại hình 3.10. Hình 3.10 Một trong những quan tâm của người thiết kế là khoảng cách giữa các thành khoang hàng chứa thùng, tính từ mép ngoài của thanh dẫn hướng cần phải có kích thước phù hợp, không lớn quá để thùng dễ bị xô khi đã vào tàu, khi tàu lắc, song không chặt quá dễ gây khó khăn trong việc đưa thùng vào, ra. Khe hở giữa các thanh dẫn và thùng được đưa vào không quá 40 ÷ 60mm theo chiều dài thùng và 25 ÷ 30mm theo chiều ngang. Phía dưới các thùng người ta bố trí sẵn các khóa chân nhằm giữ thùng cố định vị trí trên tàu (H.3.11). Hình 3.9 Thanh dẫn hướng CHƯƠNG 3 176 Hình 3.11 Thiết bị định vị, giữ chân thùng Các dụng cụ hỗ trợ định vị, giữ chân thùng được tiêu chuẩn hóa và trang bị trên tàu. Hình 3.11 giới thiệu các vật dụng thiết yếu này đang có mặt trên hầu hết tàu cùng nhóm. Hình 3.13 giới thiệu với bạn đọc cách giữ chân thùng trên boong bằng các thiết bị chuyên dùng được sản xuất tại nước ngoài. Sơ đồ cố định thùng trên boong nhờ thiết bị chuyên dùng nêu trên cùng cáp được trình bày tại hình 3.16. Một vấn đề cần được quan tâm khi thiết kế là các kết cấu phân khoang hàng thành từng ô nhỏ, gọi là các cell của khoang. Một trong các giải pháp đã được sử dụng được trình bày tại hình 3.17. Tại hình 3.17 kết cấu đánh dấu bằng số 1 là các dầm ngang và dọc phân ô khoang hàng. Số 2 tại hình chỉ két mạn. Hệ thống khung ngăn khoang chứa thùng được chế tạo dạng khung cố định trên boong hoặc khung không cố định. Khung cố định được trình bày tại hình 3.18, ngược lại tại hình 3.19 khung lắp ghép cũng làm cùng chức năng được trình bày để đối chiếu. Hình 3.12 TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 177 Hình 3.13 Giữ thùng trên boong Container phải được xếp chồng, tư thế thẳng đứng. Trong mọi trường hợp chằng buộc container nhằm tránh di dịch trong khai thác luôn là điều bắt buộc. Xếp chồng và xếp theo hàng ngang container và cố định container nêu tại hình 3.13. Hình 3.14 Cố định container CHƯƠNG 3 178 Hình 3.15 Cơ cấu bảo vệ các thùng trên boong Hình 3.16 Cố định thùng trên boong Hình 3.17 Phân ô cho khoang hàng tàu chở thùng TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 179 Hình 3.18 Khung cố định Hình 3.19 Khung lắp ghép Hình 3.20 trình bày hệ thống khung trên tàu chở hàng thùng đang hoạt động. Sơ đồ a giới thiệu hệ thống khung cùng nắp hầm hàng co gấp được. Hình b cũng hệ thống khung trên song nắp hầm có thể nhấc lên, tháo ra. Hệ thống c trình bày thêm kết cấu độc đáo, mang số 2, vách ngăn (thực ra là khung) di động. CHƯƠNG 3 180 Hình 3.20 Bốc dỡ thùng vào/ra tàu Tàu container tự bốc dỡ hàng được trang bị cẩu di động, di chuyển dọc tàu. Thông lệ đây là cẩu thuộc họ cẩu “con dê”, theo cách gọi trìu mến của những nhà thiết kế cẩu. Con dê này có khả năng nhấc container từ tàu lên cao khỏi mặt boong, di chuyển đến vị trí xác định thả thùng xuống xe hàng chờ sẵn tại bến. Xe đón thúng phải nằm đúng dưới con son cẩu tàu. Bốc thùng từ bờ lên tàu thực hiện theo qui trình ngược lại. Thông lệ người ta bố trí hai cẩu trên mỗi tàu, trong đó một cẩu làm việc, cẩu thứ hai làm lực lượng dự phòng. Cần nói thêm, trên một số tàu thay vì cẩu con dê chúng ta thấy các cẩu quay thông dụng. Hình 3.21 giới thiệu tàu cùng hai cẩu quay sức nâng mỗi cẩu 25t đã được đưa vào sử dụng từ những năm 1970. TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 181 Hình 3.21 Phần lớn tàu container không trang bị cẩu riêng. Trong những trường hợp ấy tàu phải sử dụng hệ thống cẩu bờ. Một trong những cẩu bờ, họ “con dê”, hình dáng và cấu tạo không khác nhiều nếu so với cẩu tàu được giới thiệu tại hình 3.22. Những cẩu này có sức nâng trong vòng 30 ÷ 35t. Tầm vươn hay chiều dài đoạn conson đến 40m. Hình 3.22 Cẩu bờ chuyên bốc dỡ container CHƯƠNG 3 182 Thiết kế tàu chở hàng thùng Thiết kế tàu chở container theo thứ tự sau: 1. Tính chọn kích thước sơ bộ có tính đến hạn chế kích thuớc do tuyến đường khai thác. Hình 3.22 Chọn kích thước chính 2. Xác định hệ số CB trong quan hệ với số Froude v gL/ 3. Xác định sơ bộ công suất máy chính dựa vào đồ thị tại hình 3.23 TEU TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 183 Hình 3.23 Công suất máy tàu container trong tính sơ bộ 3. Tính trọng lượng vỏ thép, trang thiết bị, buồng máy dựa vào các đồ thị 3.24, 3.25 dưới đây. Hình 3.24 Trọng lượng vỏ thép tàu container Hình 3.25 Trọng lượng trang thiết bị tàu container CHƯƠNG 3 184 5. Xác định lượng chiếm nước 6. Kiểm tra công suất máy chính nhằm đảm bảo vận tốc khai thác dựa vào các công thức kinh nghiệm Hình 3.26 Sơ bộ xác định công suất máy chính Hình 3.27 Công suất máy chính tàu container tùy thuộc vào lượng chiếm nước và tốc độ thử tàu 7. Tính chiều chìm tàu: = × × B Dd L B C TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 185 8. Kiểm tra chiều cao mạn khô Fb 9. Tính trọng lượng tàu và trọng tâm tàu cho các trường hợp: tàu không, tàu đầy tải, tàu chạy ballast. 10. Tính kiểm tra chiều cao tâm nghiêng ban đầu GM 0 Từ sơ đồ nêu trên đây có thể xây dựng các thủ tục thiết kế khác nhau. Một trong những ví dụ sử dụng cách làm đang đề cập bạn đọc có thể tham khảo thiết kế nêu sau. Xác định kích thước chính tàu chở container sức chở 500 thùng 40ft, viết là 500FEU, và 500TEU, khai thác ở vận tốc v = 23HL/h. Trọng lượng trung bình container 40ft 20 tấn, loại 20ft 12 tấn. Dự kiến bố trí ba chồng conatiner chiều cao 8ft hoặc 8,5ft trên boong chính. Tầm hoạt động 10.000 hải lý. Chủ tàu yêu cầu sử dụng tuabin hơi làm động cơ chính. Số TEU tương đương: 500 × 2 + 500 = 1.500TEU Từ đồ thị 3.22 xác định sơ bộ: Lpp = 215m; B = 30,5m; D = 16,5m. Vận tốc tàu v = 23HL/h, đổi thành 23 × 0,5144 = 11,8m/s Số Froude = = × =Fr v gL/ , / , ,11 8 9 81 215 0 258 Từ đồ thị xác định CB = f(Fr) = 0,59 Công suất xác định sơ bộ: BHP = 40.000HP Xác định trọng lượng tàu không Wligh theo các đồ thị nêu trên: Trọng lượng KG Thép 9.300t 9,4m Trang thiết bị 2.800t 14,1m Buồng máy 1,283t 7,8m Cộng 13,380t Dự trữ 400t Tàu không 13.780t Xác định lượng chiếm nước: Tàu không 13.780t Container 20ft 6.000t Container 40ft 10.000t Nhiên liệu 4.300t Thủy thủ đoàn, dự trữ 400t Lượng chiếm nước 34.480t Kiểm tra lại công suất máy chính theo lượng chiếm nước 34.480t và vận tốc tàu 23HL/h, hình 3.27 : BHP = 27.000HP. Nhận dự trữ công suất 25%, công suất máy chính cần thiết phải là: 1,25×27.000HP = 33.750HP CHƯƠNG 3 186 Tính lại trọng lượng buồng máy, trọng lượng tàu không: Trọng lượng buồng máy 1.180t Nhiên liệu 3.515t Trọng lượng toàn bộ 33.595t Kiểm tra lại công suất máy chính theo lượng chiếm nước 33.595t và vận tốc tàu 23HL/h, hình 3.27, sau khi nhân với 1,25 sẽ nhận được: BHP = 32.500HP. Nhiên liệu giảm theo tỉ lệ giảm công suất máy chính, chỉ còn lại 3.385t. Lượng chiếm nước tàu: Δ = 30.080 + 3.385 = 33.465t. Chiều chìm tàu: = =× × ×d ,, , , 33465 8 4 1 025 215 30 5 0 59 m Kiểm tra chiều cao tâm nghiêng ngang GM của tàu: = −GM KM KG Chiều cao trọng tâm tàu tính theo bảng sau: Bảng 3.2 Tính trọng lượng, trọng tâm tàu Trọng lượng Trọng tâm momen (t) (m) (t-m) Tàu không 13.680 10,2 139,540 Hàng 16.000 14,2 227.200 Nhiên liệu 3.358 6.1 20.650 Các phần khác 400 8,3 3.320 Tổng cọng 33.465 11,7 390.710 × ×= = =∇ Δ 3 268 100 1 025 . / , IT WLT C L BIBM m4 Hệ số CIT tính theo công thức gần đúng 0,937CP -0,0122. = =0 54 4 5, ,KB d m = − = + − =GM KM KG KB BM KG( ) ,1 0m TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 187 Thiết kế dựa vào tàu mẫu Thông số các tàu nêu sau có thể dùng làm tài liệu tham khảo khi thiết kế. Bảng 3.3 Tàu container Tên gọi Tàu cỡ nhỏ Tàu cỡ lớn Chiều dài toàn bộ, m 186 220 Chiều dài giữa hai trụ, m 177 206 Chiều rộng, m 23,8 29 Chiều cao, m 16,6 16,5 Chiều chìm trung bình, m 9,64 10,4 Sức chở, DWT 14.600 24.124 Lượng chiếm nước, T 22.080 33.700 Dung tích hầm hàng, m3 27.800 37.100 Dung tích khoang hàng lạnh, m3 1.789 Container trong khoang, TEU 612 527 Container trên boong, TEU 316 178 Nhiên liệu, T 3.380 6.943 Nước ngọt, T 230 588,7 Trọng lượng tàu không, T 7.480 14.574 Máy chính, kiểu Tua bin Tua bin Công suất máy, HP 17.500 32.000 Vận tốc tàu, HL/h 20,0 22,8 CHƯƠNG 3 188 Hình 3.28a Tàu container TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 189 Hình 3.28b Tàu container nhỏ CHƯƠNG 3 190 Hình 3.29a Tàu container theo thiết kế USA TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 191 Hình 3.29b Tàu container theo thiết kế USA, phần mũi CHƯƠNG 3 192 Hình 3.30 Bố trí container trên tàu chở hàng thùng thiết kế châu Âu Khác với cách tính chọn kích thước tàu chở hàng tổng hợp, tàu chở thùng cần được thiết kế để chở đủ lượng thùng, tính bằng TEU, như yêu cầu song kích thước không được quá lớn. Trước khi tính chọn các thông số chính nhất thiết phải xác định bằng đồ họa hoặc các cách tương thích chiều rộng, chiều dài hầm hàng nhằm bố trí được một hoặc nhiều dãy ngang, một hoặc nhiều dãy dọc các thùng. Chiều cao tàu cũng được tính toán sơ bộ nhằm đảm bảo chất được một hoặc nhiều chồng container trên tàu. Nói cách khác, chiều dài và chiều rộng hầm hàng là bội số của chiều dài và chiều rộng thùng tiêu chuẩn (20’ và 8’). Thông số còn lại liên quan đến sức chở của tàu có thể tính theo cách sau. DW = 20n trong đó n - số thùng tiêu chuẩn theo ISO, hoặc hiểu theo cách khác là số TEU. Hệ số sử dụng deadweight tính theo công thức: ηDW = 0,54 + 0,006DW TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 193 Công thức trên phù hợp cho tàu cỡ DW = 5 ÷ 25 × 103 dwt. Dung tích khoang hàng được tính trên cơ sở hệ số dung tích μ = 2,2 ÷ 2,4 m3/t. Kết quả thống kê các tàu đang sử dụng có thể đưa ra như sau: Tỷ lệ: H T = 1,60 ÷ 1,85; B T = 2,5 ÷ 3,0 3.3 NHỮNG TÀU CHỞ HÀNG THÙNG ĐÃ ĐƯỢC CHẾ TẠO 1. Tàu container Hakone Maru do Nhật Bản đóng Chiều dài 175,0m Chiều rộng 26,0m Chiều cao mạn 15,5m Chiều chìm 9,5m Công suất máy chính 27.800 HP Vận tốc khai thác 22,6 HL/h Deadweight 15.000 t Tàu một boong, sáu khoang hàng. Buồng máy tàu đặt phía lái. Tàu được thiết kế để chở thùng tiêu chuẩn 20’ (TEU) theo chuẩn ISO, kiểu IC song có thể chở thùng 40’ (FEU) kiểu IA của ISO. Sức chở của tàu 752 TEU. Trong số thùng này 486 TEU bố trí trong các khoang, 266 TEU (chiếm 35%) bố trí trên boong. Phần giữa tàu người ta sắp container thành 7 hàng ngang. Trên miệng hầm hàng bố trí chín hàng container. Theo chiều dọc và chiều cao tiến hành bố trí các hàng và chồng theo sơ đồ sau. Bảng 3.4 Khoang hàng No 1 No 2 No 3 No 4 No 5 No 6 Hàng 1 2 3 4 4 3 Chồng 4 5 6 6 6 3 /4 Số chồng trên nắp hầm hàng : 2. Tàu có 17 miệng hầm hàng. Bố trí dọc của tàu được trình bày tại hình 3.33. CHƯƠNG 3 194 Hình 3.33 Tàu chở container Hakone Maru Hình 3.34 Mặt cắt ngang tàu chở hàng thùng Hakone Maru TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 195 Hình 3.35 Tàu container hiện đại Mặt cắt ngang tàu được giới thiệu tại hình 3.35 tiếp theo. Đáy đôi tàu cao 1690mm. Mạn đôi của tàu có chiều rộng mỗi mạn 3540mm. Các két trong đáy đôi, mạn đôi, deeptank dưới khoang No1, forepeak và afterpeak dùng chứa dự trữ của tàu và nước dằn. Tổng dung tích các két chứa dự trữ 3.370m3, chứa ballast 6.770m3. Tàu container đóng tại Việt Nam năm 2005-2006 có kích thước như sau: Chiều dài toàn bộ 184,1m Chiều dài giữa hai trụ 171,94m Chiều rộng 25,3m Chiều cao đến tweendeck 9,5m Chiều cao tính đến boong chính 13,5m Lượng chiếm nước 30.830t Chiều chìm 9,9m Công suất máy chính 13.320kW/113rpm Vận tốc trạng thái chở đầy tải 19,8HL/h Vận tốc tàu chạy dưới ballast 20,2HL/h Tầm hoạt động 15.000 NM CHƯƠNG 3 196 H ìn h 4. 36 a B ố tr í c hu ng t àu c on ta in er 1 70 0T E U TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 197 H ìn h 4. 36 b CHƯƠNG 3 198 H ìn h 4. 37 a X ếp c on ta in er t re ân ta øu TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 199 H ìn h 4. 37 b X ếp c on ta in er t re ân bo on g CHƯƠNG 3 200 H ìn h 4. 38 a B ố tr í c ác t an ks t àu c on ta in er TÀU CHỞ HÀNG THÙNG TIÊU CHUẨN 201 H ìn h 4. 38 b B ố tr í c ác t an ks t àu c on ta in er TÀI LIỆU THAM KHẢO 202 Tài liệu tham khảo 1. Ashyk V.V., 1975, 1985, “Проектирование судов”, Thiết kế tàu, tiếng Nga, NXB “Đóng tàu”, Leningrad. 2. Logatchev S. I., 1970, “Морские танкеры”, Tàu dầu đi biển, tiếng Nga, NXB “Đóng tàu”, Leningrad. 3. Manning G. C., 1956, “The Theory and Technique of Ship Design”, New York. 4. Melio M. D’Arcangelo (chủ biên) cùng nhóm tác giả, 1969, “Ship Design and Construction”, SNAME, N.Y. 5. Munro-Smith R., 1964, “Merchant Ship Design”, Hutchinson, London. 6. Munro-Smith R., 1967, “Applied Naval Architecture”, Longman, London. 7. Munro-Smith R., 1975, “Merchant Ship Types”, The Institute of Marine Engineers, London. 8. Nogid L. M., 1976, “Проектирование морских судов”, Thiết kế tàu biển, tiếng Nga, NXB “Đóng tàu”, Leningrad. 9. Taggart R., (chủ biên) cùng nhóm tác giả, 1980, “Ship Design and Construction”, SNAME, N.Y. 10. Nhóm tác giả: Nguyễn Đức Ân, Nguyễn Bân, Hồ Văn Bính, Hồ Quang Long, Trần Hùng Nam, Trần Công Nghị, Dương Đình Nguyên, “Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy, Tập I”, 1978, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 11. Trần Công Nghị “Thiết kế tàu thủy”, 2006, tái bản lần thứ nhất, NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh.
File đính kèm:
tai_lieu_thiet_ke_tau_van_tai_di_bien.pdf