Bộ giáo dục và đào tạo bộ giao thông vận tải TRờNG ĐạI HọC hàng hải khoa đóng tàu Luận văn tốt nghiệp đại học Thiết kế tàu hút bùn không tự hành năng suất hút 73 m 3 /h Tính theo đất, chiều sâu hút tối đa 12m hoạt động trên tuyến sông Bạch đằng hải phòng Chuyên ngành: Vỏ tàu thuỷ Mã số: 18 - 04 - 21 Lớp: Vỏ tàu thuỷ 43- ĐH2 Ngời thực hiện: Nguyễn Xuân hoàng Ngời hớng dẫn: Nguyễn Tiến lai Ngời phụ đạo: TS. Lê hồng bang hải phòng - năm 2006 lời nói đầu Ngày nay tất cả các ngành khoa học kĩ thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ nhanh chóng và ngày càng hiện đại . Giao thông vận tải là một ngành sản xuất đặc biệt ,nó không trực tiếp sản xuất ra sản phẩm nhng lại giữ một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân .Giao thông vận tải nói chung và giao thông vận tải thuỷ nói riêng là điều kiện cơ bản để phát triển sản xuất và lu thông hàng hoá . Nớc ta nằm ở Đông Nam ácó đờng bờ biển dài 3200km ở vào vị trí rất thuận tiện cho ngành giao thông vận tải thuỷ phát triển .Hiện nay do điều kiện khách quan ngành giao thông vận tải thuỷ nớc ta đang phát triển với một trình độ nhất định .Nhng với sự quan tâm của đảng và nhà nớc ,ngành giao thông vận tải thuỷ nớc ta nhất định còn tiến xa hơn nữa . Sau năm năm học tập và rèn luyện trong trờng đại học hàng hải ,tôi nhận đợc nhiệm vụ thiết kế tàu hút bùn có năng xuất 73m 3 /h vùng hoạt động tại sông Bạch Đằng Hải Phòng .Với sự nỗ lực hết sức của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy ,cô giáo ,em đã hoàn thành nhiệm vụ đợc giao Tuy nhiên với khả năng bản thân ,với thời gian và điều kiện tham khảo còn hạn chế ,nên đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót .Mong các thầy các cô giáo và toàn thể các bạn giúp đỡ em nhận thấy những sai sót của mình để đề tài đợc hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cám ơn! Phần i Tuyến đờng tàu mẫu Giáo viên phụ đạo: TS. Lê Hồng Bang 1. Tuyến đờng Sông Bạch Đằng Hải Phòng nằm ở vĩ độ 20 o 52 Bắc, 106 o 42 Đông 1.1 Điều kiện khí hậu 1.1.1 Chế độ gió Phù hợp với chế độ gió mùa của nớc ta nên sông Bạch Đằng chịu hai mùa rõ rệt - Gió mùa Đông Bắc và gió Bắc xuất hiện từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau. - Gió mùa Đông Nam và gió Nam xuất hiện từ tháng 4 đến tháng 8. * Quý 1 (Từ tháng 1 đến tháng 3) Hớng gió thịnh hành là Đông Bắc. Cuối quý bắt đầu chuyển dần về Đông Nam, tỗc độ gió trung bình vào khoảng (2,5 3) m/s. Tốc độ gió cực đại 16 m/s. Trong những đợt gió mùa Đông Bắc mạnh có thể lên tới 20m/s. * Quý 2 (Từ tháng 4 đến tháng 6) Hớng gió thịnh hành ở Đông Nam, tỗc độ gió trung bình là khoảng (20 22)m/s. Trong những năm bão sớm vào tháng 5 thì tỗc độ (2,5 3)m/s. Gió có thể lên tới (17 32)m/s. * Quý 3 (Từ tháng 7 đến tháng 9) Đây là thời kỳ gió và bão hội tụ mạnh mẽ, hớng gío thịnh hành là Đông và Nam, riêng trong tháng 9 có ảnh hởng của gió mùa Đông và Bắc, nên cuối quý thờng có gió mùa Đông Bắc thịnh hành. Tốc độ gió trung bình vào khoảng (2,5 3) m/s. Tốc độ gió cực đại khoảng 18m/s, đây là thời kỳ bão hoạt động mạnh mẽ nhất trong vùng này. * Quý 4 (Từ tháng 9 đến tháng 12) Hớng gió thịnh hành là Đông Nam, tỗc độ trung bình khoảng (2,5 3)m/s, tốc độ cực đại lên tới 27m/s. 1.1.2 Nhiệt độ không khí * Gió mùa Đông Bắc (Quý I và quý II) - Nhiệt độ cao nhất trong thời kỳ này dao động trong khoảng ( 19 20) o C, riêng tháng 4, tháng 10, tháng 11, nhiệt độ vào khoảng (25 28) o C. - Nhiệt độ thấp nhất vào khoảng (14 17) o C * Gió mùa Đông Nam (Quý III và quý IV) - Nhiệt độ trung bình vào khoảng (25 28) o C - Nhiệt độ cao nhất dao động trong khoảng (29 32) o C - Nhiệt độ thấp nhất vào khoảng (22 25) o C 1.1.3 Chế độ thuỷ triều Chế độ thuỷ triều ở Sông Bạch Đằng là chế độ bán nhật triều với mực nớc cao nhất là 5m. Biên độ dao động là 4,2m Mức độ thuỷ triều thấp nhất là 2,5m 1.1.4 Độ sâu luồng lạch Sông Bạch Đằng có độ sâu (4 5) m, có khả năng tiếp nhận các tàu có trọng tải lớn vào cảng và sửa chữa tại các nhà máy khi có nớc lớn là (4 5)m. 2. Tàu mẫu Thông số 180P6 220P6 220P8 Q(m 3 /h) 20 60 20 60 40 100 Ltk 9 10 10 B 3.6 4.3 4.3 T 0.8 0.9 0.9 L/B 2.5 2.33 2.33 B/T 4.5 4.7 4.7 Độ sâu hút(m) 5 6 4 Khoảng cách xả(m) 250 500 250 Trọng lợng toàn tàu(T) 18 24 25 3. Phơng án thiết kế 3.1 Thiết bị Tàu thiết kế là tàu hút bùn không tự hành khi thiết kế chủ yếu dựa vào tính toán các thiết bị. Em đã dựa vào tài liệu để tính toán các thiết bị sau: + Bơm bùn: tính toán năng suất hút bùn, tính toán hệ thống ống đẩy, hệ thống ống hút và tất cả tổn thất của nó. + Trục quay đầu nạo: tính toán sức bền của trục + Đầu nạo: do đặc điểm của tàu hoạt động của tàu ở vùng sông Bạch Đằng có đặc điểm của nền đáy hầu hết là đất sét, phù xa nên em chọn đầu nạo dạng hở, vật liệu chế tạo là thép CT5. Để làm tơi đất dùng phơng pháp cơ học thiết bị đầu nạo cắt đất khuấy tan bằng dung dịch bùn đợc hút bằng bơm qua ống xả. Đầu nạo trực tiếp tiếp xúc với đất có nhiệm vụ đánh tơi đất để hút. + Giàn nâng: dùng để nâng hạ dàn đỡ + Dàn đỡ: tính toán các trạng thái làm việc và không làm việc. Tính toán sức bền của dàn. + Thiết bị neo: đợc gắn vào dàn đỡ để định vị cho tàu khi làm việc. + Gồm hệ thống tời cáp của tàu giúp tàu di chuyển dới sự hoạt động của hai động cơ quấn thả cáp đặt ở hai bên mạn. Từ đó lựa chọn ra các động cơ lai các thiết bị trên nh máy tời, cáp, động cơ điện, máy phát điện cho toàn tàu. Cấu tạo của hệ thống có tác dụng quyết định đến các đặc tính kĩ thuật của tàu hút và quá trình hút bùn. 3.2 Kích thớc chủ yếu, tuyến hình Từ đặc điểm đề tài nên tàu của em thiết kế có dạng nh một Ponton nổi, mặt boong bố trí đặt các thiết bị. Phần mũi đợc khoét rãnh để đặt dàn đỡ ống hút và đầu nạo sao cho thuận tiện trong khai thác. Hoạt động của tàu đảm bảo tính kinh tế cao. + Tàu đợc thiết kế căn cứ vào qui phạm phân cấp và đóng tàu sông 2003 và sổ tay kĩ thuật đóng tàu tập 1 + Quá trình tiến hành xây dựng tuyến hình tàu đợc tiến hành theo phơng pháp thiết kế mới. Gồm các bớc sau: - Lựa chọn và xây dựng đờng nớc thiết kế - Thiết kế chọn hình dáng mũi, đuôi, và dạng sờn của tàu. - Kiểm tra lợng chiếm nớc, hoành độ trọng tâm đờng nớc, hoành độ tâm nổi, hệ số béo thể tích, hệ số béo đờng nớc. 3.3 Bố trí chung + Tàu hút bùn là loại tàu công trình đặc biệt. Tàu cỡ nhỏ, phân khoang từ mũi về đuôi. + Các thiết bị cuả tàu đợc bố trí trên boong sao cho thuân tiện trong khai thác và đi lại của các thuyền viên. + Bố trí các thiết bị phòng tránh va chạm và phòng ngừa tai nạn. 3.4 Kết cấu + Tàu hút bùn đợc thiết kế vỏ thép hàn hồ quang điện. + Tàu hoạt động trên tuyến sông Bạch Đằng, đợc thiết kế và đóng thoả mãn theo quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN2003 + Cấp hoạt động là cấp SI + Hệ thống kết cấu của tàu: - Dàn boong kết cấu hệ thống ngang - Dàn mạn kết cấu hệ thống ngang - Dàn đáy kết cấu hệ thống ngang - Dàn vách kết cấu hệ thống dọc Phần iI Sơ bộ chọn thiết bị Giáo viên phụ đạo: TS. Lê Hồng Bang 2.1 Tính dàn 2.1.1.Giới thiệu chung Để làm tơi đất dùng phơng pháp cơ học, thiết bị đầu nạo cắt đất khuấy tan thành dung dịch bùn, đợc hút bằng bơm qua ống hút. Tàu hoạt động ở vùng có đất sét có lẫn soỉ đá nên đầu nạo dạng hở, số lỡi dao là 5, vật liệu chế tạo là thép CT5, các cánh đợc bắt chặt vào maiơ. Cấu tạo của hệ thống có tác dụng quyết định đến các đặc tính kĩ thuật của tàu hút và quá trình hút bùn. Hệ cần gầu đợc cấu tạo bởi hệ thống: + Dàn đỡ(1): kết cấu trên đó đặt các thiết bị phay đất và ống. Một đầu cần phay nối bằng chốt vào phao tàu, đầu kia treo bằng cáp bởi cần cẩu để có thể nâng, hạ thay đổi chiều sâu hút hoặc nâng hẳn cần phay lên mặt nớc khi tàu không hút bùn. + Đầu phay(2): đầu trực tiếp tiếp xúc với đất có nhiệm vụ đánh tơi đất để hút. + Giàn nâng(3): dùng để nâng hạ dàn đỡ 2.1.2. Tính trục quay đầu nạo, đầu nạo, tính dàn 2.1 Tính đầu nạo * Đờng kính trung bình của đầu nạo D = k.Q rp 0.35 (CT161/280) Trong đó: k = 0.21 0.23 Q rp : năng suất hút đất Q rp = 73(m 3 /h) Vậy D = (0,21 0.23). 73 0,35 = 0,952 1,04 Chọn D = 1 (m) * Tính lực vòng Để lỡi cắt làm việc đợc thì trục quay do đầu động cơ điện tạo ra một lực vòng thắng lực cản của nền đất nạo vét. 1 2 3 T = q. l H .Z p .k H Trong đó: q: là lực cản của bùn trên 1 đơn vị q = 6 35 (KG/cm) Chọn q = 6(KG/cm) Z p : số lỡi dao, chọn Z p = 5 k H : hệ số lợi dụng chiều dài lỡi dao; trong tính toán k H = 1 l H : chiều dài dao; l H = D = (0,909 0,7696) Chọn l H = 0.8 (m) Trong đó: = 1.1 1.3; D = 1 (m) Vậy T = 6.0,8.100.5.1 = 2400 (KG) * Xác định công suất cần thiết của trục quay đầu nạo và đầu nạo N = PB vT 75 . (CV) Trong đó: T = 2400 KG B = 0.9 P = 0.7 v vận tốc dài Ta có: D v n . .60 = n: là số vòng quay của trục quay đầu nạo và đầu nạo n = 13 20 (v/ph) , Chọn n = 20 (v/ph) D = 1 (m) 05.1 60 == Dn v (m/s) 33.53 7,0.9,0.75 05,1.2400 == N (cv) Chọn động cơ lai đầu nạo có các thông số sau: A02-72-4 N e = 55 (KW) n = 1450 (v/ph) Khối lợng: 305 (Kg) Chọn hộp giảm tốc: 2-400 i = 41.34 Khối lợng: 210 Kg n = 20 (v/ph) 2.1.3 Tính trục quay đầu nạo * Sơ đồ tính * Vật liệu Chọn chất liệu làm trục là thép KA Ta có ch = 2400 (KG/cm 2 ) => [] = )/(1600 5.1 2400 2 cmKG n ch == ( với n = 1.5 là hệ số an toàn) => [] =160 (N/mm 2 ) * Tính chọn trục Xác định mômen xuắn M x : w N M e X = Trong đó: N e = 55 (kW) là công suất động cơ w: vận tốc quay 60 .2. N w = )(5,26262 20 10.55 .55,9.55,9 . .30 3 Nm n Ne n N M e X ==== Theo điều kiện bền ta có: P MAX W Mx = max [] => W P ][ MAX Mx (thanh tròn có W P = 33 .2,0. 16 DD = ) [...]... cung không cần phải hiệu chỉnh Giá trị mạn khô sau hiệu chỉnh là : FHC = 292(mm) Mạn khô thực tế củatàu là: FTT = H-T = 1,5 1 = 0,5(m) = 500 (mm) FTT>FHC Kết luận: Vậy tàu thoả mãn mạn khô theo yêu cầu quy phạm 53 Phần IV Tuyến hình Giáo viên phụ đạo: TS Lê Hồng Bang Quá trình xây dựng tuyến hình đợc tiến hành theo phơng pháp thiết kế mới Các bớc tiến hành nh sau: Tàu thiết kế là tàu không tự hành. .. với tàu hút bùn thì không có độ cong dọc boong nên không phải hiệu chỉnh + F2: trị số hiệu chỉnh mạn khô theo thợng tầng mũi và đuôi Với tàu hút bùn không cần phải hiệu chỉnh + F3: trị số hiệu chỉnh mạn khô theo chiều cao mạn L < 15 thì mạn khô không đợc tăng thêm H F3 = 60(H L/15) = 60(1,5 12/15)=42(mm) + F4: trị số hiệu chỉnh mạn khô theo chiều cao thành miệng khoang và các lỗ khoét Với thành... Kết luận: Vậy thép đã chọn đủ bền và đủ ổn định nên chọn tất cả các thanh có tiết diện là 80x5 2.2 Xác định bơm Đợc tính theo tài liệu của Nga: 2.2.1.Sơ đồ bố trí hệ thống ống đẩy và ống hút *)Sơ đồ bố trí hệ thống ống đẩy và ống hút 43 0.45m 12m Do tàu nạo vét tại tuyến sông Bạch Đằng Hải Phòng nên dựa vào vị trí địa lý của vùng ta chọn sơ bộ hệ thống ống hút và ống xả nh hình vẽ Độ sâu hút tối đa. .. không có bùn P = Q1 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 3,53 (T) Tải trọng phân bố là: q1 = 3,53.103/15 = 235,33 (KG/m) => Tải trọng tác dụng nên dàn nâng lúc có bùn P = Q1 + Q2 +Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 4,6 (T) Tải trọng phân bố là: q2 = 4,6.103/15 = 306,67 (KG/m) * Xác định lực căng dây cáp Do đặc điểm khu vực tàu hoạt động ta có chiều sâu hút tối đa là 12(m), chiều sâu hút tối thiểu là 2(m) - Trờng hợp tàu. .. trọng của bùn : = 1,15 1,2 Ta chọn = 1,15 c )Tính tổn thất cột áp của bơm bùn Chọn bơm bùn là bơm li tâm Cột áp H = H1+ H2+ H3+ H4+ H5+ H6+ H7 *Tính H1 Chi phí cột áp cho việc hút (Tổn thất năng lợng cho việc hút) 44 H1=2,5ữ3,5 (m.c.n)ứng với đất không tơi H1= 1ữ1,5 (m.c.n)ứng với đất tơi Tàu hút bùn tại tuyến sông Bạch Đằng nên nền đất có nhiều sét độ bám dính cao nên ta chọn H1 = 3 (m.c.n) *Tính H2... đa (tính từ mặt nớc tới đáy ) là 12(m) 2.2.2 .Tính bơm bùn a)Đờng kính ống xả D= Năng suất tính theo đất Q rp ( n +1) 2826.v Qr = 73 m3/h Năng suất tính theo bùn Qr(n + 1) = 73(5+1) = 450 m3/h Số phần nớc trong 1 phần đất n = 5 Vận tốc bùn trong ống xả v = 3 4 m/s Ta chọn v = 3,8 m/s D= 75.( 5 +1) 2826.3,8 = 0.20 (m) b)Đờng kính ống hút DBC= 1.143.D = 1,143.0,20 = 0,23 (m) Vận tốc bùn trong ống hút. .. chòng chành 3.3.Kiểm tra mạn khô Mạn khô tối thiểu của tàu không đợc nhỏ hơn giá trị sau F = F 0 + F1 + F2 + F3 + F4 Trong đó: + F0 là chiều cao mạn khô nhỏ nhất (theo bảng 5.2.1 trang 210 TC 58041993 Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông ) 52 Tàu hút bùn là tàu có công dụng đặc biệt chiều cao mạn khô xác định nh tàu kín: Tàu cấp SI có F0 = 250(mm) (với L = 15m . hàng hải khoa đóng tàu Luận văn tốt nghiệp đại học Thiết kế tàu hút bùn không tự hành năng suất hút 73 m 3 /h Tính theo đất, chiều sâu hút tối đa 12m hoạt động trên tuyến sông Bạch đằng hải phòng Chuyên. dây cáp Do đặc điểm khu vực tàu hoạt động ta có chiều sâu hút tối đa là 12(m), chiều sâu hút tối thiểu là 2(m). - Trờng hợp tàu làm việc tàu làm việc ở độ sâu hút tối đa là 12 (m) góc làm việc. Tàu hút bùn đợc thiết kế vỏ thép hàn hồ quang điện. + Tàu hoạt động trên tuyến sông Bạch Đằng, đợc thiết kế và đóng thoả mãn theo quy phạm phân cấp và đóng tàu sông TCVN2003 + Cấp hoạt động là