TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀU THỦY THIẾT KẾ TÀU GVHD: Trần Văn Tạo Sinh viên thực hiện: Thượng Công Lập MSSV: G1201864 MỤC LỤC Chương NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ Chương GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Cảng Sài Gòn 2.2 Cảng Cần Thơ 2.3 Tuyến đường Sài Gòn - Cần Thơ 2.4 Thời gian hoạt động .5 Chương THIẾT KẾ SƠ BỘ .5 3.1 Thông số tàu mẫu 3.2 Trọng lượng vỏ tàu P1 .6 3.3 Trọng lượng trang thiết bị tàu P2 3.4 Trọng lượng buồng máy P3 .6 3.5 Trọng lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước P4 3.6 Trọng lượng hàng hóa P5 3.7 Trọng lượng nhiên liệu, dầu mỡ, nước cấp P6 3.8 Phương trình trọng lượng .8 3.9 Ước tính trọng lượng 10 Chương THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH .12 Chương SỨC CẢN VÀ CƠNG SUẤT MÁY CHÍNH 12 5.1 Sức cản 12 5.1.1 Sức cản ma sát tàu 13 5.1.2 Sức cản phần phụ 13 5.1.3 Sức cản sóng 14 5.1.4 Sức cản phần đuôi ngập nước 15 5.1.5Sức cản tương quan mơ hình tàu thật 16 5.2 Công suất máy 17 Chương BỐ TRÍ CHUNG 19 6.1 Yêu cầu 19 6.2 Phân khoang 19 6.3 Bố trí 20 Chương ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN 20 7.1 Các trạng thái tính 20 7.2 Cân dọc ổn định ban đầu 22 7.3 Ổn định theo tiêu chuẩn 23 7.3.1 Moment nghiêng gió .23 7.3.2 Biên độ lắc ngang 26 7.3.3 Moment cho phép tới hạn 28 7.4 Nhận xét 29 7.4.1 Ổn định ban đầu: 29 7.4.2 Ổn định theo tiêu chuẩn .29 Chương KẾT CẤU TÀU 29 8.1 Chiều dày kết cấu tôn tàu .29 8.2 Vùng tàu .31 8.2.1 Kết cấu đáy đơn .31 8.2.2 Kết cấu mạn 32 8.2.3 Kết cấu boong 33 8.3 Vách kín nước 35 8.3.1 Nẹp đứng vách 35 8.3.2 Sống đứng vách .36 8.3.3 Sống nằm .36 8.4 Buồng máy 36 8.5 Kết cấu vùng mũi, vùng đuôi tàu 37 8.6 Kết cấu khác 37 8.7 Module chống uốn cấu 38 8.7.1 Cơ cấu chữ T có mép kèm, không khoét lỗ 38 8.7.2 Cơ cấu chữ L có mép kèm .40 8.7.3 Cơ cấu chữ T có mép kèm, có lỗ khoét 41 8.8 Bảng tổng hợp quy cách mối hàn 42 Tài liệu tham khảo 44 Chương NHIỆM VỤ THƯ THIẾT KẾ Thiết kế tàu hàng với yêu cầu sau: Trọng tải 400 Vận tốc khai thác 18 km/h Kết cấu vỏ thép Vùng hoạt động: TPHCM – Cần Thơ, phân cấp tàu sông SI Số lượng thuyền viên: người Thiết kế theo QCVN 72:2013/BGTVT Chương GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Cảng Sài Gòn Nằm hữu ngạn sơng Sài Gòn, trực thuộc Tổng cơng ty Hàng hải Việt Nam Vị trí cảng Khu vực cảng nằm hai sông Thị Nghè Kinh Tô, dài 85 km, sâu 8.5 m, mớn nước 10.5 m Cảng Sài Gòn có chế độ bán nhật triều khơng đều, chênh lệch bình quân 2.7 m 2.2 Cảng Cần Thơ Nằm trung tâm đồng Sông Cửu Long, trực thuộc Tổng công ty Hàng hải Việt Nam Vị trí , gồm hai cảng Cái Cui Hoàng Diệu Luồng vào cảng dài 65 hải lý, sâu 7.5 m Chế độ bán nhậ triều, chênh lệch bình quân 3.0-4.0 m Mớn nước cao cho tàu vào 7.5 m 2.3 Tuyến đường Sài Gòn - Cần Thơ Dài khoảng 149 km, quy hoạch cấp II Gồm đoạn: sông Cần Giuộc – kênh Nước Mặn – sông Vàm Cỏ – rạch Lá – kênh Chợ Gạo – rạch Kỳ Hôn – sông Tiền 2.4 Thời gian hoạt động Thời gian hoạt động liên tục 24 Chương THIẾT KẾ SƠ BỘ 3.1 Thông số tàu mẫu Thống kê tàu mẫu chủng loại theo bảng sau:XThông số Chiều dài lớn Đơn vị Tàu hàng 350T Tàu hàng 420T Tàu hàng 440T Tàu hàng 450T Lmax m 35,5 39,0 39,3 40,0 Ltk m 34,0 36,9 37,4 38,0 Chiều rộng lớn Bmax m 8,3 7,4 7,75 7,4 Chiều rộng thiết kế Btk m 8,1 7,2 7,5 7,2 Chiều cao mạn H m 2,5 2,6 2,8 2,7 Mớn nước thiết kế T m 2,2 2,31 2,45 2,4 Chiều dài thiết kế Ký hiệu Tỷ lệ B/T B/T 3,68 3,12 3,06 3,00 Tỷ lệ L/B L/B 4.2 5.1 5.0 5.3 Tỷ lệ T/H H/T 1,14 1,13 1,14 1,13 Trọng tải P 350 420 440 450 Lượng chiếm nước D 445 518 565 550 Hệ số béo thể tích CB 0,738 0,822 0,830 0,838 Công suất máy PE HP YANMAR CUMMIN S 260 250 CUMMIN S 290 CUMMIN S 290 Số thuyền viên n người 4 Máy 3.2 Trọng lượng vỏ tàu P1 - số trọng lượng vỏ tàu tàu hàng cỡ nhỏ theo tài liệu [2] Chọn 3.3 Trọng lượng trang thiết bị tàu P2 - số trọng lượng thiết bị tàu hàng cỡ nhỏ theo tài liệu [2] Chọn 3.4 Trọng lượng buồng máy P3 – số trọng lượng buồng máy, [5] Nguyễn Đức Ân – “ Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy” , hệ số khối lượng máy diesel kèm hộp giảm tốc 3.5 Trọng lượng thuyền viên, lương thực, thực phẩm, nước P4 trọng lượng thuyền viên Số thuyền viên người Trọng lượng trung bình người vật dụng mang theo 100 kg trọng lượng nước Nước cần cho sinh hoạt thuyền viên 100 kg ngày đêm Thời gian hoạt động liên tục ngày trọng lượng thực phẩm Lương thực, thực phẩm tính bình quân kg người/ngày đêm 3.6 Trọng lượng hàng hóa P5 – theo nhiệm vụ thư thiết kế 3.7 Trọng lượng nhiên liệu, dầu mỡ, nước cấp P6 3.8 Phương trình trọng lượng Trong vế đầu Vế bên phải có dạng Hai phương trình Sau chuyển vế ta có dạng phương trình bậc ba chiều rộng khai triển từ phương trình Trong đó: – hệ số hải quân, theo “ Sổ tay kỹ thuật tàu thủy tập 1”, chọn – theo bảng tàu mẫu, chọn - theo bảng tàu mẫu, chọn - theo bảng tàu mẫu, chọn - theo bảng tàu mẫu, chọn Phương trình mang dạng: Chiều rộng tàu Từ xác định kích thước tàu , chọn , chọn Lượng chiếm nước tàu: 3.9 Ước tính trọng lượng Trọng lượng vỏ tàu Trong đó: k1, k2 hệ số xác định theo Bảng 2A/2.4.2-1 2A/2.4.2-2 tài liệu [1] d1 khoảng cách đà ngang, (m); B1 khoảng cách lớn vách dọc (dàn dọc) từ vách dọc (dàn dọc) đến mạn, m; d chiều chìm lớn tàu tiết diện xét, m; r nửa chiều cao sóng tính tốn, m, theo Bảng 2A/1.2 tài liệu [1] Áp dụng: STT 10 11 Tên gọi Khoảng cách sườn Khoảng cách chiều rộng tới mạn Chiều chìm Nửa chiều cao sóng Khoảng cách vách Chiều cao mạn Tỷ số Lbh/B1 Hệ số k1 Tỷ số B1/D Hệ số k2 Module chống uốn đà ngang đáy d1 B1 d r Lbh D Lbh/B1 k1 B1/D k2 W Giá trị 0.5 3.65 2.4 12 2.6 3.29 1.00 1.40 0.78 123.48 đ.v m m m m m m cm3 Sống đáy Khoảng cách sống đáy, khoảng cách từ sống đáy đến mạn, đến vách dọc dàn dọc không lớn 2,5 m Các sống đáy phải kéo dài đến mức phía mũi đuôi tàu Khoảng cách từ tàu đến mạn la 3,65m Bố trí sống mặt phẳng dọc tâm tàu, sống phụ cách mặt phẳng dọc tâm tàu 1,5 mm, sống phụ cách mặt phẳng dọc tâm tàu 2,4 mm Module chống uốn sống đáy không nhỏ mô đun chống uốn đà ngang 8.2.2 Kết cấu mạn Sườn khỏe Module chống uốn, cm3, tiết diện sườn khỏe có mép kèm khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức đó: k - hệ số bằng: - loại tàu trừ tàu hàng lỏng; D1 = 2,6 m – chiều cao mạn tiết diện xét d1 = 1,5 m – khoảng cách sườn khỏe Sườn thường Module chống uốn, cm3, sườn thường có mép kèm khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức: đó: ; l = m - khoảng cách đo theo mạn từ mép đà ngang (hoặc từ đáy tàu có đáy đơi) đến sống mạn thấp nhất, khoảng cách sống mạn, khoảng cách từ sống mạn đến boong, lấy trị số lớn hơn, m; a = 0,5 m - khoảng sườn 8.2.3 Kết cấu boong Module chống uốn, cm3, tiết diện xà ngang có mép kèm khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức: đó: k0 - hệ số bằng: 5,50 - xà ngang thường tàu hoạt động vùng SI SB; 11,0 - xà ngang khỏe tàu hoạt động vùng SI SB; k1 hệ số bằng: - xà ngang thường xà ngang cụt thường; Đối với xà ngang khỏe lấy theo Bảng 2A/2.4.2-1 tài liệu [1], thay từ “sống đáy” “sống boong” k2 hệ số bằng: - xà ngang thường xà ngang cụt thường; Đối với xà ngang khoẻ lấy theo Bảng 2A/2.4.2-2, thay từ “đà ngang” “xà ngang” d khoảng sườn tính xà ngang thường khoảng cách xà ngang khỏe tính xà ngang khỏe, m; B1 trị số lấy khoảng cách lớn nhất, m, khoảng cách sau đây: Với xà ngang khỏe: khoảng cách vách dọc dàn dọc; khoảng cách từ mạn đến vách dọc dàn dọc; khoảng cách từ mạn đến mạn (nếu khơng có vách dọc, dàn dọc); Với xà ngang thường: khoảng cách từ sống boong đến vách dọc (dàn dọc), khoảng cách từ sống boong đến mạn Xà ngang boong thường Trong đó: ; ; ; ; Xà ngang boong khỏe Trong đó: ; ; tra bảng với ; ; tra bảng với ; ; 8.3 Vách kín nước 8.3.1 Nẹp đứng vách Module chống uốn tiết diện nẹp đứng có mép kèm trường hợp có sống đứng vách khoảng cách nẹp đứng khoảng cách từ đáy đến boong 8.3.2 Sống đứng vách Module chống uốn tiết diện sống đứng có mép kèm chiều cao boong đo từ đáy khoảng cách sống đứng 8.3.3 Sống nằm Sống nằm lấy theo kích thước sống đứng vách 8.4 Buồng máy Các cấu đáy, mạn boong phải thỏa mãn quy định từ 2.4.2-1 đến 2.4.5- 15 kích thước chúng phải khơng nhỏ kích thước u cầu tương ứng cấu vùng tàu không áp dụng yêu cầu bổ sung bốc xếp hàng gầu ngoạm Bệ máy phải có thành mép, chiều dày thành mép, mm, tính theo cơng thức: Tấm mép: tm = Tấm thành: tt = Chiều dày mã, mm, gia cường bệ máy không nhỏ trị số sau: đó: Ne = 270 HP = 201,33 kW - cơng suất định mức máy chính, - chiều cao thành bệ máy Áp dụng: Tấm mép: tm = Tấm thành: Chiều dày mã: 8.5 Kết cấu vùng mũi, vùng tàu Vùng mũi Đà ngang đáy có module chống uốn 1.5 lần đà ngang đáy tàu Kích thước tiết diện sống đáy lấy theo kích thước tiết diện đà ngang Module chống uốn sườn thường sườn khỏe lớn vùng tàu 25% Sống mạn lấy theo kích thước sống mạn vùng tàu Vùng đuôi Module chống uốn sườn thường sườn khỏe lớn vùng tàu 15% 8.6 Kết cấu khác Sống mũi Kích thước tiết diện ngang sống mũi đặc, mm, đoạn đường nước tồn tải khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức: Chiều rộng (tính theo chiều ngang tàu) s Chiều dài (tính theo chiều ngang tàu) Sống Thân trước sống đuôi đoạn lỗ ống bao trục chân vịt phải có kích thước tiết diện ngang, mm, khơng nhỏ trị số tính theo cơng thức: Chiều rộng (tính theo chiều ngang tàu) Chiều dài (tính theo chiều ngang tàu) 8.7 Module chống uốn cấu 8.7.1 Cơ cấu chữ T có mép kèm, khơng kht lỗ Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : Tính toán cho cấu TT Tên gọi A cm2 Mx cm3 Jox cm4 Az2 cm4 0.6 30 0.9 141.6515 18 10.8 103.68 291.6 548.5842 0.8 8 0.426666667 2185.1468 A cm2 Mx cm3 Jox cm4 Az2 cm4 0.6 30 0.9 39.2016 12 7.2 47.52 86.4 191.4726 0.8 6.4 6.4 0.341333333 854.7936 Kích thước Mép kèm 50 Bản 0.6 thành Bản tự 10 Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : Tính tốn cho cấu TT Tên gọi Kích thước Mép kèm 50 Bản 0.6 thành Bản tự Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : 8.7.2 Cơ cấu chữ L có mép kèm Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : Tính tốn cho cấu TT Tên gọi A cm2 Mx cm3 Jox cm4 Az2 cm4 0.6 30 0.9 46.6409 4.2 17.22 17.15 27.3775 0.6 4.2 33.18 0.126 169.5212 Kích thước Mép kèm 50 Bản 0.6 thành Bản tự Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : 8.7.3 Cơ cấu chữ T có mép kèm, có lỗ khoét Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : Tính tốn cho cấu TT Tên gọi A cm2 Mx cm3 Jox cm4 Az2 cm4 0.6 30 0.9 321.8348 18 6.6 86.46 66.55 598.7468 0.8 64 0.426 1903.3620 Kích thước Mép kèm 50 Bản 0.6 thành Bản tự 10 Trọng tâm cấu : Moment quán tính : Với: Module chống uốn cấu : 8.8 Bảng tổng hợp quy cách mối hàn STT Các cấu hàn A Kết cấu đáy Tấm thành sống đáy, đà ngang đáy hàn với tôn vỏ Tấm thành sống đáy, đà ngang đáy hàn với mép Tấm thành sống đáy, đà ngang đáy hàn với Số hiệu đường hàn Quy cách mối hàn H3.5 4-75/150 H4 10 11 12 13 14 15 16 hàn với vách B Kết cấu mạn Tấm thành sườn khỏe, sống mạn hàn với vỏ mép chúng Tấm thành sống mạn hàn với thành sườn khỏe với vách Cơ cấu thường hàn với tôn vỏ C Kết cấu boong sàn Cơ cấu boong hàn với tôn boong Tấm thành cấu khỏe hàn với mép Tấm thành sống boong hàn với thành xà ngang khỏe với vách, thành sườn khỏe hàn với vách, mạn D Kết cấu vách Vách hàn với tôn vỏ, tôn boong Tấm thành cấu khỏe vách hàn với hàn với cấu đáy Vách dọc hàn với vách ngang Tấm thành cấu khỏe hàn với mép vách Nẹp vách hàn với vách E Kết cấu boong sàn thượng tầng Mép boon, mép sàn hàn với tôn vỏ Vách biên thượng tầng lầu hàn với tôn boong Cơ cấu thượng tầng lầu hàn với vách thượng tầng vách lầu Các vách thượng tầng lầu hàn với tôn boong 4-75/150 H4 4-75/150 4 4-75/150 4-75/150 H4 H4 4-75/150 4-75/150 H4 H3.5 4-75/150 4-75/150 17 18 19 F Mã Mã hàn với cấu với cấu G Bệ máy Tấm thành mã bệ máy hàn với vỏ Tấm mép mã hàn với thành mã H4 H5 H4 Tài liệu tham khảo [1] QCVN 72: 2013/BGTVT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quy phạm phân cấp đóng phương tiện thủy nội địa [2] Trần Công Nghị - “Thiết kế tàu thủy” [3] Trần Công Nghị - “Sổ tay thiết kế tàu thủy” [4] Trần Công Nghị - “Lý thuyết tàu” tập [4] Lê Hồng Bang – “Bố trí chung va kiến trúc tàu thủy” [5] Nguyễn Đức Ân – “ Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy” [6] J.Holtrop – “An approximate power prediction method” Bảng tính hydrostatic ST T 10 11 12 13 14 15 Tên gọi Lượng chiếm nước Diện tích mặt đường nước Cao độ tâm Hoành độ tâm Hoành độ tâm mặt đường nước Moment quán tính theo phương ngang tàu Moment quán tính theo phương dọc tàu Bán kính tâm nghiêng ngang Bán kính tâm nghiêng dọc Tấn 1cm chiều chìm Moment làm chúi tàu 1cm Hệ số béo lăng trụ dọc Hệ số béo thể tích Hệ số béo mặt sườn Hệ số béo mặt đường nước Ký hiệu D, [T] Aw, [m2] KB, [m] LCB, [m] LCF, [m] IT, [m4] IL, [m4] BMT, [m] BML, [m] TPC, [T/cm] MCTC, [Tm] CP CB CM CW ĐN 600 ĐN 1200 ĐN 1800 ĐN 2400 102.800 236.400 376.700 524.1 214.993 228.710 239.227 247.999 0.345 0.660 0.974 1.290 0.050 -0.021 -0.148 -0.294 0.073 -0.217 -0.542 -0.701 856.427 16183.90 8.331 157.431 2.150 4.446 0.814 0.690 0.847 0.865 925.270 19302.76 3.914 81.653 2.287 5.332 0.838 0.774 0.924 0.898 976.030 22004.93 2.591 58.415 2.392 6.130 0.839 0.796 0.949 0.910 1027.761 24344.43 1.964 46.521 2.480 6.854 0.851 0.818 0.962 0.931 Bảng tính Pantokaren Góc D độ độ 10 độ 15 độ 20 độ 25 độ 30 độ 35 độ 40 độ 45 độ 50 độ 55 độ 60 độ 65 độ 70 độ 75 độ 80 độ 85 độ 90 độ 50 100 0 150 200 250 300 350 400 450 500 1.207 1.177 0.755 0.554 0.447 0.385 0.346 0.321 0.305 0.294 0.287 1.913 1.791 1.382 1.088 0.897 0.773 0.696 0.645 0.612 0.589 0.544 2.426 2.152 1.776 1.525 1.321 1.164 1.052 0.976 0.914 0.835 0.734 2.79 2.395 2.048 1.833 1.666 1.526 1.405 1.284 1.157 1.026 0.888 3.002 2.553 2.249 2.065 1.931 1.813 1.674 1.515 1.349 1.182 2.991 2.64 2.402 1.02 2.25 2.136 2.003 1.848 1.678 1.497 1.314 1.136 2.938 2.676 2.517 2.396 2.269 2.122 1.961 1.789 1.609 1.423 1.239 2.854 2.677 2.594 2.489 2.347 2.193 2.031 1.863 1.689 1.51 1.33 2.745 2.652 2.633 2.531 2.381 2.226 2.068 1.908 1.745 1.577 1.405 2.614 2.606 2.626 2.526 2.381 2.229 550 0.26 0.45 0.60 0.73 0.85 0.96 1.06 1.15 1.23 1.93 1.779 1.625 1.467 1.311 1.37 2.464 2.544 2.579 2.484 2.35 2.207 2.068 1.932 1.795 1.657 1.515 1.42 2.299 2.47 2.499 2.412 2.292 2.161 2.036 1.914 1.794 1.672 1.549 1.46 2.125 2.373 2.39 2.313 2.209 2.095 1.984 1.879 1.776 1.673 1.569 1.948 2.248 2.256 2.08 2.19 2.104 2.009 1.915 1.828 1.744 1.801 2.098 2.099 2.047 1.98 1.906 1.745 1.927 1.924 1.886 1.839 1.785 1.773 1.739 1.731 1.709 1.681 1.66 1.576 1.83 1.761 1.696 1.633 1.73 1.57 1.68 1.635 1.593 1.551 1.65 1.616 1.586 1.561 1.54 1.52 1.97 1.535 1.524 1.518 1.511 1.501 1.489 1.479 1.476 1.476 1.478 1.49 1.50 1.50 1.50 1.48 ... THƯ THIẾT KẾ Thiết kế tàu hàng với yêu cầu sau: Trọng tải 400 Vận tốc khai thác 18 km/h Kết cấu vỏ thép Vùng hoạt động: TPHCM – Cần Thơ, phân cấp tàu sông SI Số lượng thuyền viên: người Thiết kế. .. Bmax m 8,3 7,4 7,75 7,4 Chiều rộng thiết kế Btk m 8,1 7,2 7,5 7,2 Chiều cao mạn H m 2,5 2,6 2,8 2,7 Mớn nước thiết kế T m 2,2 2,31 2,45 2,4 Chiều dài thiết kế Ký hiệu Tỷ lệ B/T B/T 3,68 3,12... khoang chứa hàng Từ sườn 39 đến sườn 63: khoang chứa hàng Từ sườn 63 đến sườn 74: khoang mũi, bố trí hầm chứa xích từ sườn 66 đến sườn 68 5.3 Bố trí Theo chiều dài, tàu thiết kế phân thành khoang