TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG NEO TÀU CONTAITER FORTUNE FREIGHTER

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
KHOA: VIỆN HÀNG HẢI

BÁO CÁO MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN II
Tính Tốn, Thiết Kế Hệ Thống Neo Tàu Container Fortune Freighter

TP.HCM tháng 4, 2020
MỤC LỤC



LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong xu hướng phát triển chung của thế giới và xu thế tồn cầu
hố, vận tải biển là một ngành rất quan trọng, đảm bảo sự lưu thơng hàng hóa
trên tồn thế giới. Với khoảng 3000km chiều dài bờ biển, phát triển kinh tế
biển là một chiến lược của đất nước nhằm phát huy thế mạnh của biển phục
vụ phát triển kinh tế xã hội. Trong chiến lược phát triển kinh tế biển thì cơng
nghiệp tàu thủy đóng một vai trị quan trọng. Ngành cơng nghiệp đóng tàu
non trẻ của nước ta đang trong giai đoạn phát triển với qui mô và tiềm năng
rất lớn. Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế các hệ thống truyền độn điện máy phụ
trên tàu thủy là một nhiệm vụ cấp bách nhằm từng bước làm chủ công nghệ,
tự chù về vật tư thiết bị phục vụ cho công nghiệp tàu thủy của đất nước. Tàu
thủy là một cơng trình kỷ thuật nổi trên nước, nó có thể nổi và di chuyển được
trên nước có kết cấu phức tạp và hoạt động trong môi trường vô cùng khắc
nghiệt, chịu tác động nhiều của rất nhiều yếu tố ngoại lực như sóng, gió, bão
….

3

1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về tàu container Fortune Freighter

- Tàu container Fortune Freighter được sản xuất vào năm 1997, được đóng tại
nhà máy đóng tàu Watanabe Zosen K.K., Nhật Bản.
- Thơng số và hình ảnh của tàu Container Fortune Freighter

Hình 1. Hình ảnh tàu Container Fortune Freighter
Thơng số tàu Container Fortune Freighter:
+ Chiều dài lớn nhất:
LOA = 123,57 m
+ Chiều rộng thiết kế:
B = 18,5 m
+ Chiều cao mạn:
D = 11,4 m
+ Chiều chìm tồn tải:
T=8m
+ Lượng nước chiếm toàn tải: ∆ = 12760,8
+ Tốc độ tàu:
v = 16 hải lý/h
+ Trọng tải:
W = 8937,8
+ Diện tích mặt chắn gió:
A = 1600 )
Mục tiêu báo cáo mơn học
- Các mục tiêu của báo cáo môn học gồm:
1. Tính tốn các thiết bị trong hệ thống neo tàu thủy
2. Tính tốn tổng các lực tác động lên tàu khi thu neo
3. Tính tốn động cơ điện truyền động neo
4. Nghiệm lại tính chọn động cơ

1.2.


2. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG NEO TÀU THỦY
2.1. Chức năng của hệ thống neo

- Hệ thống neo tàu thủy là hệ thống quan trọng trong các hệ thống trên tàu
thủy, nó thuộc vào nhóm các thiết bị điện trên boong, nó có chức năng giúp
tàu giữ ở một vị trí cố định ở các vùng neo đậu, đảm bảo tính ổn định cho một
con tàu.

Hình 2: Đĩa hình sao và xích neo
Các u cầu của hệ thống neo
- Có thể sử dụng hệ thống trong mọi điều kiện thời tiết, mọi trạng thái mặt
biển với các yêu cầu kĩ thuật đã cho trước.
- Có thể khởi động động cơ với toàn bộ phụ tải cuả hệ thống. Momen khởi
động phải lớn hơn hai lần momen cản trên đĩa hình sao.
- Động cơ thực hiện phải làm việc ít nhất 30 phút với tải trọng làm việc và
2 phút với tải trọng bằng 1.5 lần tải trọng làm việc, có khả năng dừng dưới
điện 30 giây sau khi đã công tác định mức.
- Đảm bảo được lực kéo neo cần thiết khi tốc độ động cơ bị giảm hoặc
động cơ bị dừng dưới điện.
- Hệ thống phải có khả năng tạo được nhiều cấp tốc độ phù hợp với trạng
thái của tải và yêu cầu chung về tốc độ thu thả neo và cáp.
- Có khả năng hạn chế được sự dao động của dịng điện khi tải thay đổi.
Khơng gây ra xung dòng điện tại thời điểm bắt đầu đưa hệ thống vào làm
việc.
- Có khả năng giữ cố định được neo và xích neo khi hệ thống đột ngột mất
điện.
- Động cơ thực hiện phải được chế tạo dưới dạng kín nước, chống nổ.

2.2.


- Phải đảm bảo thả neo an toàn, tin cậy.
- Thuận tiện trong lắp ráp, vận hành và thay thế sửa chữa.
- Thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn, giá thành thấp
2.3. Cấu trúc của hệ thống neo
- Một hệ thống neo bao gồm các thiết bị sau:
+ Động cơ: thường là các động cơ roto dây quấn
+ Neo và xích neo
+ Đĩa hình sao
+ Tủ điều khiển
+ Tay điều khiển
- Các bảo vệ trong hệ thống điều khiển thiết bị neo bao gồm: bảo vệ ngắn
mạch, bảo vệ quá tải, bảo vệ các cấp tốc độ, bảo vệ cuộn hút phanh điện từ,
bảo vệ 0.
2.4. Các giai đoạn thu neo
- Có 5 giai đoạn thu neo như sau:
+ Giai đoạn 1: Thu phần xích neo nằm trong bùn
+ Giai đoạn 2: Thu phần xích neo võng trong nước
+ Giai đoạn 3: Nhổ neo lên khỏi bùn
+ Giai đoạn 4: Thu neo và xích neo trong nước
+ Giai đoạn 5: Đưa neo và lỗ ống neo

Hình 3: Các giai đoạn thu neo


3. NỘI DUNG BÁO CÁO
3.1. Các định mức cung cấp neo tàu thủy

3.1.1. Đặc tính cung cấp

- Thiết bị neo phụ thuộc vào các kích thước chính của tàu, cấu trúc của
thượng tầng, cabin. Sự phụ thuộc này được đặc trưng bằng đặc tính cung cấp
(kí hiệu là) và được xác định bằng cơng thức:
+ 2B + 0,1A )
trong đó:
+ : lượng nước chiếm toàn tải của tàu ∆ = 12760,8
+ B: chiều rộng lớn nhất (m)
B = 18,5 m
+ : chiều cao tính theo mạn tàu, từ đường mớn nước mùa hè WL đến đỉnh
cabin = 17 (m)
+ A: diện tích chắn gió )
A = 1600 )
Từ đó ta tính được:
= + 2 * 18,5 * 17 + 0,1 * 1600 = 1335,07)
3.1.2. Trọng lực của neo

Hình 4: Mỏ neo tàu thủy
- Tất cả các tàu đi biển đều có ít nhất 3 neo. Với những tàu có vùng hoạt động
khơng hạn chế, nếu > 200 thì cần phải có 3 neo (một neo để dự trữ), trọng lực
của neo được tính theo biểu thức:
=k
với k: hệ số đối với tầm hoạt động của tàu.
k = 3: tàu hoạt động không hạn chế
k = 2,75: tàu hoạt động ở hạn chế cấp 1
k = 2,5: tàu hoạt động ở hạn chế cấp 2
k = 2: tàu hoạt động ở hạn chế cấp 3

Tàu Container Fortune Freighter có tầm hoạt động khơng hạn chế. Do đó ta sẽ
chọn hệ số k = 3
Từ đó ta tính được:
= 3 * 1335,07 = 4005,21 (kg)
3.1.3. Dây xích neo

- Tổng chiều dài dây xích neo ở cả 2 neo phải không nhỏ hơn giá trị được tính
theo biểu thức:
(m)
với r = 1 đối với tàu có vùng hoạt động khơng hạn chế.
Từ đó ta tính được:
= 526 (m)
- Dây xích neo được tạo nên bởi nhiều đoạn xích neo, mỗi đoạn xích neo
thường có độ dài từ (25 ÷ 27,5) m:
+ Ta chọn chiều dài 1 đoạn xích neo là 25m.
+ Từ đó ta suy ra số đoạn xích neo là 526 : 25 = 21 (đường)
3.1.4. Đường kính mắc xích neo

- Các xích neo được làm bằng thép, đường kính của mắt xích neo được tính
theo cơng thức:
(m)
trong đó: + S: hệ số đối với vùng hoạt động của tàu. Tàu này có vùng hoạt
động không hạn chế nên S = 1
+ t = 1,75 với loại thép đặc biệt
Từ đó ta tính được: = 63,94 (m)
- Để xác định tải gây ra bởi trọng lực của xích neo, sau lỗ neo ta phải biết
trọng lượng của một mét xích neo. Tuy nhiên, để đơn giản ta thường dùng các
biểu thức kinh nghiệm:
Nếu tính đến sự mất trọng lượng của xích neo trong nước thì trọng lực của
một mét xích neo được tính:

(N/m)
Trong đó:
: Tỉ trọng của thép làm mắt xích neo
+ p = 1025: Tỉ trọng của nước biển
Từ đó ta tính được trọng lượng của 1 (m) xích neo:

3.1.5. Chiều dài đường xích neo sau lỗ neo


- Chiều dài đường xích neo sau lỗ neo được xác định bằng độ sâu thả neo. Độ
sâu thả neo tính tốn được quy định bởi quy phạm đóng tàu.
Với d > 14mm thì độ sâu thả neo được tính toán theo bảng:
d (mm)
15 17
18 28
> 28

h (m)
65
80
100

Với d = 63,94 (mm) thì h = 100 (m)
- Khi thả neo để giữ cố định tàu, ngoài sức bám của neo, cần phải thả thêm
một số xích neo nằm dưới đáy biển để tăng cường thêm lực cho tàu khỏi bị
trôi dạt. Khi gió càng lớn hoặc dịng chảy mạnh thì số lượng xích neo được
thả sau lỗ neo càng nhiều. Thực tế đóng tàu biển cho thấy, chiều dài đường
xích neo sau lỗ neo phụ thuộc vào độ sâu thả neo tính tốn theo biểu thức:
3.1.6. Lực kéo neo cần thiết

- Theo quy định đăng kiểm, tải tính tốn trên đĩa hình sao được tính theo biều
thức:
(N)
trong đó:
+ : Trọng lượng của neo (N)
với g = 9,81 là gia tốc trọng trường
+ : Trọng lượng của 1 mét xích neo (N/m) = (N/m)
+ h: Độ sâu thả neo (m) h = 100 (m)
Từ đó ta tính được:
- Tải được tính tốn theo biểu thức này là đã tính đến sự mất trọng lượng của
neo và phần xích neo nằm trong nước, tính đến ma sát giữa xích neo với lỗ
neo và ống dẫn xích neo được thể hiện qua hệ số ma sát fms = 1,28 ÷ 1,35. Vì
1,13 = 0,87x1,28.
- Trong khai thác, tải lớn nhất của hệ thống sẽ xuất hiện khi nhổ neo khỏi bùn
với độ sâu thả neo tính tốn. Đối với loại neo thường dùng cho tàu biển, sức
bám của neo được tính bằng 2 lần trọng lượng của neo. Vậy, tải trên đĩa hình
sao khi nhổ neo khỏi bùn được tính gần đúng theo biểu thức:
=
= 237,9 (kN)

3.1.7. Tốc độ và thời gian thu xích neo


- Theo quy định của Đăng kiểm, tốc độ thu và thả neo trung bình được quy
định như sau:
+ Tốc độ thu xích neo trung bình đối với tải định mức: 10 (m/phút), đối với
tải nhẹ, tốc độ có thể đạt đến = (24 25 ) (m/phút) (trường hợp thu cáp buộc
tàu ở chế độ điều động).
+ Tốc độ đưa neo vào lỗ xích neo: v 7 (m/phút).
+ Tốc độ thu dây cáp với tải định mức: v = 18 (m/phút).

+ Tốc độ thu, thả cáp chung v 25 (m/phút)
+ Trong các tình huống tốc độ động cơ giảm, hoặc động cơ bị dừng dưới
điện dưới 1 phút thì cần hệ thống neo phải đảm bảo lực kéo neo cần thiết.
- Theo quy định của Đăng Kiểm, thời gian thu thả neo được quy định như sau:
Đối với một neo ở một độ sâu định mức thì thời gian thu, thả neo khơng q
30 phút, vì thời q dài sẽ ảnh hưởng đến hành trình của tàu và gây quá nhiệt
cho động cơ.
3.2. Tính tốn các lực bên ngồi tác động lên tàu khi thu neo
3.2.1. Khái quát chung

- Tốc độ của dòng nước tác động lên con tàu được xác định bằng tốc độ dòng
chảy và tốc độ di chuyển chính của con tàu ở giai đoạn 1 của q trình thu
neo:
trong đó:
+ = 0,35 4,0 (m/s)
+ = 0,1 0,3 (m/s)
- Tốc độ của gió được chọn trong điều kiện thu neo bình thường, khi tính
tốn ta chọn gió cấp 7 thì tốc độ gió là:
(m/s)

Hình 5: Lực bên ngoài tác động lên tàu khi thu neo
3.2.2. Lực tác dụng của dòng nước lên vỏ tàu


- Khi thu neo tàu tiến dần đến điểm thả neo với tốc độ và tốc độ dịng chảy
khi đó lực cản của dòng nước lên vỏ tàu là do ma sát giữa dòng nước và vỏ
tàu tạo lên. Lực đó được xac định dựa theo định luật Niu Tơn như sau:
+
trong đó:
+ : hệ số tỷ lệ tính với hình dạng của vỏ tàu, hệ số này được xác định theo

tỷ lệ chiều dài với chiều rộng mặt boong chính của tàu:
L/B

6
1,04

8
1,03

10
1,02

12
1,01

Ta có
Dựa vào bảng trên ta chọn = 1,04
+ : hệ số ma sát giữa vỏ tàu với nước, hệ số này phụ thuộc vào đặc điểm kết
cấu phần thân tàu chìm dưới nước và được xác định theo số Reynod (Re)
Ta có: =
trong đó: L: chiều dài tàu (m)
v = (1,3 1)* (. Hệ số độ nhớt của nước biển ở nhiệt độ 20 10.
(m/s)
Dựa vào bảng hệ số Reynod trong bảng 2.2 tài liệu tính tốn thiết kế hệ
thống TDDTT-2, ta có = ta chọn =

Hình 6: Bảng hệ số Reynod
+ : gia số hệ số ma sát khi tính tới độ khơng nhẳn của vỏ tàu.
= 0,7*
+ : diện tích phần bề mặt vỏ tàu chìm trong nước

Ta có
S=
Trong đó: L, B, T: các kích thước của tàu (m)


L = 123,57 (m), B = 18,5 (m), T = 8 (m)
hệ số béo diện tích đường nước
Suy ra:
S=
+ p: tỉ trọng của nước biển p = 1025 (kg/)
Thay các giá trị vào ta tính được = 6920,67 (N)
3.2.3. Lực tác dụng của dòng nước lên chân vịt

- Lực tác dụng của dịng nước lên chân vịt được tính theo cơng thức:
trong đó: + = 6920,67 (N)
+ n là số chân vịt của tàu. Ta có n = 2
Thay các giá trị vào ta tính được = 2768, 27 (N)
3.2.4. Lực tác dụng của gió lên thân tàu
- Lực tác dụng của gió lên thân tàu khi tàu dịch chuyển cũng được xác định
theo định luật Niu Tơn theo biểu thức sau:
=
Trong đó:
+ : hệ số áp lực của gió (), hệ số này được xác định dựa theo kết cấu và loại
tàu. Khi tính tốn ta chọn hệ số như sau:

Hình 5. Bảng hệ số áp lực gió
Do tàu ta đang tính tốn là tàu hàng container nên = 0,206
+ : diện tính chắn gió của tàu
+ : vận tốc của gió (m/s) = 15 (m/s)
Từ đó ta tính được = 74160 (N)

3.2.5. Tổng các ngoại lực tác động lên tàu khi thu neo
- Ta có tổng ngoại lực tác động lên tàu khi thu neo là:
= = 74160 + 6920,67 + 2768, 27 = 83848,94 (N)
3.3. Tính tốn động cơ truyền động neo
- Moment định mức:
Với

• i: tỉ số truyền của bộ truyền động cơ khí, i = 55250. Ta chọn i = 200
• :bán kính đĩa hình sao = 0,0068d (m)
• : hiệu suất truyền động = 0,8


• : trọng lượng của neo
=
• P: Trọng lượng của 1 mét xích neo (N/m)
• h: độ sâu thả neo
h = 100 (m)
• : hệ số lực ma sát
= 1,3

P = (N/m)

Từ đó ta suy ra:
(N/m)
- Tốc độ quay định mức:
Tốc độ thu neo định mức của đăng kiểm quy định là = 0,167 (m/s)
Từ đó suy ra tốc độ quay định mức:
= (v/p)
- Công suất định mức:
= = 25 (kW)

Hình 6: Chọn động cơ
3.4.

Nghiệm thu động cơ điện theo điều kiện thời gian


- Thời gian thu neo ở giai đoạn 1:
+ Độ dài xích võng neo nước : =
Với a : được gọi là hệ số đặc trưng cho sự mất trọng lượng của xích neo
và lực giữ của nó: a = = 104
Ta tính được = = 175 (m)
Tốc độ thu neo theo Đăng Kiểm quy định là = 0,15 (m/s)
+ Thời gian thu xích neo ở giai đoạn 1 là
= = 167 (s) = 2,8 (phút)
- Thời gian thu neo ở giai đoạn 2:
Chiều dài quãng đường tàu di chuyển là hình chiếu của đoạn xích neo
võng nước trên trục hồnh và là :
= 113,7(m)
Từ đó ta thời gian thu xích neo giai đoạn 2 là
= = (s) = 12,6 (phút)
- Thời gian thu neo giai đoạn 3: theo đăng kiểm quy định là
30 s = 0,5 (phút)
- Thời gian thu neo giai đoạn 4:
= = 667 (s) = 12 (phút)
Vậy thời gian thu neo là t = + + + = 28 (phút)
Ta so sánh với thời gian đăng kiểm quy định lúc thu neo là 30 (phút) thì
thời gian ta tính tốn thỏa u cầu
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Tài liệu Truyền động điện tàu thủy – Lưu Đình Hiếu

• Tài liệu Tính tốn thiết kế hệ thống điện tàu thủy – TS. Đồng Văn
Hướng.
• Tài liệu Truyền động điện tàu thủy 1 – TS. Đồng Văn Hướng
• Một số tài liệu trên internet v.v..