Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán sức chứa container cho tàu container

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN
SỨC CHỨA CONTAINER CHO TÀU CONTAINER

Người thực hiện :

KS. Lê Đức Lâm

Lớp/Khoá :

Kỹ thuật tàu thủy /2012-2014

Người hướng dẫn :

TS. Trần Ngọc Tú
HẢI PHÒNG - 2015
1


NỘI DUNG
 Mở đầu
 Chƣơng 1. Tổng quan về tàu container
 Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết xác định sức chở container
 Chƣơng 3. Mô hình toán học xác định sức chở container
 Kết luận, kiến nghị

2


Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài

5. Ý nghĩa của đề tài

3


1. Lý do chọn đề tài

QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ TÀU CONTAINER

Xây dựng bộ kích thƣớc chủ yếu

Xây dựng tuyến hình tàu

Phân khoang, xác định vị trí đặt
container theo chiều dài, theo chiều
rộng, theo chiều cao

Thực hiện bài toán xếp container lên tàu

4

1. Lý do chọn đề tài
SƠ ĐỒ XẾP CONTAINER TÀU 1700 TEU

5


2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu, nghiên cứu cơ sở lý thuyết các nguyên
lý xếp container trong khoang hàng và trên boong;
- Xây dựng mô hình tính toán và chƣơng trình phần
mềm hiện thực hóa mô hình tính toán.

6


3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
- Là các tàu container chuyên dụng loại có nắp hầm hàng.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tính toán sức chở container cho tàu thông qua
việc giải quyết ba bài toán:
 Bài toán xếp thùng;
 Bài toán phƣơng trình khối lƣợng;
 Bài toán tính ổn định của tàu.
- Nghiên cứu những tàu container chuyên dụng sức chở dƣới
1000TEU.

7


4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
 Phƣơng pháp luận trong thiết kế tàu;
 Phƣơng pháp phân tích hệ thống;
 Phần mềm lập trình.

=> Đƣa ra chƣơng trình tính toán sức chở container cho tàu.

8


5. Ý nghĩa của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
 Đề tài đã tổng hợp đƣợc phƣơng pháp dùng để xác định sức
chở container cho tàu container trong giai đoạn thiết kế ban
đầu;
 Đề tài đã xây dựng đƣợc thuật toán tính toán sức chứa
container.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
 Đã xây dựng đƣợc chƣơng trình hiện thực hóa mô hình tính
toán đƣa ra;
 Kết quả thu đƣợc từ luận văn có thể đƣợc dùng để tính toán
sức chứa container cho tàu trong quá trình thiết kế tàu
container, làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khi tìm hiểu về
tàu container.
9

Chƣơng 1. Tổng quan về tàu container
1.1. Ƣu điểm của việc vận chuyển hàng hóa bằng container
1.2. Tổng quan về các giai đoạn phát triển tàu container thế giới
1.3. Phân loại tàu chở container
1.4. Khái niệm sức chở container cho tàu

10


1.1. Ƣu điểm của việc vận chuyển hàng hóa bằng container
 Tập trung lƣu lƣợng hàng hóa;
 Liên kết các dạng vận chuyển khác nhau;
 Tiêu chuẩn hóa quá trình vận tải;
 Tăng cƣờng việc bảo quản hàng hóa;

 Tăng hiệu quả xếp dỡ hàng hóa;
 Tính cơ giới hóa cao, an toàn lao động;
 Giảm thời gian đậu đỗ của tàu trong cảng;
 Giảm thiểu sự ô nhiễm môi trƣờng.

Những ƣu điểm trên đã thúc đẩy việc vận chuyển hàng hóa bằng
container phát triển kéo theo sự phát triển đội tàu container.
11


1.2. Tổng quan về các giai đoạn phát triển đội tàu container
Đội tàu container thế giới cho đến nay đã trải qua 7 giai đoạn phát triển:

12

1.4.Khái niệm sức chở container cho tàu.
Khi tìm hiểu về sức chở container của tàu, ta thƣờng thấy xuất hiện tối
thiểu là ba khái niệm nhƣ sau:
 Khái niệm “Total TEU capacity”: Số container lớn nhất mà tàu có thể
chuyên chở đƣợc, ứng với khối lƣợng trung bình của một container
theo thiết kế.
 Khái niệm “Homogeneously loaded to 14 tonnes”: Số container mà
tàu có thể chuyên chở đƣợc khi khối lƣợng trung bình của một
container là 14 tấn

Quan hệ giữa số lƣợng container
14 tấn tƣơng đƣơng với sức chở
container của tàu

13


1.4.Khái niệm sức chở container cho tàu.
 Khái niệm “Reefer plugs”: Số lƣợng giắc cắm các container đông lạnh

trên tàu.
% số container đông lạnh so với sức chở tàu
25.0
20.0
15.0

y = 5.879x0.056
R² = 0.005

10.0
5.0
0.0
0

2000

4000

6000

8000

10000

12000
14000
TOTAL TEU

Quan hệ giữa số lượng Reefer plugs với sức chở container của tàu.

Số container đông lạnh mà tàu có thể chuyên chở đƣợc sẽ tùy thuộc
vào mục đích khai thác và loại hàng hóa mà tàu thƣờng xuyên chuyên
chở, nó có thể chiếm đến 20% sức chở container của tàu .

14


Chƣơng 2. Cơ sở lý thuyết xác định sức chở container
2.1. Đặc điểm kiểu kiến trúc - kết cấu tàu container hiện đại

2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container
2.4. Quy ƣớc đánh số thứ tự các thùng trên tàu container
2.5. Phƣơng pháp xác định sức chở container cho tàu

15


2.1. Đặc điểm kiểu kiến trúc - kết cấu tàu container hiện đại.
 Có khả năng vận chuyển một lƣợng lớn container trên boong, chúng có thể
chiếm từ 50% đến 80% tổng số container mà tàu có thể chuyên chở đƣợc;

 Tàu có chiều cao mạn khô dƣ, tỷ số D/d=1,15÷1,45;
 Tàu có độ mở miệng hầm hàng lớn, chiều rộng miệng hầm hàng có chiếm đến
85% chiều rộng tàu;
 Tàu có đáy đôi và mạn kép;

 Tàu có đuôi transom và mũi quả lê;
 Tàu đƣợc trang bị chong chóng mũi để tăng tính quay trở cho tàu;
 Thƣợng tầng lái của tàu có dạng lầu đƣợc đặt ở vùng đuôi tàu thƣờng nằm sau
vách ngăn đuôi;

 Buồng máy của tàu đƣợc bố trí ở phía đuôi tàu, mặt boong phía trên buồng
máy đƣợc tận dụng để xếp container;
 Trong khoang hàng đƣợc trang bị các thanh dẫn hƣớng có chiều cao từ sàn
đáy đôi lên đến mặt miệng quầy;
 Kích thƣớc chiều dài, chiều rộng và chiều sâu của khoang hàng phụ thuộc vào
số container xếp theo các chiều tƣơng ứng.
16

2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, việc xác định sức chở container cho
tàu thƣờng đƣợc xác định qua phƣơng pháp thống kê. Một số tác giả
đã đƣa ra các công thức sơ bộ xác định đƣợc số lƣợng container đƣợc
sắp xếp trong khoang hàng và trên boong, ví dụ nhƣ sau[2]:
Khoang
nTEU
  0,0196LOA BD  148,6129 (0,8479Cb  0,0918)

Boong
Boong
nTEU
 0,050117 LOA Bntier
 82,6702

Trong đó :
Khoang
nTEU
: Số container 20ft đƣợc xếp trong khoang;
Boong
nTEU
: Số container 20ft đƣợc xếp trên boong tàu;
Boong
: Số lớp container trên boong tàu;
ntier
LOA : Chiều dài lớn nhất của tàu, m;
B : Chiều rộng tàu, m;
D : Chiều cao mạn tàu, m;
Cb :Hệ số béo thể tích.

17


2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
Tiến hành kiểm tra độ tin cậy của công thức trên
% sai số giữa số container trong khoang
hàng trên thực tế và tính toán
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
0

2000

4000

6000

8000

10000

8000

10000

12000 14000
TOTAL TEU

% sai số giữa số container trên
boong trên thực tế và tính toán
60.0
40.0
20.0
0.0
0

2000

4000

6000

12000 14000
TOTAL TEU

Kết luận : Với độ sai số tương đối lớn, công thức trên có độ tin cậy không cao
18


2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
Bằng phƣơng pháp phân tích số liệu thống kê tác giả xây dựng lên bộ công thức:
Sức chở container của tàu phụ thuộc vào modul khối LBD:
Sức chở tàu, TEU
12000

10000

8000

n = 0,157(LBD)0,849

6000

4000

2000

0
0

50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000
modul khối (LBD)
19


2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
Số container trong khoang tàu phụ thuộc vào modul khối LBD:
Số container trong khoang n(K), TEU
6000

5000

4000

nKhoang = 0,009(LBD)1,015

3000

2000

1000

0
0

50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000

modul khối (LBD)
20


2.2. Các phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
Kiểm tra độ tin cậy của công thức, sai số lớn nhất gần 12%
% sai số giữa tống số container
chuyên chở trên thực tế và tính toán

12.0

10.0

8.0

6.0

4.0

2.0

0.0
0

2000

4000

6000

8000

10000
12000
TOTAL TEU

21


2.2. Phƣơng pháp gần đúng xác định sức chở container cho tàu
Sai số lớn nhất gần 12%

% sai số giữa tống số container
chuyên chở trên thực tế và tính toán
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0

2.0
0.0
0

2000

4000

6000

8000

10000
12000
TOTAL TEU

-Phƣơng pháp trên giúp ngƣời thiết kế sơ bộ đánh giá đƣợc sức chở container
cho tàu khi đã biết đƣợc các thống số cơ bản của tàu.
-Phƣơng pháp trên chƣa chỉ ra đƣợc với phƣơng án bố trí container cho tàu.
Đó là nhƣợc điểm của nó, và đòi hỏi phải có một phƣơng pháp tính toán thiết
kế cụ thể hơn đƣa ra đƣợc phƣơng án bố trí container trên tàu.
22


2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container
2.3.1.Đặc điểm xếp thùng theo chiều dài tàu
Qua thống kê, tìm hiểu và phân tích đã chỉ ra rằng có ba kiểu đặt các kết cấu ô
mạng phụ thuộc vào số ô container 20 ft theo chiều dài tàu
a)

b)

c)

a) khoang hàng chứa 2ô container 20ft, hoặc 1 ô container 40ft;
b) khoang hàng chứa 4 ô container 20ft, hoặc 2 ô container 40ft;
c) khoang hàng chứa 6 ô container 20ft, hoặc 3 ô container 40ft;
Cụm kết cấu (1) – vách hộp kín nƣớc;
Cụm kết cấu (2) – đáy đôi;
Cụm kết cấu (3) – block kết cấu vách hộp dạng ô mạng không kín nƣớc.
23


2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container
2.3.1.Đặc điểm xếp thùng theo chiều rộng tàu
Trên cơ sở nghiên cứu các cách xếp container ở các tàu container hiện đại,
hiện tồn tại ba phƣơng án xếp container theo chiều rộng tàu

Phƣơng án 1. nrowb =nrow

Phƣơng án 2. nrowb = nrow + 1

Phƣơng án. nrowb = nrow + 2

Phương án 1-Số dãy container theo chiều ngang trong khoang hàng và trên boong bằng nhau.
Phương án 2-Số dãy container theo chiều ngang trên boong lớn hơn một so với số dãy theo chiều
ngang trong khoang hàng.
Phương án 3-Số dãy container theo chiều ngang trên boong lớn hơn hai so với số dãy theo chiều
ngang trong khoang hàng.
24

2.3. Các đặc điểm xếp thùng trong khoang hàng ở tàu container
2.3.1.Đặc điểm xếp thùng theo chiều cao tàu

Chiều cao miệng quầy đối với các tàu container hiện đại nằm trong
khoảng 1,8±0,1 m. Chiều cao này cộng với chiều cao nắp hầm hàng sẽ
đảm bảo cho thuyền viên có thể đi lại một cách tự do trên mặt boong dƣới
các container bên mạn đƣợc đặt trên nắp hầm hàng.
Kích thƣớc khe hở giữa mép trên của lớp container trên cùng trong
khoang hàng với mép dƣới lớp container đầu tiên trên boong là 0,8 m.

25