Luận văn Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số chủ yếu của tàu dầu chạy biển có trọng tải dưới 80.000 tấn

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số chủ yếu của tàu dầu chạy biển có trọng tải dưới 80.000 tấn

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA SAU ĐẠI HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU DẦU CHẠY BIỂN CÓ TRỌNG TẢI DƯỚI 80.000 TẤN NGƯỜI TRÌNH BÀY: KS NGUYỄN VĂN DƯƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN NGỌC TÚ
2. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN PHẦN MỞ ĐẦU - Tính cấp thiết của đề tài; - Mục đích của đề tài; - Đối tượng và phạm vi nghiên cứu; - Phương pháp nghiên cứu. PHẦN GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Chương 1: Tổng quan tàu dầu; Chương 2: Các đặc trưng thiết kế tàu dầu. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3. MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Xu hướng vận tải bằng đường thủy đã và đang trở thành xu hướng chính trên thị trường vận tải hàng hóa trên toàn thế giới; - Sự phát triển đó cũng đặt ra những thách thức mới – đó là yêu cầu tạo ra những con tàu có thiết kế vừa đảm bảo cho hoạt động khai thác vừa có hiệu quả kinh tế cao; - Các thông số chủ yếu của tàu dầu thường được xác định qua các công thức thống kê. Từ các vấn đề nêu trên, đòi hỏi phải có sự làm mới các số liệu thống kê và phân tích một cách có hệ thống để đưa ra được các công thức thực nghiệm có độ chính xác cao trong giai đoạn thiết kế ban đầu phù hợp với các tàu dầu hiện nay.
4. MỞ ĐẦU MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu xây dựng bộ công thức xác định các thông số chủ yếu của tàu phù hợp với các tàu dầu trong giai đoạn thiết kế ban đầu; - Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học tối ưu hóa các thông số chủ yếu của tàu dầu trong giai đoạn thiết kế ban đầu. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu là các tàu dầu chạy biển cỡ trung có trọng tải dưới 80000 tấn.
5. MỞ ĐẦU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp thống kê số liệu và phân tích có hệ thống; - Phương pháp luận trong lý thuyết thiết kế tàu thủy; - Các lý thuyết về tối ưu hóa trong thiết kế tàu thủy.
6. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ Kiến trúc - kết cấu của các tàu vận tải được đặc trưng bởi hình dạng bên ngoài và đặc điểm kết cấu của nó. - Sử dụng mạn đơn và đáy đơn; - Hệ kết cấu của vỏ tàu là – hệ thống dọc hoặc hệ hỗn hợp; Mặt cắt ngang tàu dầu thế hệ trước với mạn đơn và đáy đơn
7. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ - Khoang chở dầu sẽ kiêm luôn việc chứa ballast khi cần thiết; - Dạng mũi tàu sử dụng phổ biến là dạng mũi thẳng hoặc mũi nghiêng một số tàu sử dụng dạng mũi quả lê hoặc mũi bóng đèn tròn; a) Mòi d¹ng nghiªng b) Mòi d¹ng th¼ng c) Mòi d¹ng bãng ®Ìn trßn d) Mòi d¹ng qu¶ lª
8. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ - Đuôi tàu sử dụng dạng phổ biến là đuôi tuần dương hạm cổ điển; Hình dáng đuôi tàu dầu thế hệ cũ
9. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU THẾ HỆ CŨ - Buồng máy được bố trí ở khu vực lái; - Kiến trúc thượng tầng, kiến trúc ngoài tàu dầu không khác nhiều so với các tàu vận tải khác, kiến trúc “ba đảo’’ được sử dụng phổ biến. Kiến trúc của tàu Azay le Rideau trọng tải 51.930 tấn, đóng năm 1964
10. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀU DẦU KIẾN TRÚC – KẾT CẤU TÀU DẦU HIỆN NAY - Kiến trúc của tàu dầu cỡ trung và cỡ lớn buồng máy chỉ duy nhất bố trí ở đuôi tàu; - Tàu có một boong, tàu có thượng tầng mũi ngắn, ở các tàu dầu cỡ lớn đôi khi còn không có; Kiểu kiến trúc của tàu dầu hiện nay
11. CHƯƠNG 1:MỞ TỔNG ĐẦU QUAN TÀU DẦU KIẾNMỤC TRÚC ĐÍCH – KẾT CỦA CẤU ĐỀTÀU TÀI DẦU HIỆN NAY Hình dáng mũi và đuôi tàu - Hình dáng mũi tàu, hầu hết tàu dầu hiện nay thường áp dụng dạng mũi quả lê; - Đuôi tàu thường sử dụng dạng đuôi xì gà hoặc đuôi transom; Fr=0,148 Fr=0,177 Fr=0,184 Fr=0,188 Fr=0,203 Dạng mũi và dạng đuôi của các tàu dầu hiện nay
12. CHƯƠNG 1:MỞ TỔNG ĐẦU QUAN TÀU DẦU KIẾNMỤC TRÚC ĐÍCH – KẾT CỦA CẤU ĐỀTÀU TÀI DẦU HIỆN NAY Đặc điểm phân khoang và bố trí khoang hàng - Bố trí các khoang cách ly mũi và lái; - Bố trí đáy đôi mạn kép và các vách dọc; Bố trí đáy đôi và mạn kép
13. CHƯƠNG 1:MỞ TỔNG ĐẦU QUAN TÀU DẦU KIẾNMỤC TRÚC ĐÍCH – KẾT CỦA CẤU ĐỀTÀU TÀI DẦU HIỆN NAY - Bố trí thiết bị boong; - Bố trí thượng tầng. Kiến trúc bên ngoài của tàu dầu hiện nay
14. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU HỆMỤC SỐ LỢI ĐÍCH DỤNG CỦA LƯỢNG ĐỀ TÀICHIẾM NƯỚC Theo Burgeas [5]: - Tàu dầu cỡ lớn DW = 0,715 ÷ 0,77; - Tàu ven biển DW = 0,625 ÷ 0,715 Theo Rodionov H.H [5]: DW = 0,83 ÷ 0,87. Từ số liệu thống kê các tàu dầu hiện nay, tác giả đưa ra công thức: 0,0626 DW = 0,412.DWT
15. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ TÀIDÀI TÀU Theo các tác giả đã thông kê các tàu dầu đóng trước năm 1990 - Tác giả Giorgis Delbene[5]kiến nghị: 1/3 LPP = k1 DW (m) (2.2) - Theo tác giả Logachev[5]: 1/3 LPP =5,85 DW (m) DW <50.000) tấn (2.3) 1/4 LPP = 14,5 DW (m) DW 50.000 tấn Ltính toán, m Theo (2.2) Theo (2.3) Tên tàu [13] Lthực tế DW Giá trị Sai số % Giá trị Sai số % Crystal Diamond 119.20 11339 132.55 11.20 131.43 10.26 Độ tin cậy của các công EMMY SCHULTE 135.60 16968 151.61 11.81 150.33 10.86 thức (2.2), (2.3) BRAGE ATLANTIC 132.40 17460 153.06 15.61 151.76 14.63 SARACENA 144.20 20000 160.15 11.06 158.79 10.12 ALNOMEN 168.00 37256 197.05 17.29 195.38 16.30 Stx Ace1 173.90 40000 201.78 16.03 200.07 15.05
16. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ TÀIDÀI TÀU Thống kê các tàu dầu đã đóng những năm gần đây [13], tác giả kiến nghị sử dụng công thức sau: 0.304 Lpp = 6.9188DW , m (2.4) Ltính toán, m Tên tàu [13] Lthực tế DW Theo (2.4) Giá trị Sai số % Crystal Diamond 119.20 11339 118.20 -0.84 FURENAS 128.36 12924 123.00 -4.18 EMMY SCHULTE 135.60 16968 133.61 -1.47 BRAGE ATLANTIC 132.40 17460 134.78 1.79 SARACENA 144.20 20000 140.46 -2.60 OTTOMANA 158.70 25000 150.32 -5.28 Đánh giá sai số theo công thức (2.4)
17. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ RỘNG TÀI TÀU - Theo Giorgis Delbene[5]kiến nghị 1/3 B = k2 DW (m) (2.5) - Theo kết quả nghiên cứu của Logachev[5]: B = 0,85 DW1/3 (m) (2.6) Btính toán, m Tên tàu [13] Bthực tế DW Theo (2.5) Theo (2.6) Giá trị Sai số % Giá trị Sai số % SARACENA 25.60 20000 21.99 -14.11 23.07 -9.87 OTTOMANA 27.40 25000 23.83 -13.03 24.85 -9.29 LISTA 32.20 27900 24.81 -22.96 25.78 -19.9 HISTRIA GIADA 32.20 40410 28.50 -11.50 29.17 -9.41 Stx Ace1 32.20 40000 28.39 -11.85 29.07 -9.72 Độ tin cậy của các công thức (2.5) và (2.6)
18. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ RỘNG TÀI TÀU - Theo kết quả nghiên cứu các số liệu thống kê các tàu dầu đóng những năm gần đây, tác giả đề xuất công thức: B =1.104. DW0.312, m Với DW<40.000 tấn (2.7) Btính toán, m Tên tàu [13] Bthực tế DW Theo (2.7) Giá trị Sai số % FURENAS 21.50 12924 21.16 -1.56 EMMY SCHULTE 23.00 16968 23.05 0.23 BRAGE ATLANTIC 22.80 17460 23.26 2.02 OTTOMANA 27.40 27000 26.67 -2.65 Độ tin cậy của công thức LISTA 28.30 27900 26.95 -4.77 do tác giả đề xuất ALNOMEN 31.00 37256 29.51 -4.80
19. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ CHÌM TÀI TÀU Theo Giorgis Delbene[5]kiến nghị: 1/3 T = k3 DW (m) (2.8) Theo Logachev[5]: T = 0,78 DW1/4 (m) (2.9) Ttính toán, m Tên tàu [13] Tthực tế DW Theo (2.8) Theo (2.9) Giá trị Sai số % Giá trị Sai số % Độ tin cậy của các Stx Ace1 12.2 40000 10.94 -10.30 11.03 -9.58 công thức (2.8), (2.9) KANDILOUSA 12.2 46197 11.48 -5.88 11.44 -6.27 MOSKALVO 12.2 46260 11.49 -5.84 11.44 -6.24 BORAQ 12.2 46280 11.49 -5.83 11.44 -6.23 AZOV SEA 12.2 47363 11.58 -5.10 11.51 -5.68
20. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ CHÌM TÀI TÀU Theo tác giả kiến nghị: T =0.6DW0.2761 , m (2.10) với DW< 40.000 tấn T = 0.3767DW0.3237, m (2.11) với 40.000 tấn ≤ DW< 80.000 tấn Ttính toán, m Tên tàu [13] Tttế DW Theo (2.10) (2.11) Giá trị Sai số % Crystal Diamond 8.3 11339 7.90 -4.82 FURENAS 8.0 12924 8.19 2.38 EMMY SCHULTE 8.9 16968 8.83 -0.79 SARACENA 9.0 20000 9.24 2.67 OTTOMANA 10.0 27000 10.04 0.38 LISTA 10.5 27900 10.13 -3.53 ALNOMEN 10.5 37256 10.97 4.49 Độ tin cậy của công thức (2.10), (2.11)
21. CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC ĐÍCH TRƯNG CỦA CHIỀU ĐỀ CAOTÀI MẠN Theo Giorgis Delbene[5]kiến nghị: 1/3 D = k4DW (m) (2.12) Theo tác giả đề xuất: D = 0.4559DW0.3418 , m (2.13) Dtính toán, m D Tên tàu [13] Thực DW tế Theo (2.12) Theo (2.13) Giá trị Sai số % Giá trị Sai số % 14.6 25000 OTTOMANA 13.01 -10.88 14.52 -0.52 LISTA 15.6 27900 13.41 -14.05 15.08 -3.34 SEADEVIL 16.8 32250 13.93 -17.06 15.84 -5.69 ROBIN 17.6 35966 14.33 -18.60 16.45 -6.55 ALNOMEN 17.2 37256 14.45 -15.97 16.65 -3.22 ROSEG 17.2 40000 14.71 -14.50 17.06 -0.84 Seatrout 17.1 40600 14.78 -13.32 17.14 0.54 Độ tin cậy của công thức (2.12) và (2.13)
22. C = B CHƯƠNG 2: ĐẶC MỞTRƯNG ĐẦU KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU MỤCĐẶC TRƯNG ĐÍCH CỦAHỆ SỐ ĐỀ BÉO TÀI THỂ TÍCH Theo Alecxander [5]: Tàu dầu hiện đại CB = 0,922 - 0.5794.Fr CB = 1,05 – 1,68 Fr (2.14) Theo Van Lammeren [5] v CB = 1,137 – 0,6 (2.15) L Theo Delbene [5]: 2 v v CB = 0 , 505 1 , 2 (2.16) L L Theo số liệu thống kê tác giả đề xuất công thức sau : CB =0,922-0,5794.Fr (2.17)
23. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU 3.1. Bài toán tối ưu hoá tổng quát trong thiết kế tàu. - Giả sử X (x1,x2, xn) – là véc tơ các thông số của tàu thiết kế cần tìm (véc tơ của các biến cần tối ưu) (xi)min ≤ xi ≤ (xi)max, i = 1, ,n (3.1) - Giả sử C (c1, c2 , cn) – là véc tơ các thông số của nhiệm vụ thư thiết kế - Giả sử véc tơ Gj(X, C) – là véc tơ điều kiện biên biểu diễn các yêu cầu đối với tàu thiết kế; Gj(X, C) ≥ Aj j=1, , m (3.2) trong đó Aj – là yêu cầu của Quy phạm và CƯQT về tàu thiết kế - Hàm mục tiêu Z(X, C) (tiêu chí để lựa chọn phương án tối ưu). Phương án tối ưu là sẽ là phương án có Z(X, C) →cực trị
24. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU 3.2. Mô hình toán học tối ưu hoá các thông số chủ yếu của tàu dầu - Các thông số đầu vào: DWT, Vs, loại hàng, tuyến đường, - Các thông số cần tối ưu: X(xi) x1= ∆m – lượng chiếm nước toàn tải của tàu x2 = L – chiều dài tàu x3= CB – hệ số béo thể tích của tàu x4 = B/T x5 = D/T
25. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU 3.2. Mô hình toán học tối ưu hoá các thông số chủ yếu của tàu dầu - Xác định biên độ dao động của các biến cần tối ưu 0,, 944 0 976 2, 193 DW x1 1 , 764 DW ; 0,, 3285 0 246 5, 06 DW x2 14 , 1 DW ; 0, 76 x3 0 , 86 ; 2, 2 x4 3 , 0 ; 1, 25 x5 1 , 6 - Các điều kiện biên trong mô hình toán học thiết kế tàu dầu - Lựa chọn hàm mục tiêu - Sơ đồ thuật toán tối ưu các thông số của tàu dầu (Sơ đồ)
26. CHƯƠNGCHƯƠNG 2: 3: ĐẶC MÔ MỞ TRƯNGHÌNH ĐẦU TOÁN KÍCH HỌC THƯỚC TỐI ƯUCHỦ HÓA YẾU CÁCMỤCĐẶC THÔNG TRƯNG ĐÍCH SỐ CỦAHỆ CHỦ SỐ ĐỀ BÉO YẾU TÀI THỂ CỦA TÍCH TÀU 3.3. Hiện thực hoá mô hình toán học đưa ra - Lựa chọn ngôn ngữ lập trình - Xây dựng chương trình
27. CHƯƠNGCHƯƠNG 2: 3: ĐẶC MÔ MỞ TRƯNGHÌNH ĐẦU TOÁN KÍCH HỌC THƯỚC TỐI ƯUCHỦ HÓA YẾU CÁCMỤCĐẶC THÔNG TRƯNG ĐÍCH SỐ CỦAHỆ CHỦ SỐ ĐỀ BÉO YẾU TÀI THỂ CỦA TÍCH TÀU 3.3. Hiện thực hoá mô hình toán học đưa ra - Ví dụ tính toán Ta sử dụng tàu dầu FURENAS trong thống kê [13], để tính toán bằng phần mềm xây dựng, với giả thiết tàu chạy tuyến (Việt Nam) – (Nhật Bản), so sánh kết quả tính toán với giá trị thực của tàu: BẢNG ĐÁNH GIÁ SAI SỐ Kết quả tính toán Thông số tàu Ký hiệu Đơn vị Tàu thực Sai số bằng mô hình LCN Dm tấn 17424 15967.8 -8.357 Chiều dài tàu L m 128.36 139 8.289 Chiều rộng tàu B m 21.5 17.4 -19.070 Chiều chìm T m 8 7.9 -1.250 Chiều cao mạn D m 10.5 9.9 -5.714 Hệ sô béo CB 0.77 0.76 -1.293
28. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Luận văn đã nêu được đặc điểm kiểu kiến trúc kết cấu của các tàu dầu hiện nay. - Đề tài đã đề xuất một số công thức mới trong việc xác định các thông số chủ yếu của tàu dầu hiện nay trong giai đoạn thiết kế ban đầu. - Đã xây dựng được mô hình toán học xác định các thông số chủ yếu của tàu dầu chạy biển. - Xây dựng được chương trình phần mềm hiện thực hoá mô hình toán học đưa ra, kết quả tính đạt độ tin cậy cao. KIẾN NGHỊ Độ chính xác của kết quả phụ thuộc nhiều vào số liệu thống kê đầu vào nên cần được cập nhật liên tục