大连理工大学船舶与海洋工程毕业设计.docx
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大连理工大学本科毕业设计
40000DWT成品油船方案设计
GeneralDesignofa40000DWTProductOilTanker
学院(系):
运载工程与力学学部
专业:
船舶与海洋工程
学生姓名:
学号:
指导教师:
指导教师:
完成日期:
2015年6月3日
大连理工大学
DalianUniversityofTechnology
40000DWT成品油船方案设计
摘要
此次毕业设计题目为40000吨成品油船方案设计。
设计者主要从船舶的实用性角度考虑,旨在能够最大限度的满足船东的使用要求。
设计过程涵盖了本科阶段学习的诸多专业知识,具体情况如下:
一、根据设计任务书的要求确定船舶的主尺度并进行性能校核,为了选择最优的设计方案,设计者在初期采用了三种方法并相互比较,分别是母型船修改法、统计公式法、按主尺度比估算法,确定了较优的主要尺度要素。
二、型线设计采用“1-Cp”法。
考虑尾部线型的要求,使船、桨、舵良好的配合。
三、参照母型船的总布置方案进行总布置设计,合理布置船舶各个舱室及配套设备,保证船舶能在正常工作的同时也不影响船员生活的舒适性。
四、按规范要求,校核船舶满载出港、压载出港两种载况下的浮态及完整稳性计算,为进行上述计算,提供了静水力曲线、货油舱与压载舱的舱容要素曲线、稳性横截曲线和进水角曲线。
五、采用图谱设计法进行螺旋桨设计,选取AU-4系列桨,保证船、机、桨三者的配合,以提高设计船的快速性能,在螺旋桨绘制过程中采用了系统的Excel绘制,提高了绘图效率。
六、按照规范进行中横剖面的结构设计。
关键词:
成品油船;方案设计;型线设计;总布置;稳性
目录
摘要 1
1船舶主要要素的确定 5
1.1综述 5
1.2排水量估算 5
1.3主尺度初步确定 5
1.3.1母型船估算法 5
1.3.2统计法 6
1.3.3根据主尺度比估算 6
1.3.4综合数据初定主尺度 6
1.4船舶主机的初步选定 7
1.5空船重量估算 7
1.5.1舾装设备重量估算 7
1.5.2机电设备重量估算 7
1.5.3船体钢料重量估算 8
1.5.4空船重量估算 8
1.6重力与浮力平衡 8
1.7性能校核 8
1.7.1稳性校核 8
1.7.2航速校核 10
2型线设计 14
2.1改造母型船横剖面面积曲线 14
2.1.1绘制母型船横剖面面积曲线 14
2.1.2将母型船SAC改造为设计船SAC 15
2.2绘制型线图 18
3总布置设计 21
3.1主船体内部船舱的划分 21
3.1.1主体水密舱的划分 21
3.1.2货舱的建筑特征 21
3.1.3主船体内部舱室布置 22
3.1.4主甲板上舱室布置 22
3.2上层建筑布置 22
3.3舾装设备 23
3.3.1锚泊设备 23
3.3.2系泊设备 24
3.3.3舵设备 24
3.3.4救生设备 24
3.3.5消防设备 24
3.3.6货油舱舱盖 24
3.3.7吊车 24
3.4总布置图的绘制 24
3.5舱容校核 24
3.6总结与补充 25
4静力学及完整稳性计算 26
4.1静力学主要性能曲线 26
4.1.1绘制静水力曲线 26
4.1.2绘制稳性横截曲线 28
4.1.3绘制舱容要素曲线 33
4.1.4绘制进水角曲线 37
4.2各种装载情况下浮态和初稳性计算 38
4.2.1重量重心位置计算 38
4.2.2浮态及初稳性的计算 40
4.3完整稳性计算 41
4.3.1计算公式 41
4.3.2计算数据 41
4.3.3校核结果 44
5螺旋桨图谱设计 46
5.1主要参数 46
5.2最大航速计算 47
5.3空泡校核 48
5.4强度校核 50
5.5螺距修正 51
5.6重量及惯性矩计算 51
5.7敞水性征曲线之确定 52
5.8系柱特性计算 53
5.9航行特性计算 54
5.10螺旋桨计算总结 55
5.11螺旋桨制图 56
6结构设计 56
6.1概述 56
6.2材料选择 56
6.3确定骨架系统和结构布置 56
6.4确定构件尺寸 56
6.4.1最小厚度计算 56
6.4.2外板 57
6.4.3甲板 59
6.4.4双层底结构 59
6.4.5双壳结构 61
6.4.6甲板骨架 63
6.4.7槽形油密纵舱壁 64
6.4.8顶凳与底凳 65
6.5强度校核 65
6.6绘制典型横剖面结构图 70
结论 71
附录 72
1船舶主要要素的确定
1.1综述
对于一艘船的衡量主要从技术性能与经济指标两方面来进行,而这两方面又都包括诸多具体方面,并且不同方面之间往往存在矛盾,所以一艘船不可能在诸多方面都达到最佳。
因此,在设计之初,需要根据设计船的使用环境,明确其首要要求,从而在设计过程中优先满足首要要求的情况下,尽量兼顾次要要求,甚至放弃某些要求。
本设计船作为商用运输油船舶,其经济性、稳性与航向稳定性就显得更加重要。
设计船舶为40000DWT成品油船,因此主尺度确定按照非布置型问题的思路进行:
首先从重量入手,参考母型船数据以及其他相关资料选取合适的载重量系数,然后估算设计船的排水量,按不同方法计算几组主尺度数据,从中选定初定值。
随后针对初定值,估算空船重量,并进行重量与浮力的平衡计算,以及性能校核,若满足条件则初步确定主尺度并进行经济分析,否则修改数值直至满足条件。
1.2排水量估算
排水量的估算选用排水量系数法来进行。
而对于排水量系数,主要用修改母型船的方式来选取:
带入母型船数据,得到其载重量系数:
ηDW0=DW0Δ0=0.779(1.1)
一般而言,载重量系数ηDW随着载重量DW的增大而增大。
由于设计船的载重量DW相比较母型船偏小,因此设计船的载重量系数ηDW相较母型船也应偏小一些合理,在此暂定设计船ηDW=0.77。
则计算设计船的排水量。
Δ=DWηDW=400000.77=51948(1.2)
1.3主尺度初步确定
1.3.1母型船估算法
设计船的排水量Δ=51948t,母型船排水量Δ=61069t,带入数据计算:
L=L0ΔΔ013=176.23m(1.3)
B=B0ΔΔ013=32.22m(1.4)
d=d0ΔΔ013=10.90m(1.5)
D=D0ΔΔ013=17.06m(1.6)
其中,方形系数同母型船取Cb=0.8168。
1.3.2统计法
根据以往设计建造的船舶,对同型船的相关数据进行统计,得到适当的统计公式进行分析,此处采用预报现代游船主要尺度的统计式,计算如下:
Lpp=60.473lnDW-456.6=184.41m(1.7)
B=10.853lnDW-84.9=30.14m(1.8)
d=6.546×10-5DW+8.127=10.75m(1.9)
D=1.2d+3.3=16.2m(1.10)
CB=A-BvL=0.812(1.11)
其中,系数A与B按照大连理工大学方形系数统计式的中值选定。
1.3.3根据主尺度比估算
根据母型船数据计算系数:
K1=LB=5.47、K2=Bd=2.96、K3=Dd=1.57、CB=0.8168。
选取附体系数k=1.006,海水密度γ=1.025tm3,计算结果如下
L=3ΔK12K2kγCB=176.11m(1.12)
B=LK1=32.19m(1.13)
d=BK2=10.88m(1.14)
D=d×K3=17.08m(1.15)
1.3.4综合数据初定主尺度
三种方式分别计算的主尺度数据如下表:
表1.1
Lpp/m
B/m
D/m
d/m
CB
母型船修改法
176.23
32.22
17.06
10.9
0.8168
统计法
184.41
30.14
16.2
10.75
0.812
主尺度比法
176.11
32.19
17.08
10.88
0.8168
在选定初定值时,应结合基本设计思路考虑。
主尺度要素中,船长对船舶的造价影响最大,故应该尽量减小船长;而在减小船长的情况下,适当增加型深,可以满足载重量及稳性要求。
综上,应在满足航速和舱容的要求下,尽量减小本船的主尺度,提高经济性能。
初步选取主尺度如下:
表1.2
Lpp/m
B/m
D/m
d/m
CB
176
33
17
11
0.815
1.4船舶主机的初步选定
带入母型船数据:
∆0=61069t、V0=14.3kn、BHP0=9480kw,根据海军部系数公式求得:
C=Δ023V03BHP0=478.35(1.16)
而设计船V=14kn、∆=51948t,则
BHP=∆23V3C=7986.4kw(1.17)
查阅MAN-B&W公司的相关主机型号资料,初步选取的主机型号为MAN-B&W6S50MC-CL1,其主要指标:
额定功率9480kW,转速127r/min,耗油率174g/kW·h。
1.5空船重量估算
1.5.1舾装设备重量估算
木作舾装采用平方模数法进行:
Wf=CfL(B+D)(1.18)
其中,木作舾装系数:
Cf=0.3428DW-1.495+0.0886。
分别带入数据可得:
母型船Wf0=857t,设计船Wf=764t。
1.5.2机电设备重量估算
粗估机电设备:
Wm=CmPm,其中机电设备重量系数Cm,根据船舶设计原理,其取值范围为0.11-0.132,本船主机较小,系数可取大,取0.125。
带入数据后得:
母型船Wm0=1010t,设计船Wm=1037t
1.5.3船体钢料重量估算
母型船的空船重量减去以上所求舾装设备和机电设备重量,得母型船钢料重量,即:
Wh0=∆0-DWT0-Wm0-Wf0=11602(1.19)
根据立方模数法,则有Wh=ChLBD,带入母型船数据得到船体钢料重量系数Ch=0.102,则带入数据算得:
设计船钢料重量Wh=9758t
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