散货船设计计算书船舶设计原理课程设计Word文件下载.docx
- 文档编号:19427904
- 上传时间:2023-01-06
- 格式:DOCX
- 页数:43
- 大小:553.14KB
散货船设计计算书船舶设计原理课程设计Word文件下载.docx
《散货船设计计算书船舶设计原理课程设计Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《散货船设计计算书船舶设计原理课程设计Word文件下载.docx(43页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1.6总体其他性能
(1)稳性:
本船完整稳性应满足法规对国际航行一般船舶的要求和对载运散装谷物货船的要求。
(2)载重线:
本船应满足国际载重线公约关于“B—60”船的有关要求。
按“B-60”船核定载重线,显然应为最小干舷船,即本船的型深和满载吃水之间的关系要恰好(或基本恰好)符合“B-60”船的最小干舷。
根据载重线公约的规定,采用“B-60”船干舷,须满足该公约规定的对“B-60”船的破舱稳性要求。
(3)压载要求:
本船应考虑无货压载状态的航海性能。
压载舱的设置应满足“钢质海船入级规范”——“散货船结构(CSR)”关于装载工况中“压载舱舱容和布置”的要求。
压载舱的设置要注意防止压载状态船体过大的静水弯矩和剪力。
此外,驾驶盲区应满足法规关于航行安全的“驾驶室可视范围”和巴拿马运河的要求。
(4)本船应具有良好的操纵性能和适航性能,设计理念应符合绿色环保、节能减排的要求。
散货船存在较多的无货压载航行工况,设计的最佳方案是用较少的压载量,满足压载工况
浮态(包括符合驾驶视域)的要求,并使船舶的静水弯矩尽可能的小。
压载舱的布置还应满足规范的要求。
1.7货舱与舱口盖
货舱数量一般情况下为7个。
货舱和货舱口的设置应考虑尽可能有利于提高货物的装卸效率。
本船货舱区尽可能采用双舷侧结构,也可综合布置、舱容、结构强度和空船重量等因素,采用单、双混合型舷侧结构。
本船货舱盖采用侧移式舱口盖,各货舱舱口盖的长度尽可能一致。
本船不设起货设备。
1.8船员定额
本船人员定额为28人,其中干部船员11人,普通船员15人,其他人员2人(船东代表和引水员各1人)。
1.9主辅机及锅炉
(1)设低速柴油机主机一台,主机型号和功率根据航速要求选定。
(2)设相同型号的柴油发电机组三台。
(3)设燃油锅炉和废气锅炉各一台。
1.10其他设备
本船舾装设备和其他机电设备按规范、法规和一般常规要求配备。
1.11本章小结
课程设计根据任务书要求,对总体设计方案有一个全面、系统的分析,对设计过程中的矛盾和各种因素的相互影响做出必要的讨论和分析,对矛盾和问题提出解决的办法。
设计过程正确采用反馈和逐步近似的工作方法。
在对设计技术任务书进行全面分析的基础上,对新船的设计方案必须有一个尽可能细致的构思,提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。
第二章船型特征及分析
2.1散货船用途
散货船以运输大宗货物为主,主要有:
煤、谷物、矿砂等,也可以装运木材、钢材、纸浆、重货等。
本船以运输煤炭、谷物、矿砂为主。
2.2载重吨位
通常,散货船是根据主要航线来区分载重吨位,4~6万吨级载重量的散货船称为灵便型(其中,5~6万吨级又称之为大灵便型)。
通航于巴拿马运河第一、二船闸的巴拿马型散货船载重量为6~8万吨级,好望角型散货船载重量为13万吨~20万吨。
作为大宗货运输的散货船,因受到大型船舶经济性好的刺激,大型化是发展的一个趋势。
2.3布置特点
散货船通常为单甲板、单机、单桨、尾机型船。
为减小甲板上浪,保护舱口盖等甲板设施,增加船舶首部的储备浮力,IMO和IACS都提出要求散货船设置首楼。
本船按任务书要求应设置首楼。
设置首楼的不利之处是增加了驾驶盲区的长度和结构钢料重量。
为减小设置首楼带来的不利因素,可适当减小首楼高度,但一般不小于载重线法规中要求的上层建筑标准高度。
布置船员起居处所和工作处所的甲板室位于机舱上部。
灵便型散货船甲板室层数通常为5层,巴拿马型和好望角型散货船通常为6层。
2.4货舱数量
货舱数量的确定需考虑使用要求、装卸效率、结构强度、规范要求、破舱稳性等因素,货舱数量多,增加了卸货时的清舱工作量,且不宜装载大件或长件。
散货船的货舱数量一般按船长而定,单个货舱的长度一般不超过30m。
2.5积载因数
散货船的积载因数视主要装载货物的种类不同有较大的差异,对装载轻货为主的船,积载因数可高达2.0m3/t。
巴拿马型散货船对应满载吃水装载情况的积载因数一般只有1.23~1.28m3/t。
本船设计任务书要求为1.26m3/t。
2.6起货设备
中小型散货船为了能适应尽可能多的港口,大多设有甲板起重机,主要用于卸货。
大型散货船和用于定线运输的散货船,一般不设起重机。
2.7货舱形式
散货船针对主要装载散货的特点,为便于装卸,其货舱有其特定的结构形式,通常都设有顶边水舱和底边水舱。
这种形状的好处是装货时能将货舱基本装满,减少平舱工作量,卸货时能减少清舱工作量。
设置的顶边舱和底边舱可用于装载压载水,增加了压载量,并提高压载重心,可增加压载航行的首尾吃水和改善压载状态的横摇性能。
单舷侧结构顶边舱和底边舱之间的单舷侧部分是结构的薄弱点,加上此处舷侧外板上的构件均暴露在货舱内,在装卸货物作业中结构构件难免有被碰撞以及磨损、腐蚀等,导致散货船由于结构强度的不足而发生海难事故。
因此,国际海事组织和国际船级社协会曾要求强制推行双舷侧结构,并对此做了大量的工作。
双舷侧结构的不利之处主要是损失了部分舱容,结构钢料重量也略有增加。
双舷侧的不利因素影响到船舶的经济性,但从提高散货船安全性出发,双舷侧结构是有利的。
双舷侧散货船的边舱宽度对舱容影响较大,为减少双舷侧结构对舱容的不利影响,一般希望双舷侧宽度小些,但其最小宽度应满足规范对检验通道的要求。
考虑到单舷侧和双舷侧的利弊,也出现了采用混合式货舱结构,即一部分货舱采用双舷侧,另一部分货舱采用单舷侧。
2.8本章小结
本章着重介绍了现阶段主流散货船的船型特征,从散货船用途、载重吨位、布置特点、货舱数量、积载因数、起货设备、货舱形式等角度进行总体把握和分析,从而为总体方案构思提供了参考的依据。
由于新船不再需要满足巴拿马运河船闸对于船体主尺度的要求,故不再对巴拿马型散货船做特殊介绍。
第三章新船主要要素选择
3.1主尺度选择
3.1.1主要要素初步分析
一艘新船的设计,通常是从主要要素的选择开始,主要要素包括了主尺度和主要技术参数。
主尺度涉及船舶的各项技术性能和经济性,是船舶设计中一项影响重大和决定性的工作。
主尺度的选择必须满足基本技术要求:
(1)重量和浮力是平衡的,即要求能正确估算空船重量;
(2)舱容是足够的,即需要正确估算出新船所能提供的各种舱容;
(3)主要性能是满足任务书要求的,要估算航速、评估操纵性等主要性能;
(4)要满足法规相关内容的要求,例如最小干舷、完整稳性、破舱稳性等。
船长的选择,在满足限制条件下,一般首先从浮力、总布置(舱容和布置地位)、快速性这三个因素来考虑。
对于载重型船舶,其中最基本的考虑因素是浮力,其次是快速性和布置地位。
从经济性方面讲,船长对空船重量等造价因素影响敏感,船长选取短一些,可减轻空船重量,降低造价。
散货船属于载重型船舶,其运输的货物主要为低值货,航速要求不高,因此无论从使用要求还是经济性考虑,散货船的船型必定是一种低速肥大型船舶,在主尺度不受限制的情况下,船长和长宽比值应该选取小一点,船体丰满一些。
散货船的型深在满足最小干舷的前提下主要取决于舱容的要求。
型深小量的变化对空船重量和航海性能影响都不大。
在积载因数大致相当时,新船所需舱容基本等同于载重量的变化,在船长、船宽
基本不变时,新船所能提供的舱容也就基本比例于型深的改变。
船舶的设计吃水是指夏季载重水线的吃水,也即为满载吃水。
显然,在船舶设计中,
满载吃水装载情况除须符合载重线法规以外,还应符合其他所有相关规范和法规的要求,如完整稳性、破舱稳性、结构强度等等,因为这些都与船舶的装载条件有关。
在一定的船长、船宽和吃水下,方形系数的选择主要关系到排水量和阻力等性能。
增加方形系数对空船重量和造价影响极微,因此,现代散货船设计中,为了增加载重量,方形系数的选取越来越大。
但方形系数的增大对阻力性能影响很大,过大的方形系数也不利于操纵性能。
因此,在取大方形系数的同时应采取相应的技术措施来弥补对性能的不利影响,例如在型线设计、推进装置、操纵装置等方面做细致的优化工作。
3.1.2排水量初步选择
第一次粗估排水量用载重量系数,可用母型船数据进行估算。
一般对于同类型的船舶,主尺度越大,载重量系数也越大,因此,上式估算的排水量可能偏大,具体将在更进一步的设计中进行调整。
3.1.3船长
船长初步选择由母船资料换算,分别以75000t母船和115000t母船为参照求得船长:
由此可以判断,船长在230米左右。
但由于船长越长,空船重量增加较多,故初步选择船长为229米。
3.1.4船宽
船宽的选择主要参照也是母型船资料。
分别以75000t母船和115000t母船换算如下:
由于75000t母船的宽度受到巴拿马运河的限制,所以,以115000t母船换算所得的B比较合理。
但是考虑到L/B的要求尽量不超过6,而太小的船宽又会对舱容有较大的影响,故综合考虑后,取船宽为38米。
3.1.5方形系数和吃水
方形系数的初步考虑从亚历山大公式出发,根据航速要求来估算。
式中C可根据母型船得到:
则
由于考虑到需满足平衡式:
计算得吃水:
考虑到吃水可能偏小,故适当减小方形系数来进行调整。
现取吃水为13.8m,此时由平衡式计算得方形系数,基本满足要求。
由于方形系数的减小,也可略微提高阻力性能。
3.1.6型深D的初步选择
型深D的初步选择考虑用母型船进行换算。
从货舱容积考虑,如果新船的货舱长度占船长的比例和货舱部位及结构形式与母型船的差别不大时,可用下式估算:
其中由于新船的载货量未知,所以用载重量DW近似代替Wc。
分别用两艘母船计算得:
考虑到75000t母船受到巴拿马运河的限制,船宽较窄,型深较深,故估算出的新船型深也偏大,而115000t母船由于是单舷侧,而设计新船优先考虑双舷侧,故须在计算的基础上进行适当的调整。
综合其他各因素考虑后,现取型深。
3.1.7主机初步选择
根据母型船资料用海军系数法估算主机功率。
海军系数法中P一般为有效功率,但同类船地有效功率与机器功率的比值一般相差不大,故直接用母型船的主机最大持续功率进行换算,得到新船的最大持续功率:
考虑到新船和母型船相比,长宽比减小了,故阻力性能不如母型船,所以主机的功率需要再有适当的提高。
由于所用设计软件FreeShip可以计算出主机的功率,故在后面的设计中将会得出新船的主机功率,从而进行调整和重新选型。
3.1.8主尺度小结
主尺度的选择可以参照母型船、经验公式、统计公式等。
本传主要根据母型船进行粗估,结果如下:
考虑到主机功率在后面的计算中可能有较大调整,故先不列入表中。
实际上在估算的过程中,不可能一次成功,所有的数据都是根据后面重量重心估算和舱容校核的结果等,结合误差的大小以及可能产生误差的原因,一遍遍的修改得到。
例如最初船宽选择了39m,型深19.6m,但是考虑到这样空船重量比较大,超出了所给的精度范围,故进行了重新调整。
3.2重量估算
3.2.1空船重量估算
空船重量可以以分类的形式进行估算,这样相对于将空船重量分为船体钢料重量、舾装重装以及机电设备重量更准确。
根据母型船资料,现在将空船重量分为主船体重量、上层建筑钢料及舱内设备、舱口盖及舱口围板、机电设备、外舾装设备、螺旋桨以及其他部分重量共七部分。
3.2.1.1主船体钢料重量
主船体钢料重量的估算根据母型船,采用指数法进行计算。
指数法考虑了各主尺度对于船体钢料重量影响程度的不同,从而计算结果更可靠。
指数法计算结果如下:
式中:
,,
根据统计方法中。
最终计算得:
3.2.1.2上层建筑钢料及舱内设备重量
上层建筑钢料及舱内设备重量的估算也采用指数法进行。
3.2.1.3舱口盖及舱口围板重量
舱口盖及舱口围板的重量依据舱口盖面积与母型船成比例的原则估算,即采用平方模数法。
估算过程中假设舱口盖的长、宽分别与船长、船宽成比例,则计算如下:
3.2.1.4机电设备重量
按主机功率粗估得:
3.2.1.5外舾装设备重量
由于外舾装主要布置在外部甲板,故可以考虑其与成比例,即按平方模数法粗估:
3.2.1.6螺旋桨重量
按照螺旋桨的重量与主机功率成比例的关系进行估算,结果如下:
3.2.1.7其他部分重量
其他部分重量也可粗略采用平方模数法进行计算:
3.2.1.8空船重量小结
3.2.2载重量与载货量
3.2.2.1人员、行李及食品
先计算航行天数。
新船续航力为24000mile,设计航速为14.5kn,则航行天数计算如下:
新船人员定额为28人,人员重量按照每人63kg计算,行李按照每人45kg计算,食品按照每人每天3kg计算,则人员、行李以及视频重量为:
3.2.2.2备品及供应品
取空船重量的0.5%作为备品及供应品的重量,即
3.2.2.3淡水
淡水取每人每天200kg计算,则计算结果如下:
3.2.2.4燃油
燃油储备量根据所选主机功率以及其耗油量进行选择。
对于本船,最初选择主机最大持续功率为10896.98kw。
但是,根据上述主机选型的理论分析,由于海军系数法估算的不准确,导致主机功率偏小。
这一点在后面用FreeShip进行航速计算时得到证实。
经计算后,查阅MANB&
W柴油机选型手册并进行反复调整,最终选用MANB&
WG60ME-C9柴油机,该柴油机主机最大持续功率为13400kw,转速为97r/min,耗油量为169.5g/Kwh。
则燃油储备量计算结果如下:
3.2.2.5滑油及污油水
滑油机污油水的重量计算依据滑油及污油水的重量与燃油储备量成比例的原则,计算结果如下:
3.2.2.6载货量
载货量,计算得:
3.2.2.7载重量与载货量小结
3.3舱容初步计算与平衡(货舱段)
3.3.1新船所需舱容
3.3.1.1货舱所需舱容
货舱所需舱容计算如下:
3.3.1.2压载水所需舱容
由规范要求,压载工况下,只需螺旋桨浸没即可。
根据母型船数据,此时估算新船尾吃水为7.3m。
根据压载工况下,纵倾不超过1.5%L,计算得尾吃水为
此时平均吃水。
根据估算公式:
其中:
,,,,
由于相似船对性能等各方面影响非常小,故新船的取于母型船相等,即有新船的。
由此可以初步估算出压载工况下的排水量。
由于压载到港相比压载出港,其油水的存储量较小,则若要保证螺旋桨不出水,到港状态需要的压载量较多,故需要计算压载到港时得压载水量:
所需压载水舱容积:
考虑到首尾尖舱可做压载舱,所以货舱段压载水取总压载水量的90%,则货舱段
3.3.1.3油水舱舱容
货舱段内的油水舱主要是指燃油舱。
燃油舱的容积计算中涉及较多的系数,现一一说明。
燃油密度根据资料取为0.98t/m3,容积折扣系数取为0.99,考虑膨胀,取膨胀系数为0.98.考虑可能在燃油舱中布置关系用于加热等用途,故再取系数0.97。
则,此时可以得到燃油舱所需舱容
货舱段内,取总共需要的燃油舱容积的85%,即。
3.3.2新船所能提供的舱容
新船货舱段能提供的舱容按照母型船进行估算。
(1)首先估算货舱段长度。
新船,取新船全长。
机舱长度可按照主机长度粗略估算:
其中可按照母型船进行估算:
则有新船机舱长度:
首尾尖舱长度根据其与船长成比例的原则,估算后根据下面总布置中所选的肋距进行调整后,取首尖舱长度为14.85m,尾尖舱长度为12.8m。
则可得货舱段长度:
根据下面所确定肋位长度,调整为180.44m。
(2)然后计算新船舱口盖的尺寸。
估算过程中假定舱口盖的长、宽分别与船长、船宽成比例。
则新船:
舱口盖长
舱口盖宽
舱口盖高与母型船相同,即为2m。
同理得第1号货舱的舱口盖的尺寸为。
(3)再根据母型船估算新船可以提供的舱容。
母型船货舱段的总舱容大致为其货舱段燃油舱、货舱以及压载水舱的总容积:
母型船舱口部分的容积为:
则去除舱口盖部分的货舱容积为:
则用来近似表示母船货舱段的丰满度系数。
新船的货舱段总容积为:
3.3.3舱容计算小结及舱容平衡
根据任务书精度要求,舱容误差需控制在1%内。
将货舱段上述各舱室所需舱容和能提供舱容汇总如下:
3.4本章小结
主尺度选择的一般流程见如下流程图:
注意到
(1)初始拟定的主尺度后,估算空船重量可以较为粗略,重力与浮力的平衡精度可粗一些。
由于后续的舱容校核和性能等校核都有可能重新调整主尺度,重力和浮力的平衡又会被打破,因此只要将不平衡的情况记下,在后续调整尺度时一并考虑。
(2)校核舱容和布置地位仅依靠几个主尺度是难以进行的,因此,在有了一个重力和浮力初步平衡的主尺度以后,需要进行粗略勾画总布置草图,其目的是为了估算舱容,进行舱容平衡。
(3)舱容不平衡需要调整主尺度时,还应注意最小干舷的要求,以便综合考虑主尺度调整的方案,此时综合考虑的因素至少有重力和浮力的差别、舱容以及最小干舷的要求。
(4)在此阶段的主尺度虽然尚未进行性能方面的计算校核,但是从尺度比和方形系数等所选择的参数中,也应对新船的基本性能与母型船等资料进行对比,做出一些判断,以便在调整主尺度时能考虑和综合更多的因素。
(5)主尺度选择要考虑综合因素,要平衡各种矛盾,因此需要根据实际情况来灵活处理,设计工作强调的是综合分析问题和合理解决问题。
(6)经过迭代和修改,最终选择的主尺度应该是能较好的兼顾各方的要求。
为了优
化设计方案,还需进行必要的论证、对比工作。
第四章新船总布置设计
4.1主船体的区划
本船为设计载重量89700t的散货船,原则上主尺度不受巴拿马运河第一、第二船闸限制。
由于第54届环保会决议修订的MARPOL73/78附则I新增“第12A条燃油舱保护”,故本船设计过程中应着重考虑因燃油舱保护引起的总布置变化。
此外,还需着重考虑双底、双舷侧对本船的重量重心以及舱容的影响。
总之,应综合考虑各方面情况,做出合理的选择。
本船设计过程中的参考母型船为一艘75000t巴拿马型散货船(无燃油舱保护、双舷侧)和一艘115000t散货船(有燃油舱保护、单舷侧)。
散货船主船体的纵向区划为:
首、尾尖舱、机舱和货舱,垂向区划仅为双层底和一层连续甲板。
进行主船体区划时,首先应确定各区域的肋距。
规范虽然对普通肋距有一个标准肋距,但实际设计中通常是综合结构强度、钢料重量和布置要求等因素来考虑选择各区域的肋距。
一般散货船货舱段的船底结构是取3个肋距设置一个强框架,甲板结构取6个肋距设置一个强框架,因此货舱段的肋位数最好为3和6的倍数。
本船根据各舱室长度,现取肋距如下:
4.1.1首尾尖舱
尾尖舱的作用一方面起到保护机舱,另一方面可将消瘦的尾端分割出来,用于布置尾压载舱,尾压载舱可用于到港工况的浮态调整(弥补油水消耗后重心前移产生的纵倾矛盾)。
防撞舱壁之前的区域为首尖舱,由于船首是碰撞发生概率最大的区域,规范要求任何船舶都必须设置首尖舱,且要求首尖舱碰破后不会导致船舶沉没。
因此,首尖舱的长度不能太长也不能太短,首尖舱太短使保护范围过小,太长可能碰破后直接导致船舶沉没。
为了使货舱长度尽可能大些,增加舱容利用率,首尖舱长度在许可且布置合理的情况下,可考虑取短一些。
首尖舱的下部一般布置为首压载舱,上部为储物舱,在首楼部分可作为缆索舱。
本船船尾-#11肋位为尾尖舱,#250肋位-船首为首尖舱。
首尖舱14.25m,尾尖舱12.8m。
4.1.2机舱
机舱的长度主要与要求的机舱的布置地位有关,应该根据所选主机的情况进行讨论。
机舱长度的选择在散货船设计中是一个很重要的考虑因素。
从经济性方面考虑,尽可能地缩短机舱长度,可提高舱容的利用率,但从用船来说,过短、过小的机舱对设备的布置和设备维修带来困难。
因此必须尽最大的可能处理好这些利弊和矛盾。
尾机型船的机舱下部很窄,而上部很宽,为增加布置地位,机舱区域应根据高度设置若干层平台。
本船机舱为#11-#37肋位之间,长20.85m。
机舱设有二层平台,上层平台布置了集控室、柴油舱和日用油舱及沉淀油舱等,下层平台布置了三台发电机组以及一个燃油舱。
4.1.3货舱
散货船货舱长度占垂线间长的比例约为80%~83%。
在初步确定机舱和首尾尖舱后,货舱长度就是船长减去首尾尖舱和机舱的长度。
巴拿马型散货船货舱数量一般为7个,单个货舱的长度一般不超过30m。
货舱的区划一般以均匀舱长来布置。
货舱段的侧边舱包含底边舱、舷侧边舱和顶边舱,各舱室都需要慎重考虑,以满足货舱、压载水舱、燃油舱的舱容要求。
同时还需要考虑到结构的问题。
需综合考虑后决定。
考虑到本船6、7货舱顶边舱作为燃油舱使用,故为了满足燃油装载需求,此两段货舱的长度较2、3、4、5货舱更长。
同时由于首部型线变化比较剧烈,故1货舱作了部分调整。
本船货舱段为#37-#250,货舱总长187.44m,共7个货舱,1货舱长23.76m,2-5货舱长26.4m,6、7货舱长29.04m。
4.1.4双层底
双层底对船舶具有直接的保护作用,因此规范对一般船舶都有设置双层底的要求。
本船双层底的设置范围是从尾尖舱壁至防撞舱壁。
双层底的最小高度需满足入级规范对双层底中桁材最小高度的要求。
由于双层底内不能设置燃
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 散货 设计 计算 船舶设计 原理 课程设计