200TEU内河长江集装箱船设计.docx
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200TEU内河长江集装箱船设计
200TEU长江集装箱船设计
设计任务书
本船为钢质、单甲板、双机、双桨、柴油机驱动的集装箱船;主要航行于川江及三峡库区和长江中下游航线。
载箱量为重箱可载200TEU,按”ccs”有关规范入级、设计和建造。
满载试航速度不低于20km/h,续航力不小于3000km。
第一部分设计思路及相关资料准备
主要内容:
1.集装箱船设计思路
2.航区、航线概况介绍
3.集装箱尺度与箱重
4.船用主机资料
5.标准船型主尺度系列
6.母型船参数
1.集装箱船设计思路
总体根据现有的集装箱船标准船型主尺度系列来决定主尺度。
集装箱船的尺度很大程度取决于集装箱的布置形式。
在制定本船尺度系列时,除遵循与航道等级相匹配、最少档次、船型协调性、船型优选及实用性、与现行标准相协调等原则外,还要充分考虑集装箱的布置要求。
为此,首先根据集装箱排列方式确定相应的尺度,然后根据浮力重力平衡条件、满足各性能要求以及航道的限制等其他法规、规范的相关规定来确定集装箱船标准船型主尺度。
具体计算中,首先根据排箱方式确定满足布置要求的最小平面尺度要求,然后对应不同的设计吃水和结构吃水,允许其平面尺度在一定范围内变化,计算各尺度组合下船舶的技术经济性能,通过对选定的指标进行评价,确定出该排箱方式下较佳的船型尺度系列。
采用同样的方法计算其它排箱方式下较佳的尺度系列,然后对载箱量大致相同的不同载箱方式进行比选,最后确定相应箱位数较佳的标准船型尺度系列。
2.航区、航线概况介绍
2.1川江与三峡库区介绍
“川江及三峡库区”航道指长江干线重庆重钢新码头至宜昌葛洲坝段航道,全长805.4公里。
三峡水库蓄水前,川江属于山区河流,流路曲折、江面狭窄、多浅滩暗礁,船舶航行艰难,航道维护尺度为2.9×60×750米(水深×航宽×弯曲半径)。
三峡库区蓄水至139米后,航道维护尺度为3.5×100×1000米,保证率达到98%,航道条件得到彻底改善。
川江及三峡库区主要通航建筑物是三峡五级船闸和葛洲坝船闸。
三峡船闸闸室有效尺度为280×34×5米(长×宽×门槛水深),可通过万吨级船队,设计年单向通过能力5000万吨。
2.2长江中下游航线介绍
全长1644公里的长江中下游航道,河道弯曲,浅滩众多,河道演变剧烈,航道极不稳定,是“黄金水道”的瓶颈河段,集中了长江沿线大部分浅险水道。
至2010年,长江干流的通过能力将达到如下标准:
南京港以下常年可通航2.5万吨级海轮和由2000-5000吨级驳船组成的2万-4万吨级船队;
南京至安庆水深达到6米,可通航5000-1万吨级海轮或由2000吨级驳船组成的2万-4万吨级船队;
安庆至武汉水深达到4.5米,可较大幅度地延长5000吨级海船的通航期;
武汉至城陵矶水深达到3.7米,可通航由3500吨级油驳组成的万吨级油运船队,利用自然水深可通航3000吨级海轮;
3.集装箱尺度与箱重
本船所装集装箱为1CC标准箱
具体尺寸:
20ft×8.0ft×8.5ft(长×宽×高,6058mm×2438mm×2591mm)。
集装箱数量为200TEU。
根据相关资料,取货箱平均重为12吨/TEU。
4.船用主机资料
美国康明斯主机资料
5.标准船型主尺度系列
中华人民共和国交通运输部公告(2010年第3号)
表1川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列(2010年修订版)
船型分级
(载箱量)
总长
LOA
m
船宽
B
m
设计吃水
m
参考设计载箱量
TEU
参考主机功率
kW
备注
50
62~64
10.8
2.0~2.4
45~55
(200-230)×2
在参考主机功率下,对应船舶设计吃水的设计航速:
≥20km/h
60
67~70
12.8
2.0~2.6
60~70
(300~350)×2
100
72~75
12.8
2.6~3.0
90~110
(330-350)×2
150
85~90
13.6
2.8~3.2
120~157
(330-440)×2
200-I
85~90
14.8
2.8~3.2
135~170
(420-470)×2
200-II
85~90
16.2
3.0~3.5
150~200
(470-500)×2
250-I
92~98
16.2
3.5~4.0
220~240
(550-600)×2
250-II
105~110
16.2
3.5~4.0
240~260
(600-660)×2
300
105~110
17.2
3.5~4.0
260~310
(630-660)×2
350
105~110
19.2
4.1~4.3
320~360
(700-730)×2
注:
1.以上载箱量为装载20英尺标准箱(TEU)货箱载箱量,货箱平均重为13吨/TEU;当船舶载运货箱和空箱数量超过所推荐载箱量时,应满足规范和法规的相应要求。
2.若实际装载货箱重量大于或小于13吨/TEU时,其载箱量会发生变化,此时应满足规范和法规的相应要求。
3.若装载特种箱、非标箱时,其有关要求应予特殊考虑。
4.本系列船型采用平板型护舷材,船舶应满足规定的总长、船宽要求。
6.母型船参数
参考母型船为200TEU长江集装箱船,
主要技术指标为:
总长:
90m设计水线长:
88m
垂线间长:
85.8m型宽:
16.2m
结构吃水:
3.4m设计吃水:
2.8m
型深:
5.2m方型系数:
0.793
主机功率:
477kw*2设计航速:
20km/h
第二部分主要要素的确定
主要内容:
1.集装箱的布置
2.按初步估算主尺度
3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整
4.估算空船重量和载重量
5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数
6.主要性能的校核
7.主尺度的最终确定
1.集装箱的布置
长江200TEU左右内河集装箱船,多采用6-10行4列布置。
根据《内河船建造规范2009》,要满足“集装箱的装载层数应不大于五层”和“集装箱船驾驶盲区不大于2倍船长”的要求。
本船载箱量200TEU,在货舱部位舱内分为9行×4列×2层,货舱部分甲板上分9行×4列×3层,尾部2行×4列×3层,在尾部少放4箱。
布置图如下
图1整体示意图
图2甲板示意图
2.初步估算主尺度
2.1船长
根据经验公式:
其中:
20英尺集装箱数量Nc=200
代入方程得Lpp=76.2m
2.2船宽
根据经验公式:
其中:
集装箱宽度bc=2.438m,甲板上集装箱列数rd=5,集装箱列之间的间隙Cc=0.038m,
代入方程得12.3m,初取B=13m
2.3吃水
根据航道水深的限制,并且根据统计资料船宽吃水比B/d在2.5~3.5之间
初取d=3.7m
2.4型深
根据统计资料D/d在1.4~2.0之间
初取D=5.2m
2.5方形系数
根据亚历山大公式:
其中:
取C=1.08,V=20km/h,Fn=0.19,代入公式
初取Cb=0.76
3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整
3.1船长
根据布置要求,垂线间长Lpp为:
Lpp=Lc+La+Lf+Lm
其中:
尾尖舱长度La取5%Lpp
艏尖舱长度Lf取6%Lpp
机舱长度Lm为主机长加10m,大致取为11.5m
货舱长度Lc=7.7X-8(X为集装箱行数)=61.3m,实取64m
列方程,解得Lpp=84.8m.
相应的Lwl取为86.9m,Loa约89m
3.2船宽
根据舱内集装箱布置要求(图3),船宽B为:
B=Yo(w+a)+c(Yo-1)+2b+2d
其中:
Yo(列数)=4;
w(箱宽)=8英尺=2.438m;
a(箱与导轨之间的间隙)=0.025m;
c(导轨之间的间隙)=0.2m;
b(导轨与纵隔壁的间距)=0.125m;
d(舱口围板到舷侧的距离)=2.44m.
代入数据得B=15.58m
根据川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列,B=16.2m.
3.3型深
决定型深的主要因素是舱内集装箱层数,根据布置要求,型深D为:
D=hd+t+hn+f-hc-c
其中:
hd(双层底高)=B/16=1.01m;
t(垫板厚度)=0.05m;
hn(舱内箱高)=2*2.591m;
f(集装箱顶与舱口盖下缘的间隙)=0.15m;
hc(舱口围板高)=0.8m;
c(梁拱高)=B/50=0.324m;
计算得D=5.3m.
4.估算空船重量和载重量
4.1估算空船重量
4.1.1根据经验公式:
其中:
L、B、D为以上取值,代入得:
LW=1322.18t
4.1.2根据米勒空船重量的分项估算公式
Cb为初取值Cb=0.76,L、B、D为以上取值
船体钢料重量:
代入数值得,Wk=1202.81
舾装重量:
代入数值得:
Wf=129.58t
机电设备重量:
K=1.15BHP(主机功率)=477kw
代入数值得:
Wm=197.26t
根据Miller公式,重量小于7000t,估算误差偏大10%左右
空船重量Lw=(Wh+Wf+Wm)*90%=1376.69t
4.1.3空船重量的确定
取以上两个估算值的平均数
Lw=(1322.18+1376.69)/2=1349.44t
4.2计算载重量
4.2.1载货量
其中:
Nt(集装箱总数)=200,Wo(平均箱重)=12t
则有Wc=2400t
4.2.2人员及行李、食品、淡水重量
船员取为14人,每人平均65kg;船员行李50kg/人;
食品消耗3.5;淡水消耗75。
取船航速20km/h,续航力3000km.则这部分重量:
W1=14×(65+50)+14×(3000/20/24)×(3.5+75)=8.48t
4.2.3燃油、滑油及炉水重量
燃油重量
滑油重量
ε取0.05
炉水重量
由于为小型船舶,可不计炉水重量
这部分重量为:
W2=WF+WL=1.15*0.202*477*2*3000/20*1.1*(1+0.05)/1000=38.39t
4.2.4备品、供应品重量
W3=εLWε取0.5%
W3=0.005×1349.44=6.75t
4.2.5载重量的合计
DW=Wc+W1+W2+W3=2400+8.48+38.39+6.75=2453.62t
4.2.6排水量裕度
53.98t
4.2船体总重量
3857.04t
5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数
由2.5可知初取Cb=0.76
根据得d=3.69m
由于航区航道限制,实取吃水d=3.5m
故相应Cb=0.80
6.主要性能的校核
6.1主尺度规范要求
由上述所定尺度校核:
Lpp/D=84.8/5.3=16B/D=16.2/5.3=3.06均满足规范要求
6.2快速性估算
6.2.1海军系数法
由海军系数法预估设计船达到预定航速(20km/h)所需主机功率
=477kw
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