江海直达型150TEU集装箱船总体设计论文.doc
江海直达型150TEU集装箱船总体设计【含5张CAD图纸、说明书、开题报告、翻译】
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摘 要沿海小型集装箱船主要从事中短海上距离的货物运输，大多从事次干线、支线的运输，是沿海运输不可或缺的一部分。本船同时要考虑到江海直达的船型特征并发挥小型集装箱船的优势，使之很好的满足设计任务书的要求。一、主尺度的确定结合布置型船在总体设计上的特点，根据任务书的要求并参考母型船初步确定主尺度。二、总布置设计按照规范要求并参考母型船进行总布置设计，区划船舶主体和上层建筑，布置船舶舱室和设备。三、型线设计运用母型改造法并结合设计船首尾部特点绘制型线图。四、螺旋桨设计设计螺旋桨的直径及其他参数，保证船、机、桨三者的配合，提高设计船的整体性能。五、性能计算运用船舶静力学计算及稳性衡准系统对装载情况、初稳性和完整稳性等性能进行校核，以满足任务书及规范的要求。关键词：江海直达；小型集装箱船；总体设计AbstractThe coastal small container is mainly engaged in the cargo transportation of short sea distance, mostly engaged in times of trunk, regional transportation is an integral part of the coastal transportation. This ships also want to consider the river-sea characteristics of ships and play the advantage of small container ships, make good satisfy the design plan descriptions of the request.First, determine main dimensions - According to the requirements of the task, reference book, consider type ship, combined with the overall design of ship decorate the characteristics, initially identified the main dimensions.Second, general arrangement design - in accordance with the Calculation requirements with reference to the type ship to carry out the design of general arrangement, main divisions and the superstructure of ship, ship compartment layout and equipment.Third, type design - use type transformation method and combine with the prow and tail characteristics of the design ship, in order to get the design of ship-based molded plan.Fourth, propeller design - determine the diameter and other parameter of the propellers to ensure that ships, aircraft, propeller with three in order to improve the overall performance of the ship.Five, performance Verification - use Shipping statics calculation and stability criterion quasi system to consider the loading of the ship design, the beginning of stability, integrity and other performance-based verifications to meet mission requirement and Calculation.Keywords: River-sea direct; Small container ships; Overall design目 录第一章 绪 论11.1 集装箱运输的发展现状和资源分布11.2 江海直达运输的制约因素21.3 小型集装箱船发展优势31.4 江海直达型集装箱船总体设计原则41.4.1 集装箱船舶设计特点41.4.2 150TEU集装箱船总体设计方案技术要求51.4.3 150TEU集装箱船总体设计方案主要内容5第二章 150TEU集装箱船主要要素确定63.1 概述63.2 母型船资料63.3 集装箱船主要要素的确定63.3.1 甲板箱数和舱内箱数分布63.3.2 主尺度及船型系数初步确定73.4.1 空船重量估算93.4.2 载重量估算103.4.3 重心高度计算103.4.4 初稳性估算113.4.5 横摇周期估算113.4.6 快速性估算11第三章 150TEU集装箱船总布置设计134.1概述134.2 船舱的划分134.2.1 肋骨间距134.2.2 双层底134.2.3 主船体舱室划分144.2.4 舱室及通道布置144.2.4.5 通道及扶梯布置16第四章 150TEU集装箱船型线图设计175.1 概述175.2 母型船横剖面面积曲线的确定175.3 型线改造185.4 特殊的首尾型线205.4.1 球首205.4.2 双尾215.5 型线图的生成和总布置图的修改215.5.1 绘制型线图的基本要求215.5.2 总布置修改215.5.3 型值表22第五章 阻力计算及螺旋桨设计236.1 艾亚法估算船舶有效功率236.2 螺旋桨图谱设计246.2.1 船体主要参数246.2.2 主机参数246.2.3 推进因子的决定246.2.4 可以达到最大航速的计算246.2.5 空泡校核276.2.6 强度校核286.2.7 螺距修正306.2.8 重量及惯性矩计算306.2.9 敞水性征曲线之确定316.2.10 系柱特性计算316.2.11 航行特性计算326.2.12 螺旋桨计算总结34第六章 静水力、干舷、稳性估算357.1 静水力计算357.1.1 概述357.1.2 静水力曲线357.1.3 形状稳性力臂曲线377.1.4 进水角和极限静倾角曲线387.2 干舷计算387.2.1 概述387.2.2 船舶的主尺度及系数387.2.3 计算及校核过程397.3 稳性计算407.3.1 典型载况417.3.2 稳性总结表41第七章 150TEU集装箱船设计说明书442.1 船型及用途442.2规范442.3 主尺度442.4 集装箱数及载重量442.5 主要船型及参数442.6 稳性及干舷442.7 主要舱室布置452.8 推进设备452.8.1 主机452.8.2 减速齿轮箱452.8.3 螺旋桨45结 语46致 谢47参考文献48IV第一章 绪 论1.1 集装箱运输的发展现状和资源分布集装箱运输作为一种现代化的运输方式在我国国民经济和对外贸易中发挥着积极的作用。自50年代中期，国际集装箱从陆上推向海上运输之后，世界海上集装箱运输得到了迅速的发展。到目前为止，全世界共有100多个国家和地区开展了集装箱运输，并已成为一个完整的运输体系。事实证明，这种现代化运输方式的出现和发展，极大地推动了国际贸易和海上运输事业的发展，可以说，集装箱运输是一场新的运输革命。集装箱运输是一种高效益、高质量、高协作性的运输方式，也是一个系统工程，需要港口、船方、货主及陆上运输各方面的密切配合协作。近年来，我国集装箱运输企业为了适应国家经济建设和对外贸易的需求，大力发展集装箱运输：扩大船队，建立较大规模的现代化的集装箱船队；加快集装箱码头基础性建设，以适应集装箱运输量不断增长的需要；加强揽货工作，改进经营管理，提高服务质量；充分利用现代化技术，扩大集装箱运输信息传递的网络范围，使集装箱经营管理水平更上一个台阶。基本形成的以我国沿海港口为中心的国际集装箱运输体系，它必将为我国社会主义经济建设作出重大贡献。我国集装箱运输起步虽晚于世界近20年，却以世界上少有的年均35%的增幅。从1993年至今，我国现在已创造了三个世界第一，即集装箱生产能力世界第一、集装箱的种类规格世界第一、集装箱产销量已连续十六年蝉联世界第一。随着国际航运业的需求，我国生产的ISO（国际标准）集装箱及非ISO集装箱几乎全部出口。历年的出口情况随国际贸易和市场需求的变化而变动，总体呈波浪式增长。根据截止到2008年底的统计，上海、香港、深圳等六大港口的集装箱吞吐量进入世界前10位，中远、中海集装箱船队运力进入世界前10位，我国沿海港口的集装箱化率达到或接近国际先进水平。从未来区域经济的发展，可将我国集装箱港口布局总体上分为四大区域，即台湾海峡区域、珠江三角洲区域、长江三角洲区域和渤海区域。以上四区域集装箱港口群之间具有相互制约又相互促进的作用。集装箱市场需求潜力大，在这四个区域集装箱港口群的发展速度方面，南方港口快于北方港口，其中台湾省海峡区域的港口发展速度最快，将平均达到28.1%；其次为珠江三角洲地区港口，平均达到19.7%；第三为长江三角洲地区，平均增长率达到16.3%；而北方渤海湾地区的集装箱港口吞吐量发展相对缓慢，但也保持两位数增长，平均年增长率接近14.7%。随着中国经济实力增强，进一步对外开放，外贸运输量也将愈来愈大。因此，进一步合理规划布局我国集装箱运输，意义重大。1.2 江海直达运输的制约因素江海直达运输的发展受到航道自身缺陷、政府的政策法规及其他运输方式分流等因素的制约。（1）航道因素由于内河航道保证水深有限，对船舶的吃水有很大的限制。长江武汉至重庆段除三峡库区外目前维护水深不到 3m，因此这个区间目前尚无江海直达船。在长达半年的枯水期间，能进入武钢工业港矿石码头的船舶载货量不能超过3000吨。5000吨级货船只有在丰水期才能到达武汉港，10000吨船可常年航行至南京等长江中下游港口。除航道维护水深以外，还有曲率半径等因素的影响，因此江海直达船的船长不能超过130m。由于目前长江航道受长江湖北段窑监浅水航道限制，江海直达通航船到达武汉后继续上行受到瓶颈制约。值得庆幸的是政府将在至2020年的16年时间内投资60亿元改造这一河段，届时5000吨左右的自航船和万吨级的顶推船队(如船闸允许)将能顺利抵达长江上游的重庆等港口，长江将成为名副其实的黄金水道，江海直达运输市场将得到全面发展。黑龙江水系实现江海直达运输有些困难，由于船舶必须经过俄罗斯才能出海，东北与其他地区的物质流通都得经过大连进行海运。（2）政策法规因素经特定航线到达香港的集装箱船，由于香港的码头费和引水费等与船长和总吨位有关，船长大于50m或吨位超过1000总吨时，各种费用有很大的提高，因此该航线上的江海直达集装箱船一般为船长不超过50m吨位在 1000总吨以下的小型船舶。另外，目前江海直达船的设计和检验基本上是按海船的建造规范和法定检验技术规则执行，没有考虑到特定航线江段时间较海段时间要长、海段遮蔽情况较其他海区要好，以及距岸较近、避风及应急处理相对方便等特点，导致船体结构偏重、设备配备要求偏高，增加了造船成本和营运成本。因此目前急需能够反映航道特点、满足市场需要、各项要求更趋合理、能保证船舶安全航行的规范和法规。（3）其他运输方式的影响沿江天然气管道将成为西气东送最主要方式。沿江石油管道也将使得水运市场份额日渐萎缩。公路和铁路两种运输方式历来都对水路运输产生货物分流的负面影响。沪蓉高速公路的建成将对船舶的干杂货运输有一定的影响，但由于单车载量的限制，冲击力不会很大。沿江铁路的兴建因其对大宗干散货的分流将产生较大影响，但影响是局部的。对大宗干散货和集装箱运输而言还得以水上运输为主。1.3 小型集装箱船发展优势 小型集装箱船通常指箱位在2000TEU以下的船舶，主要从事中短海上距离的货物运输，大多从事次干线、支线或区域内贸易货物的运输。在集装箱市场运力过剩之时，小型集装箱船以自身的成本优势、船型主尺度和经营灵活等特点，在远东/南亚次大陆线、远东/中东线以及亚洲/非洲线等航线扮演着重要的角色。当前，小型集装箱船市场之所以能够有不俗表现，除世界海运市场对集装箱运输需求增长外，还主要得益于自身众多独有优点：（1）小型集装箱船的营运成本低。营运成本主要指船舶建造成本、燃油成本、船员成本、船舶修理以及船舶保险、贷款利息等多方面船舶经营支出总和。小型集装箱相对技术含量较低、建造地点可选余地大等优点，所以单船建造成本相对较低。因此，小型集装箱船的投资经营风险相对较小，船舶融资方面也容易完成。同时，船舶自身的维护保养费用和其他费用支出也因船舶规模较小相对降低。（2）小型集装箱船的经营灵活。小型集装箱具有自身船舶操纵性好、型深较小、吃水不大、型宽不大等特点。因此在近洋航线，特别是港口航道基础设施相对落后的地区，具有不受吃水限制、不受泊位限制和时间表相对固定等灵活性。此类船舶，可以保证船舶的随时进出港口、进入内河航道深处等大型船舶不可比拟的优势。同时，部分船舶自身具有克令吊等集装箱装卸设施，可以进一步加大对港口码头的适应能力。（3）小型集装箱船是轴辐式网络必要组成。集装箱船持续向超大型发展，每一个国际运输航次的运量显著提高,必然需要更多的集装箱货物供应量，尤其是地区性的沿海、短途支线运输发展紧密结合在一起，这必将刺激集装箱沿海运输和短距离支线运输的发展。注重在集装箱运输主干线和支线之间，以及在大支线和次支线之间的转运，低运载力集装箱船的投资开发是必不可少的国际贸易航线环节，成为当今轴辐式网络营运的重要环节。（4）小型集装箱船结构相对成熟。目前支线集装箱船的船龄普遍较高，船龄超过15年的支线集装箱船占总运力的一半以上，据统计到2010年前，这些集装箱船中将有600多艘被报废和拆解；预计全球需要新建小型集装箱船1500多艘才能满足船舶的补充和替换要求，来维持集装箱船队的合理结构。综上，超大型集装箱船大量投入全球主干航线，特别是亚洲/欧洲航线和太平洋航线，致使集装箱运输市场的运力增长过快之时，却给小型集装箱船带来一个新的发展机遇。随着中国经济的持续繁荣，亚太经济区内的中国和印度等地区对小型集装箱船的需求与日俱增，小型集装箱船的活动空间也开始由传统的欧洲向亚洲转移。1.4 江海直达型集装箱船总体设计原则 1.4.1 集装箱船舶设计特点 （1）吨位比普通干货船大由于装卸效率高，因此加大船的吨位在经济性上是有利的。追求高的载箱量，在舱内和甲板上装载尽可能多的集装箱。（2）船速高、功率大由于装卸效率高，因此加大船的船速，提高船的周转速度，在经济性上是有利的。目前普通远洋干货船的平均船速为1416kn，最高为22kn，而集装箱船的平均船速为1821kn，最高为33kn。随着船速的提高，主机功率也迅速增大。（3）主尺度确定集装箱的主尺度如船长、船宽和型深等主要有船舶的载箱量来决定。（4）稳性问题突出由于需要在甲板上堆箱，引起重心升高，受风面积增大，对稳性不利。在港内装卸时，吊空或装满舷侧12个格栅内的货箱后，船的横倾角应不大于5，否则装卸时集装箱易被导轨卡住，因而也要求有一定的初稳性高度。（5）货舱开口大、货舱尺寸规格化为了充分利用货舱的容积和方便集装箱的装卸，要求舱口尽可能宽而长。一般舱口宽度比普通杂货船大3050%，舱口总长大6080%。船用集装箱的尺寸已标准化，因此集装箱船的货舱尺寸需配合箱的尺寸而规格化，以提高货舱的利用率。1.4.2 150TEU集装箱船总体设计方案技术要求载箱数 150TEU 航速 10.5kn续航力 1200n mile 航区 A级、沿海船员人数 14人1.4.3 150TEU集装箱船总体设计方案主要内容（1）调研收集分析有关资料，提出设计任务书（2）确定船型方案和主要船型参数（3）完成布置方案设计，绘制总布置图（4）完成型线设计（5）航速、螺旋桨设计（6）完成静水力、干舷、稳性估算第二章 150TEU集装箱船主要要素确定3.1 概述集装箱船属于布置型船，在初步设计时，应根据任务书的要求，一般可先参考母型船的有关资料，先确定一个方案，再逐步校核各项技术性能并完成最后的设计。3.2 母型船资料150箱集装箱船，CJB(2004)J150 开发单位： 长江船舶设计院船舶主要技术指标：适用航区： 内河A、B、C级航区及J1航段 推荐航线： 长江上海重庆总长 87.60m 垂线间长 82.00m型宽 13.60m 型深 4.60m设计吃水 2.80m 载货量 1681吨载箱数 160TEU 设计航速 20.6公里/小时主机型号 X6170ZC-15 主机功率 330 KW2齿轮箱型号 HCD600 发电机组型号 CCFJ50J发电机组功率 50KW33.3 集装箱船主要要素的确定3.3.1 甲板箱数和舱内箱数分布由于集装箱的形状是规则的长方形，而船体的外形为流线型，尤其是首尾两端，这就使仓容的利用率与其他运输船相比较低。为了增大集装箱船的载货量，一方面可尽量增大舱口以增加舱内装载数量，另一方面利用甲板堆装集装箱。甲板集装箱的多少除了与舱口盖、甲板的承载能力有关，还应考虑船舶的布置、驾驶视线及稳性等 。一般甲板上堆装的集装箱越多则要增加固缚设备以及装卸时装拆的劳动量，多占停港时间。本船中，为提高船舶的经济性，甲板堆装层数较舱内多些。20尺柜的的外形尺寸长宽高为605824382591(mm)。根据母型船资料，初步确定舱内集装箱层数为两层，八行，四列。对于中小型集装箱来说，一般甲板上堆装以23层居多。至于列数，甲板箱列数较舱内多12列，行数即与舱内相同。表3-1 集装箱装载方案装载部位数量备注主甲板下第一层28TEU14t/TEU主甲板下第二层32TEU14t/TEU舱口盖上第一层46TEU14t/TEU舱口盖上第一层36TEU14t/TEU舱口盖上第一层12TEU14t/TEU图3-1 集装箱箱位布置3.3.2 主尺度及船型系数初步确定（1）船长（）的确定集装箱船的船长通常是由甲板上集装箱的行数为基础来确定的，然后再从其他性能角度加以校核修正。 （3-1）式中：为尾尖舱长；为机舱长；为集装箱舱长；为深舱长；为首尖舱长：每个货舱的长度等于集装箱的长度加上箱与箱以及箱与横舱壁之间的间隙。本船共分为两个货舱，每个舱转载4行集装箱，集装箱间隙为76mm,集装箱与横舱壁之间的间距为1095mm。集装箱舱的长度则可估算为：=10954+60588+766=53.300m：根据集装箱船的统计资料，尾尖舱的长约为46%。：估算是取首尖舱和压载深舱长约为10%：机舱的长度取决与主机类型、机舱位置、主机功率和船体线型等，本船采用双机双桨。机舱长度可适当减小，估算时=4.878m+(46)m=6.6+9.75+53.3+3.6+7.8=81.05m（2）船宽（B）的确定根据母型船船宽为13.6m,并考虑甲板以上集装箱的布置为6列。由甲板上激昂集装箱列数确定船宽： （3-2）式中 ：集装箱宽度，按标准20箱柜集装箱宽2.438m； ：甲板上集装箱列数； ：集装箱列与列的间隙，考虑到紧固件的操作和标准，取间隙为0.15m。即m船宽的确定还必须考虑到稳性的要求，设计船宽要大于母型船的船宽，减少了装载层数，这对稳性是有利的，因此初步取B=15.400m（3）型深（D）的确定型深的确定，主要取决于舱内集装箱的层数及甲板梁拱C等因素，同时还必须根据载重线公约的要求具有足够的干舷，则： （3-3）式中：货舱双层底高，取为0.8m；t：内底板与集装箱垫板厚度之和，取为0.025m；：舱内集装箱层数：集装箱高度，标准20尺柜高度为2.591m：最高一层集装箱顶与舱口盖下缘的间隙，至少为0.20m0.30m；：舱口围板在中心线处的高度，本集装箱甲板堆装列数多，已堆放到舷侧，此时为了便于甲板上行走及工作，必须达到1.8m以上。C：甲板梁拱，取为0.1m。即m因此初步取型深为5.4m。（4）吃水（T）的确定由于本船为小型集装箱船，未受港口的航道和泊位水深的限制，根据母型船初步确定设计吃水T为3.5m。（5）方形系数（）的选择根据母型船资料，初估方形系数为0.803.4 性能校核3.4.1 空船重量估算将空船重量分成船体钢料、舾装设备和机电设备3项重量，即：立方数是船舶的长、宽、深三者的乘积，即：=6241 （3-4）=717.348t=56.119t=156.822t式中为主机功率（KW）；为修正系数，双桨船为1.15。由于上述估算公式对小型集装箱船来说偏大约10%，因此计算结果更接近为=837.26t3.4.2 载重量估算集装箱船的载重量除了包括集装箱、船员及行李、燃油、滑油和淡水等重量外，还包括压载水的重量。在大多数情况下，由于稳性的需要，即使是满载出港的情况下，压载水也是必不可少的。根据中小型集装箱船的粗略估算公式 （3-5）即DW=19.696154+304=3337t3.4.3 重心高度计算（1）船体钢料重心高度 （3-6）=0.6246考虑快速性，本船加球首，则，则（2）舾装重心高度 （3-7）为相当型深即型深加上层建筑容积除以甲板面积：=1.448m其中=0.8694考虑初步计算取D为型深：（3）机电设备重心高度则空船重心高度，通过下式求得：m （3-8）3.4.4 初稳性估算由船舶静力学可知，初稳性高度按下式计算： （3-9）由于，因此近似估算的一般形式为： （3-10） （3-11）又=0.86943.4.5 横摇周期估算根据CCS规范，船舶摇摆自摇周期可写成： （3-12）3.4.6 快速性估算根据瓦特生公式 （3-13）=1.1其中，N为螺旋桨转速200r/min符合设计要求。第三章 150TEU集装箱船总布置设计4.1概述总布置设计影响全局的设计工作，设计时应综合运用各种专门知识，包括制造工艺和建筑美学，使船舶及其各个组成部分都能充分发挥应有的功能。总布置设计的具体工作包括以下内容：（1）区划船舶主体和设置上层建筑，包括机舱、货舱、油水舱、工作舱室、居住舱室和其他各种舱室的位置的地位。也就是设置各纵、横舱壁和各层甲板，以及外部造型等。（2）调整船舶的浮态，妥善合理地安排船的各部分重量沿船长方向的分布。（3）布置船舶舱室和设备，包括各类居住和工作舱室的内部布置，以及舱内和露天甲板上各种设备的布置。（4）规划各部位的通道和出入梯口。总布置设计所遵循的基本原则为：（1）最大限度地满足和提高船舶的使用效能，对于集装箱船首先要保证货舱容积，提高装卸的效率。（2）保证船舶具有良好的航海性能，使船舶有适宜的浮态和稳性，良好的耐波性和驾驶视野。（3）满足法规和规范的要求。（4）总体布局和总布置设计要结合建筑学和美学的要求。4.2 船舱的划分4.2.1 肋骨间距（1）船尾#21肋骨间距为600mm；（2）#21#103肋骨间距为650mm；（3）#103船首肋骨间距为600mm。4.2.2 双层底（1）货舱区域内的双层底高度为0.8m；（2）机舱区域内的双层底高度为1m。4.2.3 主船体舱室划分根据钢质海船入级与建造规范的要求，由本船的实际情况出发，分别设尾尖舱舱壁、燃油舱舱壁、机舱舱壁、船中货舱舱壁、靠近船首的压载水舱舱壁和首尖舱舱壁六道舱壁。（1）在#103船首设置首尖舱兼首压载水舱； （2）在船尾#21设有尾压载水舱，本船在货舱区域两舷设置双壳；（3）在#12#21肋位内设有高度为1m的双层底，在#21#103肋位内设有高度为0.8m的双层底，分布于机舱区、货舱区；（4）在#3#6肋位设燃油舱； （5）机舱设在#6#21肋位，=9.75m；（6）货舱设在#21#103肋位；（7）舵机舱设在#-4#3肋位；（8）日用淡水舱设在#21#22肋位。4.2.4 舱室及通道布置4.2.4.1 生活舱室布置 船员的居住舱室大多布置在各层甲板的外侧，舒适程度较高，且自然通风和采光良好。舱室内床布置方向不同，适合各种船员的喜好，一般在靠窗的一侧布置写字桌和沙发。这样采光较好的区域，形成学习、办公和交谈工作的角落。为了不妨碍走廊的交通，所有的门都是向内开的。上甲板设有和舱室与内外走廊都相通的门，夏季时同时开启，可通风；冬季时关闭，可保温。船员居室均布置在船后的上层建筑内，卧室均为一人一间，高级船员的居室位于上层，每层舱室高度为2.5m，船长室布置在驾驶室下一层的右舷，船员大多集中布置于右舷，轮机部门人员则布置在左舷。生活舱室的分布见表4-1。表4-1各层甲板生活舱室分布船长室轮机长室单人间居住甲板111救生甲板2艉楼甲板4主甲板54.2.4.2 公共舱室及服务处所布置 餐厅为1间公用餐厅，厨房设在主甲板上右舷，便于各种管道的布置。厨房门采用钢制门，保证失火时，不会蔓延至机舱和船员舱室。卫生间设在各层甲板的左居住舱室旁，且位于同一垂直柱体内，节省管路。卫生间与厨房相隔，内部应设置的大便器、小便器、洗手池、淋浴喷头的数量按舱室设备规范配置。4.2.4.3 工作舱室布置 驾驶室设在驾驶甲板上，内布置有操舵仪。驾驶台前的窗口用前倾式，有利于增加驾驶员的视野，减小盲区；报务室和海图室与驾驶室设在同一层甲板上；舵机舱设在主甲板之下尾尖舱内，位于船尾#3肋位；充放电室和蓄电池室位于救生甲板上；应急消防泵舱的位置较低，位于船首2300平台板上；计程仪舱和深测仪舱位于船尾舱底处；室位于主甲板上。4.2.4.4 舱面设备布置 （1） 锚泊设备 本船舾装数N根据钢质海船入级与建造规范（2006） （4-1）夏季载重水线下的排水量，3360t；B船宽，15.4m；h从夏季载重水线到最上层舱室顶部的有效高度，14.1m； A船长L 范围内夏季载重水线以上船体部分和上层建筑以及各层宽度大于B/4 的甲板室的侧投影面积的总和,638.819。计算得到N=722.492则锚配备如下：本船首锚设A 3300kg霍尔锚3只，其中一只备用。设有档锚链，总长555m,其中左舷255m，右舷250m。设电动液压起锚机1台。（2） 航行信号设备 船上的信号桅用于布置信号灯和航行设备的天线以及悬挂号旗和其他设备。其位置、高度按信号设备的规定来确定本船配有的航行设备有磁罗经1台，雷达1部，测深杆4根，天文航海仪器有：船用时钟3只，秒表2只，光学仪器有双筒望远镜2只，看图放大镜2只，温度计2只,无液气压计1只，倾斜指示器2只,海图仪器1。本船配置的航行信号设备有:桅灯1只,左舷灯1只,右舷灯1只,艉灯1只,锚灯2只,红色环照灯2只,白环照灯1只,黄闪光灯1只,红旋转闪光灯1只； 锚球3只,中型号笛1只,号锣1只,大型号钟1只,国旗1面,5号国旗2面,国际信1套,红旗1面,手旗1面。（3） 舵设备 本船设流线型舵1只。（4） 救生、消防设备的布置 救生设备：本船配有救生圈10只，其中带救生圈5只，带自亮浮灯救生圈2只，带自亮浮灯及烟雾信号救生圈3只。胀式救生环2只。旅客救生衣16件。消防设备：消防员装备4套，包括防火服，消防靴和手套、头盔，手提安全灯，消防斧，储压式呼吸器，储压式备用氧气瓶，耐火救生绳等。货油舱及甲板设泡沫灭火系统及水灭火系统。甲板设降温撒水管系。4.2.4.5 通道及扶梯布置 通道布置力求规则整齐、满足使用和安全要求、符合法规和规范的规定、通行便捷并节省布置地位。主甲板上的通道采用对称式，布置于机舱口围壁。上甲板的通道与主甲板的通道上下对应，保证结构的连续性。梯道的设置依据各处所和用途的不同，有不同的种类。具体种类和形式见总布置图。且每一楼梯口处均设有门，保证安全和舒适性。第四章 150TEU集装箱船型线图设计5.1 概述型线设计是船舶总体设计的一项重要内容。首先，型线与阻力性能关心重大，尾部线性与螺旋桨的配合对推进效率和振动都有很大影响。此外，型线与船舶的稳性、操纵性、横摇阻尼、船在波浪上的运动特性、抨击等都有关系，同时也会影响到船舶的总布置和建造工艺。由此可见，在设计型线是需要考虑许多方面的要求，综合起来，型线设计需要注意一下几个方面：第一，保证良好的航海性能。型线设计时，通常把快速性放在主要地位来考虑，同时兼顾耐波性、操纵性和稳性。第二，考虑到总布置的要求。总布置所需的甲板，货舱开口的尺寸、纵倾的调整等，在型线设计中应加以考虑和满足。第三，考虑船体结构的合理性和工艺性。第四，外观造型。水线以上的首尾轮廓线、甲板边线以及外露的折角线应考虑美观和造型方面的要求。5.2 母型船横剖面面积曲线的确定横剖面面积曲线表达排水体积沿船长的分布，其形状与船舶快速性有密切关系，根据母型船的型线图（母型船主尺度见图5-1，母型船横剖面图见图5-2）绘制出母型船的横剖面面积曲线，见图5-3。图5-1 母型船主尺度5-2 母型船横剖面图5-3 母型船横剖面面积曲线5.3 型线改造应用“1-”法，将横剖面面积曲线分为前后半体分别进行修改，首先将面积曲线及修改参数无因次化，根据设计船和母型船资料，我们要同时修改。新、母型船主要要素比较见表5-1。表5-1 新、母型船主要要素比较母型船新船0.8110.81029.400m(#49#98)14.050m(#40#77)0.4910.49184.000m75.050m（1）前半体母型船=0.8240新船 由 （5-1） （5-2） （2）后半体母型船=0.7962新船 由 （5-3） （5-4） 表5-2 横剖面面积曲线偏移站号00.511.522.530-0.0028-0.0053-0.0077-0.0098-0.0118-0.0136站号3.5-77.588.599.5100.04690.02550.01010.0007-0.00260修改母型船横剖面面积曲线后产生的新船型线，以船底线和1000水线为例,（红色线为新船型线）见图5-4。图5-4 修改母型船横剖面面积曲线后产生的新船型线5.4 特殊的首尾型线5.4.1 球首为了改善进流形状、降低破波阻力，起到减阻的效果，并且有利于浮态调整，减缓纵摇，本船采用球首。球首的形状和大小为：横剖面面积参数：侧面积参数： 体积参数： 宽度参数： 长度参数： 高度参数： 5.4.2 双尾本船为江海直达型集装箱船，采用双机双桨，双尾型线的尾框设计与单桨船的闭式尾框相似，比较适用于本船。采用双尾型线取消了常规双桨的附体，并使双桨的工作环境达到与单桨船相似的情况，提高了船身效率。5.5 型线图的生成和总布置图的修改5.5.1 绘制型线图的基本要求（1）格子线 本次采用电子版的格子线。（2）光顺性 从几何关系上，单根曲线应在三向投影正确的前提下达到光顺的要求，还要注意首尾特殊型线部分的船型特点。5.5.2 总布置修改型线图和总布置图密切相关，尤其是外部轮廓更要一一对应，在型线光顺的前提下能保证舱容。（1）首轮廓线（2）尾轮廓线船尾轮廓线形状的选择主要是考虑舵和螺旋桨的布置以及与横剖型线的配合，由于双桨船的舵和螺旋桨布置在船的两侧，螺旋桨的布置与船尾横剖线的形状关系密切，中纵剖面上的尾轮廓线由横剖线形状决定。（3）甲板线甲板边线的宽度根据总布置的要求结合水上部分横剖线的形状来决定，主要是要与总布置图配合好。甲板边线的高度根据首尾舷弧确定。5.5.3 型值表型值表如图5-5所示。图5-5 设计船型值表第五章 阻力计算及螺旋桨设计6.1 艾亚法估算船舶有效功率按照艾亚法估算得到的是公制有效功率，其数值中包括了单桨船通常具有的舭龙骨、舵等附体阻力以及一般货船的空气阻力，合计约占裸船体阻力的8%。所以双桨船的阻力和对高达上层建筑的空气阻力应另加修正。艾亚法首先针对标准船型直接估算有效功率；然后根据设计船与标准船型之间的差异逐一进行修正，最后得到设计船的有效功率值。如表6-1所示。表6-1 艾亚法有效功率计算表速度v（kn）8.509.009.5010.0010.5011.00傅汝德数Fr0.1610.1710.1800.1900.1990.209标准Co468475470450440430标准Cbc0.8180.8020.7810.7700.7550.738实际Cb(肥或瘦)%0.0100.0300.0580.0730.0940.119Cb修正（%）-0.024-0.074-0.143-0.180-0.233-0.295Cb修正量1-11.342-35.223-67.106-81.098-102.533-127.056C1456.658439.777402.894368.902337.467302.944B/T修正%-0.198-0.198-0.198-0.198-0.198-0.1982-90.528-87.181-79.870-73.131-66.899-60.056C2366.130352.595323.024295.771270.567242.888标准xc(前)0.9250.8590.7770.6500.4950.285实际xc（后）0.4280.4280.4280.4280.4280.428相差（在标准前）1.3531.2871.2051.0780.9230.713修正6.1185.3503.9003.1002.5501.750(3)o22.40018.86412.5989.1696.8994.251333.7420.0000.0000.0000.0000.000C3399.872352.595323.024295.771270.567242.888长度修正-0.146-0.146-0.146-0.146-0.146-0.1464-58.495-51.579-47.253-43.267-39.580-35.531C4341.377301.016275.771252.504230.988207.357Pe2393224135266658526.2 螺旋桨图谱设计6.2.1 船体主要参数船型：双桨、球首、球尾、流线型挂舵、尾机型150TEU集装箱船。设计水线长 =77.206m 垂线间长 =75.050m型宽 B=15.400m 型深 H=5.400m设计吃水 T=3.500m 方形系数 =0.826m排水量 =3360t 桨轴中心距基线 =1.40m由艾亚法提供的船体有效功率曲线数据如表6-2所示。表6-2由艾亚法计算得出的有效功率数据航速V/kn8.599.51010.511有效功率/hp满载180243311397501642压载239322413526665852110%满载2553434405617099096.2.2 主机参数型号 X8170ZC柴油机两台最大持续功率 590hp/台转速N 200r/min旋向 右旋6.2.3 推进因子的决定根据设计船资料选取伴流分数 =0.28根据经验公式决定推力减额分数 t=0.24取相对旋转效率 =1.0船身效率 =1.0656.2.4 可以达到最大航速的计算采用MAU 4叶桨图谱进行计算取功率储备10%，轴系效率 （尾机型）=0.98螺旋桨敞水收到马力：=5900.9 =5900.90.981.0=520.38(hp)根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的-图谱列表6-3计算表6-3 按-图谱设计的计算表项目单位数值假定航速Vkn9.51010.511=（1-）Vkn6.807.167.527.88=N/37.78333.23629.41926.1896.1475.7655.4245.118MAU4-4071686562P/D0.640.660.680.70.5720.590.610.63=hp317327338349MAU4-557066.563.560.5P/D0.7040.7250.7460.760.5550.5750.5950.615=hp308319330341MAU4-7068.2656258.8P/D0.7120.7380.760.780.5390.5550.5750.595=hp299308319330据表6-3中的计算结果可绘制、P/D、及对V的曲线，如图6-1所示。图6-1 MAU4叶桨图谱设计计算结果从-f(V)曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设计航速及螺旋桨最佳要素P/D、D及如表6-4所列。表6-4 按图6-1设计计算的最佳要素MAU/knP/DD/m4-4010.5400.68264.82.4400.6124-5510.4800.74563.62.3850.5944-7010.3950.75662.62.3250.5716.2.5 空泡校核按柏利尔空泡限界线中商船上限线，计算不发生空泡之最小展开面积比。桨轴沉深 =T-=3.5-1.4=2.1m-=+-=10300+10002.1-174 =12226kgf/计算温度 t=15 =174kgf/ =520.38hp =104.63kgf/表6-5 空泡校核计算结果序号项目单位数值MAU4-40MAU4-55MAU4-701kn10.5410.4810.3952=0.5144(1-)m/s3.9083.8863.8543319.89305.64290.454335.17320.74305.315=(-)/0.6970.7290.76560.230.2370.2447T=75/kgf61125966578281.5151.5001.48491.6641.6741.660100.3560.3750.391图6-2 空泡校核计算结果据表6-5计算结果作图6-2，可求得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素。=0.35 P/D=0.653 D=2.45 =0.617 =10.5526.2.6 强度校核按2001年规范校核，（见表6-6），应不小于按下式计算之值： 计算功率=5900.980.96=555.07hp=0.350 P/D=0.653 =8 G=7.6g/ N=200r/min=0.226D/ (0.1Z)=0.2262.450.350/0.4 =0.4845m=0.7212=0.3494m =0.9911=0.4802m表6-6 强度校核计算表项目单位数值0.25R0.6R弦长bm0.34940.4802查表7-263420725015114106354342539.88901.3110874.802807.92查表7-28223341241653803301250.111032.24材料系数K（铝镍青铜）1.1791.179X0.14000.0841mm102.30450.641MAU标准桨叶厚度tmm93.753.4校核结果不满足要求满足要求实取桨叶厚度mm102.558.7实际桨叶厚度按=0.0035D=8.575mm与=102.5mm连直线决定：=108.7mm =96.2mm=83.7mm =71.1mm=58.7mm =46.1mm=33.6mm =21.1mm6.2.7 螺距修正根据尾轴直径大小，决定毂径比=0.14，此值与MAU桨标准毂径比不同，故对此项螺距需修正。由于实际桨叶厚度大于MAU标准桨厚度，故需因厚度差异进行螺距修正。设计桨 0.09549标准桨 0.06878（取MAU4-40为基准桨）1-S=0.7329=0.012663=-20.6530.73290.012663=0.012121修正后的螺距比=0.653+0.012121-0.004=0.66116.2.8 重量及惯性矩计算根据MAU桨切面的面积数据用积分方法计算得：桨叶重量=553.28kg桨毂重量 =287.4kg螺旋桨总重=840.68kg桨叶惯性矩=8945.3kgfcm桨毂惯性矩=844 kgfcm螺旋桨总惯性矩I=9789.3kgfcm6.2.9 敞水性征曲线之确定由MAU4-40，MAU4-70，P/D=0.653的敞水性征曲线外插得到MAU4-35，P/D=0.653的敞水性征曲线（见图6-3）其数据见表6-7。图6-3 设计桨的敞水性征曲线表6-7 设计桨的敞水特性数据表J00.10.20.30.40.50.60.70.2950.2670.2420.2130.1750.1360.0910.0430.03210.02980.02680.02380.02030.01640.01240.00836.2.10 系柱特性计算由图8-28得J=0时，=0.295，=0.0321。计算功率 =5900.98=578.2hp系柱推力减额分数取=0.04，主机转矩=2070.53kgfm系柱推力=7766.6kgf螺旋桨转速=173.2r/min6.2.11 航行特性计算取转速为200r/min,190r/min，180r/min进行计算，结果如表6-8所示。图6-4 航行特性曲线表6-8 航行特性计算表项目单位数值Vkn99.51010.511m/s3.33333.51853.70373.88894.0740N=155r/min0.4080.4310.4540.4760.4990.1650.1550.1460.1370.1270.020.01910.01820.01740.0164hp325322319315305hp585559532509480N=145r/min0.4300.4540.4770.5010.5250.1630.1540.1450.1360.1250.01920.01820.01730.01640.0154hp289289286282271hp481456434411386N=135r/min0.4540.4790.5040.5290.5540.1540.1450.1360.1260.1140.01820.01720.01620.01520.0143hp245244241234222hp388367345324305将上述计算结果绘成图6-4。由图中可求得压载航行时可达到最大航速约为V=10.88kn，主机马力为974hp。110%超载航行时可达最大航速约为V=10.41kn，主机马力为1027hp。满载航行，N=200r/min时，可达最大航速约为V=10.53kn，主机马力为1015hp，与设计要求基本一致。6.2.12 螺旋桨计算总结螺旋桨直径D=2.45m螺距比P/D=0.661型式MAU叶数Z=4盘面比=0.35纵倾角=8螺旋桨效率=0.617设计航速=10.53kn毂径比=0.14旋向右旋材料铝镍青铜重量=840.68kg惯性矩I=9789.3 kgfcm第六章 静水力、干舷、稳性估算7.1 静水力计算7.1.1 概述型线绘制完成之后，将各站型值量出，通过稳性计算软件计算得出结果。7.1.2 静水力曲线静水力曲线是表示船舶在静水中任何平浮吃水时的各项静水力要素的数值。1.水线面面积： （7-1）其中y为各水线半宽（m）。2.排水体积： （7-2）其中为各处横剖面面积。3.排水量 （7-3）其中K为船体外板及附体系数，对于小型双桨船取为1.006。4.漂心纵向位置： （7-4）5浮心纵向位置 （7-5）6.浮心垂向位置KB： （7-6）7.横稳心垂向位置KM（m）： （7-7）8.横稳心垂向位置（m）： （7-8）9.每厘米纵倾力矩： （7-9）10.每厘米吃水排水量吨数 （7-10）11.水线面系数： （7-11）12.中横剖面系数： （7-12）13.方形系数： （7-13）14.棱形系数： （7-14）将上述曲线绘制在一张图上，则为静水力曲线图，软件出图见图7-1。图7-1 静水力曲线7.1.3 形状稳性力臂曲线形状稳性力臂曲线是一组曲线，它表示在各不同横倾角是排水体积与形状稳性力臂的关系，见图7-2。7-2 形状稳性力臂曲线7.1.4 进水角和极限静倾角曲线为了计入船侧、甲板或上层建筑中非风雨密开口的进水影响，需绘制进水角曲线。进水角计算值非风雨密开口的门（窗）或围板上缘。进水角曲线是进水角和排水体积的关系曲线，见图7-3。7-3 进水角和极限静倾角曲线7.2 干舷计算7.2.1 概述干舷是指船中出从干舷甲板的上表面量至有关载重线的垂直距离。船舶具有足够的干舷一方面可以保证有一定的储备浮力，另一方面可以减少甲板上浪，如果干舷太小，航行中甲板容易上浪，而甲板上浪造成的后果是船的重量增加，重心升高，初稳性GM降低，并可能冲坏甲板上的封闭设施及其他设备，也会影响船员作业和人身安全。干舷的大小直接关系到船的储备浮力，如果甲板上浪不及时排掉或船体开口的封闭设施被破坏而导致海水灌入船体，此时如果储备浮力不足就容易下沉，甚至发生沉没和倾覆。7.2.2 船舶的主尺度及系数总 长：81.050m 型 深：5.400m水线间长：77.206m 设计吃水：3.500m垂线间长：75.050m 排 水 量：3360t型 宽：15.400m方形系数：0.826 棱形系数：0.834舯剖面系数：0.990 水线面系数：0.9087.2.3 计算及校核过程根据中华共和国船舶检验局的2004年船舶与海上设施法定检验技术规则（2004）（非国际航行船舶法定检验技术规则）。最小干舷 （7-15）式中：基本干舷（mm）；船长L100m的B型船舶对基本干舷的修正（mm）；方型系数对干舷的修正值（mm）；型深对基本干舷的修正值（mm）有效上层建筑和凸形甲板对干舷的修正值（mm）；非标准舷弧对干舷的修正值（mm）。根据标准，本船属于“B”型船舶。（1）基本干舷 （2）船长L100m的B型船舶干舷修正值 （3）方形系数对干舷的修正值 =97.637mm（4）型深对干舷的修正值式中 R=L/0.48，当L899.412mm干舷校核符合要求，且本设计船属于富裕干舷型船。7.3 稳性计算完整稳性是指船舶未受外力作用发生倾斜而不致倾覆，当外力的作用消失后，船舶能回复到平衡位置的能力。完整稳性对船舶的安全性有重要的影响，也是船舶最基本的一项重要技术性能。7.3.1 典型载况IMO稳性规则规定，应按主要装载情况核算完整稳性，本船主要计算三种装载情况下的稳性，即满载出港、满载到港和压载到港。7.3.2 稳性总结表三种载况下的静稳性曲线形状见图7-1满载出港、图7-2满载到港、图7-3压载到港。图7-1 满载出港 静稳性曲线图7-2 满载到港 静稳性曲线图7-3 压载到港 静稳性曲线第七章 150TEU集装箱船设计说明书2.1 船型及用途本船为钢质、单层甲板、双舷侧、双层底、双机双桨、柴油机驱动的尾机型150TEU小型集装箱船。主要航行于武汉至上海之间的各个港口，以及长江中下游A级航区为主要航段。2.2规范本船在钢质内河船舶入级与建造规范2002版第2分册第10篇第一章的基础上，兼顾海船规范，参考特定航线江海通航船舶检验指南（2008）及相应法规对集装箱
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