第4章 舱容和布置地位.doc

第四章 舱容和布置地位4.1 概述设计一艘新船，在决定主尺度时，一个重要的考虑因素是船舶必须具有足够的，又能充分利用的容积和布置地位。对于货船，船上要装载货物、压载水、淡水和燃油等，需要有足够的内部容积；客船要布置大量的旅客和船员的起居处所及服务处所，需要足够的甲板面积；集装箱船、滚装船等需要有适宜于装载单元货物的货舱和甲板面积。运输船舶中，载重量（DW）占排水量比例较大的船称为载重型船舶，例如散货船、油船等。这类船舶对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度时考虑的主要因素。载重型船舶的货舱大小是由载货所需的容积要求所确定的。如果船舶的主尺度主要是由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要的考虑因素，这类船称为布置地位型船，例如客船就是典型的布置地位型船。这类船舶的特点是需要大量的甲板面积和发达的上层建筑，用于布置各种用途的舱室和设备，而载重量却很小。设计这类船舶时，通常首先考虑所需要的布置地位，确定主尺度也是从满足布置地位入手。有些类型的船舶在设计中既要重点考虑所需的布置地位，又有一定的载重量要求，例如集装箱船、滚装船等。这类船舶运载的是具有特定尺寸的单元货，虽然单元货的密度（t/m3）不大，但单元货数量多，船舶的运载能力对载重量和布置地位具有双重的要求。例如集装箱船的运载能力既要追求载箱数，又要追求平均箱重指标。设计这类船舶时，为了充分利用舱容和甲板面积，货舱和载货甲板的尺度必须能适应单元货的特定尺寸，以便能装载尽可能多的单元货。从以上所述可知，船舶所需的舱容和布置地位的大小，是由船舶的用途、装载货物的种类和数量、人员以及设备的多少决定的。新船满足舱容和布置地位的要求是通过选择适宜的主尺度和合理的布置等措施来保证。新船提供的舱容和布置地位要恰到好处，既要满足需要，又不能造成浪费。要解决好舱容问题的一般做法是：首先根据设计技术任务书的要求，估算出所需的舱容；然后根据初选的主尺度和总布置方案，估算出新船所能提供的舱容；再校核和调整主尺度和布置方案，直至恰如其分地满足舱容要求。对于解决布置地位的问题也可以采用上述方法，如具备母型船资料或根据统计资料，可以从所需布置地位出发估算主尺度，再通过具体的布置来校核和调整主尺度，直至合理地满足布置地位的要求。在考虑舱容和布置地位而调整主尺度时，当然还要考虑重力与浮力的平衡以及性能等各方面的因素，有关这些问题在第五章中详细讨论。当总布置图和型线图确定以后，要详细计算出货舱、压载水舱以及各类消耗液体舱的容积和形心位置，对舱容再作校核计算。舱容计算的结果也是性能校核的依据。船舶建造完工后，应根据完工资料和船舶使用的要求对各类舱室的容积重新精确计算，计算结果作为完工文件提交用船部门使用。重要产品的舱容计量是有法定计量部门通过实船测量后再计算确定的。本章的内容主要是介绍设计工作初始阶段，如何估算新船所需容积和根据主尺度和布置方案如何估算实际舱容，以及舱容校核调整的方法。本章对详细计算舱容的方法也作了简要说明。最后讨论了几型船舶的布置地位问题。4.2 新船所需的舱容图4.2.1 货船主船体的各类舱室一般载重型船舶，舱容主要是指货舱、压载水舱、淡水舱以及燃油、滑油、污油水舱等舱室的容积。这些舱通常位于上甲板（即露天连续甲板）以下，如果将机舱、舵机舱、首尾尖舱等考虑在内，即为主船体的全部容积，如图4.2.1所示。下面介绍对各类舱所需容积估算的方法。4.2.1 货舱所需容积Vc货舱所需的容积Vc与要求的载货量、货物的种类和包装方式以及装载形式等有关。Vc按下式计算：Vc=Wcc/Kc （4.2.1）式中：Vc货舱所需的型容积（m3）；Wc载货量（t）；C货物的积载因数（m3/t）；Kc容积折扣系数。（1）积载因数（C）积载因数C的定义是：单位重量的货物所占船舱的容积（m3/t）。它有考虑亏舱和不考虑亏舱之分，不考虑亏舱的积载因数仅与货物的种类和包装方式有关。部分干货的积载因数见表4.2.1，其他货物的积载因数从有关的设计手册中可查得。应注意，非液体货物的积载因数并不等于货物密度（t/m3）的倒数。因为无论是包装还是散装，货物之间存在许多空隙，所以积载因数要比密度的倒数大。例如石灰石的密度为2.2（t/m3），而块状石灰石的积载因数为0.84（m3/t），粉状石灰石的积载因数更大（1.1）。液货（如原油、成品油等）的积载因数等于密度的倒数。表4.2.1部分货物的积载因素C货物种类型式C（m3/t）休止角（）备注铁矿石散0.330.423545石灰石散0.8434块状，40毫米以下水泥散0.670.78不定休止角随混入空气而异袋0.891.06砂散0.560.6431 40煤散1.171.343045随产地及含水量而异1.391.48煤粉钢材型材0.560.64钢板0.220.45线材0.280.39小麦散1.221.343537标准值1.34m3/t袋1.341.45标准值1.49m3/t大豆散1.171.45袋1.341.64标准值1.43m3/t羊毛包4.735.02非洲产4.465.43澳大利亚产亏舱是指货舱某些部位因堆装不便而产生装货时无法利用的空间，因而亏损了舱容。亏舱量与货船开口大小、货物形状和堆装方式以及散货的休止角等有关。例如，开口以外的货舱顶部容积较难利用，开口越小，亏损容积越多；装载散装谷物时，这些部位如设置添注漏斗，则亏损容积又可减小。一般舱容的亏损量大致如下：一般包装的杂货 10%20%散装货 2%10%木材 5%50%亏舱因素的考虑一般由船东根据实际装载经验结合船型特征确定。通常，船东设计技术任务书中给出的积载因数应包括对亏舱因素的考虑。（1） 容积折扣系数kc型容积Vc是指按型线图计算所得的容积，实际船舱内有平台、舱壁等结构，船侧、甲板有肋骨、横梁、纵桁等构件，液舱内还有管系等，这些都要占去一部分容积，型容积中扣除这部分容积后称为净容积，净容积与型容积之比称为结构折扣系数。各种舱室的结构折扣系数见表4.2.2。结构折扣系数的取值与船的大小、液舱内有无管系等因数也有关。小船的结构系数应比大船取小一些。表4.2.2 容积的结构折扣系数 液 舱双层底舱0.970.98 货 舱端部货舱0.980.99首尖舱0.9750.985中部货舱0.990.995尾尖舱0.960.97甲板间舱0.9850.99深舱0.9850.99冷藏舱0.70.8对于装载燃油、滑油、成品油等油料的液舱，由于油料受热会膨胀，不能装满，这类舱最大装载容积为净容积的9798。就散货船的货舱而言，用于装载散货的容积即为净容积。而用于装载包装货物的包装容积，高度只能由内底顶面（如有木铺板时，则由木铺板顶面）算到甲板横梁的下缘，两侧和前后由肋骨或舱壁扶强材内缘（有木护条时，则由木护条内缘）算起。此外，强框架，纵桁，舱口端梁和舱口纵桁等强构件也要影响一定的包装容积。简化计算时，包装容积通常取净容积的90%93%。容积折扣系数kc就是考虑上述各种因素并根据不同舱室的具体用途来确定。4.2.2 压载水舱容积VB船舶在营运中，有不少情况是无货航行，例如运输大宗散货（煤炭、矿砂等）、原油的船舶，由于货物的单向性，每航次往返中有一次是空放。为了保证船舶空放航行时的适航性能，船舶必须具有一定的吃水，所以空放航行时通常需要压载。有些船舶由于稳性的要求，即使满载出港时，压载水也可能是必不可少的，例如集装箱船。所以，一般海上运输船舶都设有一定数量的压载水舱。对于经常存在空放航行的船舶，压载水量是根据空放航行时所需的首尾吃水来确定。其中尾吃水一般要求达到0.04L0.045L，并保证螺旋桨全部浸没水中。首吃水要求尽可能达到0.025L0.03L，太小的首吃水在风浪中航行时容易引起严重的船首拍击。此外，压载航行时也不应有太大的尾倾，否则驾驶室设在尾部的船舶会严重影响驾驶视线。最大允许的尾倾值可参考表4.2.3所列值。对于偶尔出现空放情况的船舶（如小型多用途船），压载航行时的首尾吃水要求可适当降低。表4.2.3压载吃水DW20000t原油船DW30000t成品油船船长150m油船dB=2.000+0.02L d0.015L螺旋桨全部浸没公式A：航行条件：风力蒲氏5级dB =0.200+0.032L,d=(0.024610-5L)L公式B：航行条件：浪级6级dF0.700+0.017L,dA2.300+0.03L; 或dB1.55+0.023L,d1.600+0.013L公式C：L较大的船防止螺旋桨出水及产生拍击dF0.500+0.0225L, dA2.000+0.0275L表中：dB：压载平均吃水(m)；d：首尾吃水差(m)；L：0.85D处水线长的96或该水线处的垂线间长，取大者(m)。油船空放航行时，以往采用在货油舱内灌注压载水。这种压载方式，当排出混有货油的压载水时，会造成环境污染。自1983年国际防污染公约生效以后，规定载重量2万吨及以上的原油船和载重量3万吨及以上的成品油船，必须设置专用压载水舱。防污染公约1992年修正案又规定了载重量600t及以上的油船须设置双层底以及载重量5000t及以上油船要求设置双底双壳，双层底和双壳体内不能用作货油舱。所以油船实际上都已具备设置专用压载水舱的条件。防污染公约规定了油船压载航行的首尾吃水，见表4.2.3。表4.2.3的规定对其他船舶也有参考意义。已知要求的压载航行平均吃水dB后，可按式(4.2.2)估算压载排水量B，扣除空船重量以及油水、人员等重量后就可得到压载水量WB，进而可确定所需的压载水舱容积VB。 （4.2.2）在设计的初始阶段，应用式（4.2.2）时，水线面系数CW可参考母型船或经验公式估算（见6.3.1节）。更初步的压载水舱容积VB可用下式估算：VBWBkBDW （4.2.3）式中：kB对于单向运输的散货船约为0.320.5，B/d较大的船取大值，宽浅吃水船取大于0.5；多用途船约为0.20.3；集装箱船为0.30.35左右；大型油船（10万吨以上）约为0.350.4，中小型油船约为0.420.47。有相近的母型 船时，可参考母型船选取。4.2.3 机舱、油水舱及其他舱室所需容积1. 机舱容积VM机舱所需容积实际上是由机电设备布置地位所需的机舱长度LM和机舱位置所决定。机舱位置在船长中部、中尾部或尾部的分别称为中机型、中尾机型和尾机型。已知机舱所需长度LM和位置时可按下式估算机舱容积VM： （4.2.4）式中：KM机舱段体积丰满度系数，丰满船机舱在中部的可近似取1.0，中尾机和尾机型可参照母型船资料选取。 hDM机舱双层底高度，一般中等大小的船为1.2m1.5m，小型船舶0.9m1.2m,也可参考母型船取。机舱长度LM对货船舱容的利用率关系重大。为提高舱容利用率，设计中机舱总是取尽可能短的长度。在机舱高度允许的情况下，一般都设有机舱平台，大船通常还设有多层平台，以便充分利用空间布置机电设备，缩短机舱长度。在设计的初始阶段，如主机为低速柴油机装置，机舱长度可按主机长度lm粗略估算：LMlm+C （4.2.5）式中：C可参考与新船机舱位置、主机类型、功率和台数以及主尺度相近的母型船选取；如缺乏资料，初估时对于中尾机型可取46m，尾机型可取1012m。对于主机采用低速重型柴油机，主机功率在5000KW以上的单桨船，机舱长度也可用以下统计公式估算：LM=15+0.607PMCR10-3 （4.2.6）式中：PMCR主机连续最大功率（kW）。对于采用中高速柴油机的小型船舶，机舱长度参考相近的母型船取比较合适。2. 油水舱所需容积VOW船上油水舱包括燃油舱、淡水舱、滑油舱（滑油循环舱、滑油储存舱等）、污油水舱等。这些舱所需容积可按储存量来计算： （4.2.7）式中：Wi油、水等储存量(t)；i油水的密度(t/m3)，一般重油（燃料油）取0.890.9；轻油（柴油）取0.84086，淡水取1.0。kCi容积折扣系数，对于水舱可取结构折扣系数（见表4.2.2），油舱再考虑膨胀系数0.970.98，重油舱内因需设置加热管系，还要占去3左右的容积。实船设计中该系数的取值还应注意与轮机部分的设计相互协调。3. 其他舱室的容积VA主船体的其他舱室还有首尖舱、尾尖舱、隔离空舱、轴隧室等（轴隧室是中机型或中尾机型船，尾轴通过其它舱时需设置的保护尾轴的舱室，轴隧室内除布置轴系以外，还应留出人员进去检修的地位）。首尾尖舱的总容积虽有一定的数量，但在垂线间长范围内的容积不多。垂线范围内上述舱室的容积约占总容积的25（尾机型船取较小的数值）。油船根据消防要求，在货油舱和机舱之间要设隔离舱，但隔离舱的容积是可以利用的，一般用作货油泵舱和燃油舱。油船还要设置存放清洗货油舱后所产生的污油水和残油的污油水舱。防污染公约规定，此污油水舱的舱容不得小于货油舱容积的3，对设有专用压载舱和使用原油洗舱的可为2。4.3 舱容的校核与计算在船舶的不同设计阶段都要进行舱容校核工作。舱容校核就是对新船所能提供的各部分舱容进行估算或计算，然后与所需的舱容作比较，需要时对设计进行调整，以满足舱容的平衡要求。在设计的初始阶段考虑和确定主尺度时，对舱容就要进行初步的校核，以便检验所考虑的主尺度是否符合舱容的要求。在该阶段，由于型线尚未设计，新船所能提供的舱容只能用近似公式或参照母型船资料进行估算。随着设计工作的深入，舱容校核工作也愈加详细和准确。本节首先介绍舱容估算的方法，然后讨论舱容校核和如何调整的问题，最后对详细计算舱容时应注意的问题作几点说明。4.3.1 新船所能提供的舱容的估算或计算。新船舱容的估算，应根据已知条件的详细程度来选用适当的方法，已知条件越多，选用的估算方法合理，准确性也越高。1. 主船体总容积的估算根据主尺度（包括方形系数），可用下式粗估垂线长度范围内主船体的型容积VH：VH=CBDLPPBD1 （4.3.1）式中：CBD计算到型深的方形系数，可按下式估算：CBD=CB+(1-CB)(D-d)/(C1d)，其中C1为：首尾型线外飘较小时C1取4，外飘较大时C1取2.5，一般情况C1取3；D1计入舷弧和梁拱的相当型深，可按下式估算：D1=D+SM+0.7C，其中：SM为相当舷弧高，可近似取为首尾舷弧之和的1/6；C为梁拱值，可取C=(0.010.02)B。式（4.3.1）没有计入上甲板以上货舱舱口围板内的容积。2. 货舱容积的估算根据主尺度用立方数可粗略估算货舱容积VTC：VTC=CLPPBD （4.3.2）式中C根据尺度和布置相近的母型船取，对于常规船型缺乏母型资料时，粗略估算也可用统计值确定。例如对于多用途船，C约为0.50.57，平均值约为0.550.56。图4.3.1主船体舱室划分示意图用式（4.3.2）估算货舱容积非常粗略，主尺度比（L/B、L/D、B/D等）非常规或缺乏相近母型时不宜使用。如果根据初定的主尺度，对主船体舱室进行初步划分（如图4.3.1所示），并对货舱典型剖面的形式有所考虑后，建议用下式估算货舱容积：VTC=LCACKC=(LPP-LA-LF-LM)ACKC （4.3.3）式中：Lc货舱长度；LM、LF、LA分别为机舱长度和首、尾尖舱长度；AC船中处货舱横剖面积：货舱区不设边舱时，ACB(D-hD)，其中hD为双层底高度；设有边水舱时，根据货舱中剖面结构形式确定。KC考虑舷弧、梁拱、舱口围板内体积以及型线首尾收缩等影响的系数，可用母型船资料换算，缺乏母型资料时可用下式1估算：散货船KC0.135+1.08CB；杂货船KC0.175+1.08CB。3. 双层底舱容积估算延伸至首尾的双层底舱容积VD可用下式估算： （4.3.4）式中：hD双层底高度；4. 舱容的计算如已绘制了总布置图和型线图，就可以应用数值积分方法准确计算出各舱室的型容积，并考虑容积折扣系数便可求得各舱净容积。4.3.2 舱容校核与调整估算或计算出新船所能提供的舱容以后，就可以与所需舱容比较，进行舱容校核工作。如果舱容不平衡，则需进行调整，舱容的调整包括修改主尺度和舱室划分。舱容的校核与调整应根据具体的情况，采用不同的方法。1. 全船容积的校核方法如果已知所需的货舱容积VC，压载水舱容积VB、机舱容积VM、油水舱容积VOW以及其他舱容积VA，可以用全船容量方程来校核，即：VH=VC+VB+VM+VOW+VA-VU （4.3.5）式中：VH新船所能提供的总容积，可用式（4.3.1.）估算；VU为上甲板以上装货的容积，包括货舱口围板内的容积和有长首楼时首楼内的货舱容积。式（4.2.5）的等式要求也可以理解为略大于。由于该式中机舱所需容积实际上是由机舱布置地位所决定的，用容积来估算不易正确，此外，当容量方程不平衡时，如何修改主尺度或调整各部分容积也不直观，所以实践中较少采用全船容量方程的办法来校核舱容。2. 局部容积的校核方法初步确定主尺度后，参考母型船，如图4.3.1所示将主要舱室初步划分一下，其中：尾尖舱的长度约为（0.040.05）LPP，机舱的长度用4.2.3节介绍的方法估算，首尖舱的长度为（0.050.08）LPP，剩下的长度对于干货船一般就是货舱长度；小型船舶油水舱和压载水舱不够时，有时需要设深舱，用作油水舱或压载水舱。油船在机舱和货油舱之间需划出一个隔离舱，可作为货油泵舱和燃油舱；详细的舱室划分考虑见第七章“总布置设计”。舱室初步划分以后，就可用局部舱容的校核方法进行校核。(1) 货舱舱容的校核货舱舱容校核的要求是：新船所能提供的货舱容积VTC应等于或略大于所需的货舱容积VC，VTC和VC可分别用式（4.3.3）和式（4.2.1）估算。当货舱舱容不平衡时，采用本节3.所述的方法调整。(2) 油水舱、压载水舱舱容的校核货船的双层底舱、边舱（如散货船货舱区的顶边舱和底边舱以及双壳体船的边舱）、首尖舱和尾尖舱主要用于油水舱和压载水舱。货舱区没有边舱的船，上述舱扣除油水舱所需容积后，所剩容积用于压载水舱通常是不够的，除非该船空放航行情况很少，否则应采取措施。例如机舱容积较大时，在机舱两侧设深舱，或者适当加长首尾尖舱，或者在适当部位另设深舱。对上述舱室的划分有了一个初步的设想以后，根据所要求的油水舱和压载水舱容积进行校核。校核时，新船所能提供的容积根据已掌握的资料，可采用适当的方法进行估算。例如首尾尖舱容积、边舱或深舱容积可采用局部的立方数方法并参考母型船资料进行估算。应用统计公式估算时应注意新船的特点。3. 舱容的调整舱容校核中，如所需舱容与新船所能提供的舱容不平衡时，应进行舱容调整。调整时应根据具体情况进行分析，确定最合理的方案。(1) 货舱和压载水舱的总容积不足当货舱和压载水舱总容积不足时，首先分析机舱长度能否缩短，因为机舱所占的容积属于非盈利部分，最大限度地缩短机舱长度是提高舱容利用率的重要措施。现代船舶机舱布置都很紧凑，尽量利用空间，少占长度。缩短机舱长度的措施应与轮机设计人员协商，以便保证方案的可行性。当机舱长度不能再缩短时，舱容不足只有用加大主尺度（L、B、D）的办法来解决，此时应综合各方面情况，分析确定合理的主尺度修改方案。 如果原选择的尺度比L/B是在正常范围内，稳性（主要是初稳性）也有一定富余情况下，加大型深D是增加舱容最合理的方案。因为加大船长，将使空船重量增加较多，对造价影响最显著，而加大船宽对性能影响较大。增大型深后对纵总强度有利，船体钢料增加最少，但因为重心升高和受风面积增大对稳性会有所影响。 如果原选择的主尺度，考虑其他因素（如嫌稳性不足，快速性不良等）也有修改意向时，应结合舱容的要求，综合分析，统筹兼顾，确定合理的修改方案。 因舱容要求修改主尺度以后，浮力和重力的平衡应重新考虑，对其他性能有较大影响时也要重新校核。(2) 舱容明显多余除特殊船型以外，在舱容明显多余时也应考虑调整主尺度。调整尺度时要充分考虑到对性能和其他方面的影响。在主要性能（如浮性、快速性、稳性等）已基本合适的情况下，可适当减小型深。减小型深应注意是否满足最小干舷的要求以及对纵总强度等其他因素的影响。如果排水量、快速性、稳性等条件允许船长或船宽作调整，则应根据舱容多余的问题统一考虑，对主尺度进行适当调整。专用的矿砂船由于积载因数很小，属于富余容积型船，舱容的平衡问题则另当别论。有些船的型深不能因为舱容富余而减至很低，因为还有其他因素（如强度、干舷等）要考虑。(3) 部分舱容的调整如果货舱和压载水舱的总容积已足够，但不平衡，例如货舱容积多余，而压载水舱容积不足，此时应进行调整。调整货舱与压载水舱容积的比例可通过调整双层底高度以及首尾尖舱的长度，有边舱时还可调整边舱的尺寸。调整时应注意以下问题： 调整双层底高度时，应满足双层底高度的最低要求（详见第七章有关双层底高度的要求）。如考虑增大双层底高度，则要注意满载时重心升高对稳性的影响。 边舱的尺寸也有一定的范围，调整双壳体边舱的宽度时要注意到对破舱稳性的影响。 首尖舱的长度规范和法规有要求，不可超越规定的范围。 缩短首尾尖舱的长度对增加货舱实际的有效舱容是很有限的。因为，对于尾机型船，尾尖舱缩短后，机舱后端更尖瘦，机舱布置的长度利用率将降低，即机舱一般不可能等长度后移。首尖舱缩短后也因为首部型线削瘦，所增加的货舱容积利用率不高，即货舱首端处舱容亏损会增加。 如果采用增大首尾尖舱的长度，将多余的货舱容积转移到首尾压载水舱容积中去，这种做法对于大船来说，很可能导致压载航行时船舶所受的弯矩比其他载况都大，这一点对于散货船优为严重。散货船由于压载量大，通常压载航行时的总纵弯矩比满载时大得多。大船压载水的分布对总纵强度的影响在总体设计中应予以充分重视。4.3.3 舱容的详细计算正式的舱容计算根据确定的总布置图、型线图和肋骨型线图进行，舱柜具体尺寸应根据相关的结构图确定。需要详细计算舱容的舱室主要有货舱、压载水舱、各类消耗液体舱。如要绘制全船容量图，其余舱的容积也要计算。1. 计算内容 货舱的散装舱容和包装舱容、液体舱的净容积。这些舱容都是在型容积计算结果的基础上求得。散装舱容和液体舱净容积是利用型容积乘上结构折扣系数而得。货舱包装舱容可用下式计算： （4.3.6）式中：l和l分别为扣除横舱壁扶强材后货舱的有效舱长度和货舱的理论长度；图4.3.2 包装容积A和A分别为货舱型容积中心处横剖面有效面积（图4.3.2中的阴影部分面积）和型面积。C取0.9950.998，小船取小值，大船取大值。上式中l和A扣除的是舱壁护强材、肋骨和横梁这些普通构件的影响，而系数C是考虑强框架、桁材、舱口端梁及舱口纵桁的影响。舱口围的容积可单独计算，无论散装容积还是包装容积都可取舱口围的型容积的值。 型容积的形心坐标，包括形心距船中的距离XV和距基线的高度ZV，需要时还包括形心距中纵剖面的距离YV。散装舱容和包装舱容的形心可直接取型容积的形心。由于亏舱的因素，实际均质货物的重心高度比型容积形心高度要低些，这样取的结果偏于安全。 液体舱的水平面惯性矩。通常仅需计算横向的面积自身惯性矩ix，用以计算稳性时求取自由液面修正值。2. 计算方法型容积和形心以及面积惯性矩的计算方法是应用近似数值积分方法，手工计算通常采用辛浦生第一近似积分法。对液体舱应采用变上限积分方法，以便求得不同液体深度时的容积、形心位置以及惯性矩。现在舱容的计算普遍应用计算机来完成。应用计算机计算，近似积分方法可以有多种选择，只要能保证计算精度就可以。目前使用的舱容计算软件主要有二种。一种是单个舱的舱容计算程序。输入数据包括各剖面（或水线）位置和型值。剖面数（或水线数）根据舱的大小、计算精度以及计算程序对输入数据的要求确定。应用这种程序时应注意对复杂形状舱的处理，因阶梯形舱存在纵向（或竖向）面积突变的情况，处理不好对计算精度影响较大。另一种是建立在全船型值基础上的舱容计算程序。计算舱容时仅需输入舱的限界面（如纵、横舱壁、甲板等）要素即可形成围蔽空间，对形状复杂的舱可以进行积木式拼接，也可扣除某一块空间。无论何种舱容计算程序，都应具有图形显示功能（最好为三维显示），将计算舱的图形显示出来，以便使用者检验输入数据是否正确。3. 计算结果的表达方法采用手工计算时，对液体舱需根据计算结果绘制出液舱要素曲线，如图4.3.3所示，以便使用时根据实际液面高度或液体数量查得各要素。采用计算机计算时，可采用表格形式给出计算结果，如表4.3.1所示。表中舱深的间隔应加密，小船可加密到每隔1cm给出一组舱容数据，大船可为5cm左右。加密输出计算结果可免去绘制舱容曲线，使用时可直接从表中读数。表4.3.1 液舱舱容表舱名； 始肋位号： 末肋位号： 容积折扣系数： 液体比重：序号舱深(m)型容积(m3)净容积(m3)重量(t)形心坐标(m)惯性矩(m4)XVYVZVIXIY注：舱深是指液面到液舱最低点的距离；形心高度ZV是指到基线的距离；液面对Y轴的惯性矩可以省略。图4.3.3 液舱要素曲线为了清楚形象地反映出全船各舱室的容积和形心位置，可根据总布置图绘出全船舱柜容量图，其形式与总布置图相似，在各舱室位置标出舱室名称、容积和形心坐标。如表达困难时，再辅以全船舱容汇总表，表中将各舱名称，位置（起始和终止的肋位号）、舱容要素（包括容积、形心位置、液舱的最大惯性矩等）标注清楚。4. 测深尺容积完工文件中还需计算测深尺容积表。测深尺容积是指在测深管内对应测深尺读数的液舱容积。测深尺容积表内容除了对应测深尺读数的净容积以外，一般还有测深尺容积与总容积的比值、容积形心坐标等。若船东有要求时，还有船舶在各种纵倾和横倾时测深尺读数对应的容积。 图4.3.4 测深尺读数型式测深尺读数有两种形式，一种是底测深（SOUNDING），是指以测深管底为零点沿测深管量到液面的长度，读数越大，容积越大。另一种是顶测深（ULLAGE），是指以测深管上口为零点沿测深管量到液面的长度，读数越大，容积越小。如图4.3.4所示。计算测深尺容积时应根据测深管具体位置、测深管底或测深管上口（视上述两种测深形式而定）距舱底最低点的高度等给定条件，求出对应测深尺读数的实际舱容数据。如果测深管不是垂直的，还应根据实际测深管形状进行修正，使测深读数与实际液面高度对应起来。4.4 船舶的布置地位船舶设计中，对布置地位的考虑是总体设计的一项重要工作。对于载重型船舶，一般来说，布置地位（例如货舱口及堆放舱盖的布置地位，各种甲板机械的布置地位，以及船员的起居和服务处所的布置地位等）不是影响船舶主尺度的主要因素。但有些类型的船舶，如客船、集装箱船、滚装船、科学考察船、渔业加工船、某些工程船等，船舶的主尺度很大程度上取决于所需的布置地位或受布置地位的制约。设计这类船舶时，往往需要从所需的布置地位入手来考虑船长、船宽和型深，然后再根据性能、强度等方面的考虑来校核其主尺度是否合理，并决定其他要素。因此，这类船舱的布置地位是影响主尺度决定的主要因素。在设计这类船的初始阶段，对新船所需的布置地位必须考虑周到，并通过勾画总布置草图来仔细确认布置地位是否满足要求。本节以客船和集装箱船为例来讨论船舶所需的布置地位问题。对于其他各型船舶的布置地位问题，从思考方法上来说是一样的，一般根据设计技术任务书的要求，针对新船的具体情况，参考同类型船的布置来考虑。有关总布置的详细考虑在第七章“总布置设计”中再作介绍。4.4.1 客船的布置地位客船是指载客人数超过12人的船舶，包括纯客船和以载客为主兼载部分货物的客货船。目前，纯客船已向旅游船和高速船两个方向发展，客货船向客滚船（或称车客渡船）方向发展。这些船舶都属于比较典型的布置地位型船舶。纯客船所需的布置地位主要包括以下各部分： 乘客和船员的起居处所。包括住室、盥洗室、大厅、餐厅、休息室、娱乐活动室、办公室、医务室、理发室以及走廊等。 乘客和船员的服务处所。包括厨房、配膳室、贮物间、邮件舱及贵重物品室、物料间、工作间以及通往这些处所的走廊等。 乘客游步处所。包括外走廊以及允许旅客到达的露天甲板等。 机器处所。包括机舱、锅炉房、电站和配电舱室、通风、空调、冷藏等各种机器处所。上述各种舱室和处所中，关于乘客所需的布置地位，我国法规“乘客定额及舱室设备”有以下规定： 客船根据航行时间和国际、非国际航线分为以下四类：第一类航行时间在24h及以上的国际航行客船；第二类航行时间在24h以下的国际航行客船和航行时间在24h及以上的非国际 航行客船；第三类航行时间在24h以下的非国际航行客船；第四类航行时间不超过4h的非国际航行客船。 客舱分为卧席和坐席两种。第一、二类客船和航行时间超过6h的第三类客船应全部设置卧席客舱，航行时间在6h及以下的第三类客船和第四类客船可根据营运需要设置适当数量的坐席客舱。卧席客舱的等级和人数规定见表4.4.1。 各类客船不同等级客舱每位乘客的最小居住甲板面积见表4.4.2。 各类客船必须设有乘客的游步甲板，各类客船每位乘客所需的游步甲板面积应不小于表4.4.3的规定。表4.4.1 卧席客舱等级和人数等级一等二等三等四等五等卧席性质单层软席单层或双层软席双层硬席双层硬席双层硬席每一房间人数2人4人8人50人100人表4.4.2 每位乘客最小居住面积（m2） 客舱等级客船种类一等客舱二等客舱三等客舱四等客舱五等客舱软座（宽深）硬座（宽深）第一类客船4.53.01.7第二类客船3.52.21.41.2注1.2注第三类客船3.01.71.31.11.1第四类客船1.21.051.050.50.450.50.45注：仅非国际航行船舶表4.4.3 各类客船每位乘客所需的游步甲板面积(m2)第一类客船0.5注： 游步甲板面积包括允许乘客到达的露天甲板和外通道； 设有公共处所如俱乐部、休息室、阅览室、儿童游戏室等的客船，可允许将此公共处所总面积的30计入游步甲板面积。第二类客船0.4第三类客船0.3第四类客船建议0.2对于高速客船，客舱均设座位，无卧铺，也不设乘客游步甲板。法规适用的高速客船是指L15m，最大航速v3.70.1667(m/s)的客船。 客舱净高度规定：对第一、二类客船应不小于2.1m；对第三、四类客船不小于2.0m；对设置单层铺的客舱应不小于1.9m。 下列处所不应载运乘客：净高度不足1.9m的舱室；防撞舱壁之前的处所；最深分舱载重线以下超过1.2m的第一层甲板上的处所以及其他不适于载客的处所。客舱也不能与储藏易燃、易爆物料舱室及二氧化碳消防站室相毗邻。法规“乘客定额及舱室设备”的规定除以上所述以外，对客舱通道、出入口、扶梯的数量与宽度、乘客的公共处所、服务处所、卫生和医务处所等都有规定，这些处所的布置地位在设计中都应予以考虑。客船除了上述旅客所需的布置地位的特别要求以外，由于客船还需要人数较多的服务人员，所以船员人数比其他运输船要多得多，船员的起居和服务处所也需要大量的布置地位。此外，客船由于人员多，需要配备大量的救生艇和救生筏，且都要配备吊放设备，这些也要占据相当多的布置地位。考虑客船的布置地位时，以下几点应注意： 为改善乘客的乘坐条件，除大型客船外，客舱尽量不要布置在主甲板以下。大型客船在主船体内一般也仅设置低等级的客舱。 客船所能提供的布置面积取决于船长LPP、型宽B和甲板层数。为获得更多的布置地位，客船的上层建筑通常都很发达，但上层建筑的甲板层数也不能太多，否则将会使受风面积过大和重心过高，对稳性和操纵不利。考虑到主尺度对性能（特别是稳性和快速性）的影响，船舶所能提供的布置地位主要依赖于LPP和B，所以客船通常先从满足布置地位出发来选择LPP和B。初始考虑LPP和B时，可根据同类母型船的一些基本参数来选择。表4.4.4列出了几艘我国沿海航行客船的有关布置地位的参数，供参考。 根据任务书规定的乘客和船员人数，主要设备数量和类型，参考相近的型船，通过勾画布置草图来确定实际所需的布置地位，并初步选择主尺度。在这个过程中，要注意所选择的主尺度和布置方案要使布置地位能得到充分的利用，既要满足要求，又不浪费。 小型客船的型宽B和型深D的选取要注意机舱的布置地位。客船一般为双机，且方形系数很小，主机的布置地位是影响小型客船型宽B和型深D的重要因素。表4.4.4 我国部分客船的主要参数 项目 船名LOA(m)LPP(m)B(m)T(m)D(m)(t)CBCWP主机功率(台数KW）VS(kn)旅客人数(人)船员人数(人)A1(m2)A2(m2)A3(m2)A4(m2)长征型13812417.66.08.4/10.977060.5710.782331018.109001321489.38716802771.522琼沙线867613.43.95.0/7.321500.520.73397016.2022163474.2338.3269.767.81.128繁新105.629715.83.85.3/7.336570.6080.7922220618.009191231550.6744.3458.6206.91.93广亚线94.383.513.83.65.1/7.523350.55153274891.4430320.386.31.501耀华14913221.06.610.8/13.5101050.5380.7252551521.504001311367.531718.451072.66451.11.661华南线1029615.04.25.5/7.932780.5240.7062191217.50604933.1484.2290.886.41.248 注：A为旅客及船员居住和公共（服务）处所总面积；A1，A3分别为旅客及船员的居住处所总面积； A2，A4分别为旅客及船员公共及服务处所总面积。耀华轮为远洋客船4.4.2 集装箱船的布置地位考虑集装箱船的布置地位，主要是根据设计技术任务书对总载箱数要求，通过对集装箱的具体布置安排，得出新船满足集装箱布置地位所需的主尺度（L、B、D），进而通过浮性、稳性、快速性和其他性能以及强度等方面因素的考虑和校核来确定船的主尺度。在这个过程中，要分析比较不同排箱方案对船舶主尺度、重心高度以及装卸使用等方面的影响。考虑集装箱船的布置地位，以下二个方面是非常重要的： 舱内集装箱数与甲板上集装箱数的分配。显然，舱内集装箱的数量直接关系到主尺度的大小，而甲板上的集装箱从布置地位看，堆高不受限制，数量是可以增加的。限制甲板上集装箱数量的主要因素是船舶的稳性，关键是集装箱的重心高度。在一定的主尺度条件下，如果在舱内能增加载箱数，就可以降低重心高度，或者在同等稳性条件下，可以增加甲板上的载箱数。所以合理布置舱内集装箱，尽可能增加舱内载箱数是考虑集装箱布置中的一个重要问题。舱内和甲板上集装箱数的比例涉及型宽和型深的取值，没有确切的规律。但是对于特定船宽的情况（如巴拿马型集装箱船，船宽都为32.2m），可以通过分析母型船的布置和稳性情况，结合新船特点，初步选择一个舱内与甲板上载箱数比例，进而作具体的集装箱布置考虑。 机舱和上层建筑的地位。缩短机舱和上层建筑长度是增加集装箱布置地位的重要措施；同时，机舱和上层建筑在船长方向的位置对布置也有很大影响。但是，机舱和上层建筑的位置还涉及其他许多方面的因素（如对造价、船舶操作使用的影响等），不能完全从集装箱布置要求出发。实践中机舱和上层建筑在尾部、偏尾部的形式都有，甚至也有将上层建筑移到船首部。设计中可以对不同的布置方案进行综合分析、比较，在征得船东认可的情况下择优选取。对集装箱船布置地位的考虑必须通过具体的排箱工作来进行。这项工作是集装箱船总体设计中的一项重要内容。为了对排箱的知识有一个基本的了解，下面对集装箱的尺寸和排列编号以及舱内和甲板上集装箱布置中相关的内容作一介绍。1. 集装箱的尺寸和排列编号集装箱按其用途分类有许多种，例如密封集装箱、保温集装箱、冷藏集装箱、液货集装箱等等，其中最常用的是适用于装运一般件杂货的密封型集装箱。国际标准组织（ISO）指定的标准集装箱的长度分别为40ft、30ft和20ft。船舶运输中常用的是40ft和20ft的集装箱，其名称、尺寸和重量见表4.4.5。钢质1C箱的自重约2.2t，1AA箱的自重约3.85t。集装箱船设计中，最常用的是1CC和1AA标准箱。在布置中，长度方向两只紧靠布置的20ft标准箱（TEU）位置可由一只40ft的标准箱（FEU）替换。表4.4.5 ISO指定的部分标准集装箱名称高度长度宽度最大重量mmftmmftmmftkg201C24388605824388240001CC259186401A243881219240304801AA259186集装箱在船上的布置分为行、列、层。通常集装箱长度方向只能沿船长纵向布置，并以标准箱沿船长方向的布置称为行（bay），沿船宽方向的布置称为列（row），沿型深方向的布置称为层（tier）。集装箱箱位的编号规定如下：如图4.4.1所示，集装箱的行、列、层分别用一个两位数表示。对20ft集装箱的行数规定为单数，即01，03，05。对40ft集装箱的行数规定为双数，即02，06，10或04，08，12，其中02为20ft箱01和03的组合，06为05和07的组合，以此类推，或者04为03和05的组合，08为07和09的组合，以此类推。列数规定为自船中心线向右舷排列以单数编号，即01，03，05，中心线向左舷排列以双数编号，即02，04，06，中心线上的编号为00。层数的排列自下而上，均以两位双数表示，规定舱内以02，04，06编号，甲板上以82，84，86编号。由此，每一个集装箱的位置可以用一个6位数来表示，前两位为行编号，中间两位为列编号，最后两位为层编号。例如，图4.4.1中“B”集装箱的编号为160382，表示位于甲板上第一层、中心线右边第2列、行编号为16的40ft集装箱。垂向同一行同一列的集装箱称为“堆”。图4.4.1 集装箱箱位的编号2. 集装箱的布置(1) 舱内集装箱的布置为了提高集装箱船的载箱数，应尽可能在舱内布置较多的集装箱。舱内的集装箱只能布置在货舱开口的范围内，否则集装箱无法装卸。因此集装箱船的货舱开口都很大，大型集装箱船的货舱开口宽度达到船宽的8085。由于集装箱的形状是长方形的，而船体形状是流线型，因此在船首尾的货舱底部的两侧常需设置局部平台，以增加上层集装箱的列数，如图4.4.2所示。此外，在型线设计中，应注意与集装箱布置相配合，有时型线稍作修改，就可以增加舱内的箱数，必要时也可采用如图4.4.3所示的方法，在集装箱角隅处的船体形状局部做成一个流线型的突出体。这种突出体设在前体时，阻力增加甚微。图4.4.2 布置集装箱时的局部平台 图4.4.3 集装箱角隅处船体局部流