（船舶与海洋工程专业论文）75000吨巴拿马型散货船总体设计.pdf

哈尔滨t 稃大学硕士学何论文 摘要 船舶总体设计是整个船舶设计过程中最重要的设计部分。是全船设计 中的提纲挈领。它对各个部分的设计影响是全局性的。如果一条船的总体 设计不好，整条船的设计也不会很优秀。本文以7 5 0 0 0 吨巴拿马型散货船 为例，对船舶总体设计进行了阐述说明。 对如何选取船体主要要素进行了分析。这些要素对船舶的主要技术性 能诸如快速性、稳性、适航性、容量、总布置以及船舶的经济性等都有重 大的影响，对船舶性能的好坏有决定性的作用。恰当地确定这些要素，是 船舶总体设计中的一项最基本最重要的工作。船舶主尺度的选择，应通过 技术经济论证来确定。但对于本船，由于受码头和运河条件的限制，满 足技术要求的可供选择的主尺度范围己很小，主要取决于技术方面的考 虑。在上述约束条件下，对经济性的影响已经是不显著了。 总体布置是船舶设计中一项非常重要的综合性的技术工作，总布置的 优劣对船舶使用性能、航行性能、安全性能及结构工艺性能都有直接影响。 散货船货舱区域双壳体的设置、主船体各舱室的布局和层间高、首楼的设 置及相关问题都是总布置设计的关键问题。 船体型线是关系到船舶性能、经济性能的全局性设计项目之一，它与 船舶的静力与动力性能、船舶航速、总布置、结构与建造工艺等密切相关， 是评论船舶设计质量好坏的一个重要标志。因此，在船舶设计的初始阶段 确定总体设想及确定主要要素时就要对型线设计问题进行考虑。 进行了主要性能的计算分析。主要从最基本的几个方面加以计算考虑， 包括静水力性能、舱容、最小干舷与吨位计算、完整稳性、破舱稳性。它 决定着设计船的经济性，安全性。体现了船舶作为海上漂浮及航行钢质建 筑物应该满足的设计计算要求。经济性、安全性也是船舶长期营运时所追 求的目标之一。 对结构设计进行了研究。主要在船体总纵强度、总体结构形式布置、 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 局部结构优化进几个方面行分析研究。结构设计同样对船舶的经济性与安 全性有很大的影响。从船东的角度来说，希望船舶越安全越经济，使用周 期越长越好。从船厂的建造角度讲，对船舶的建造工艺、船舶建造周期、 施工合理性都有很大的影响，所以结构设计是船舶设计中十分重要的部分。 本船设计突出的亮点是货舱区采用双边壳结构，双边壳的采用提升了 船舶的安全性，提高了船舶强度，船舶的抗沉性。满足新规范新规则对散 货船的要求。如船级社协会对艏楼的要求，国际载重线公约对最小船首高 度及船首储备浮力的要求，检验通道的要求，散货船货舱单舱进水对船舶 强度的要求。本船最终达到“安全、环保、健康、经济”的目标。 本论文突出的创新点是货舱区采用双边壳结构，货舱区采用双边壳结 构是基于单壳散货船频繁出现舷侧结构破损问题，造成大量的散货船货舱 进水甚至沉船的悲剧而提出的。单壳散货船的破损突出体现在货舱区强肋 骨的趾端，由于受腐蚀及扭曲作用使趾端及周围的板产生破坏性撕裂，导 致该处渗水，在海水的不断侵蚀下，最终结构遭到破坏，导致破舱进水， 甚至船体梁折断沉船。增加双边壳结构会产生两个问题一是由于设置双边 壳增加了船体的空船重量，另一个是因为设置双边壳使货舱容积减少。为 了减少这两方面的负面影响，在设计中提出了多方案，通过计算研究最终 采用了现有方案。在设置双边壳时，我们初始的方案是舷侧采用横骨架式， 但通过计算发现采用横骨架式比纵骨架式要多出几十吨的钢材重量，最终 选择了纵骨架式。为了增加舱容设计时增加了型深，但增加型深业是有限 制的。因为型深增加过多，会增加空船重量，造成干舷富裕太多对稳性也 不利。适当减小底边舱和顶边舱的容积，以及增加舱口围的高度等措施， 使舱容得到，保证了设计目标。 关键词：船舶总体设计、船舶型线、船舶稳性、破损稳性、船舶强度。 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 a b s t r a c t s h i pg e n e r a ld e s i g n i st h em o s ti m p o r t a n ts t a g ea n dh e a d l i n e i t i n f l u e n c e so t h e rp a r td e s i g n i fas h i pd e s i g ni sn o tg o o di ng e n e r a ld e s i g n ，t h e w h o l es h i pd e s i g ni sn o te x c e l l e n t t h ep a p e rt a k e7 5 0 0 0 d w tb u l kc a r r i e rg e n e r a l d e s i g na sae x a m p l e t od e m o n s t r a t eh o wt od e s i g na s h i p t h ep a p e re x p l a i n sh o wt oc h o o s ep a r t i c u l a rd i m e n s i o n so fas h i p i td e e p l y i n f l u e n c et h es h i pp e r f o r m a n c eo ns p e e d ，s t a b i l i t y , t a n kc a p a c i t y , a n dg e n e r a l a r r a n g e m e n ta n dd e t e r m i n es h i pd e s i g nt ob eg o o do rn o t i ti sb a s i ca n d i m p o r t a n tt a s kt oc h o o s es u i t a b l ep r i n c i p a lp a r t i c u l a ri ng e n e r a ld e s i g ns t a g e p r i n c i p a lp a r t i c u l a ri sd e t e r m i n e db yt e c h n o l o g ya n de c o n o m yp e r f o r m a n c e h o w e v e rp a n a m a xb u l kc a r r i e rs i z ei sl i m i t e db yp i e ra n dc a n a l s u i t a b l e p r i n c i p a lp a r t i c u l a rr a n g ei ss m a l l s ob a s i c a l l yt e c h n o l o g yd e t e r m i n ep r i n c i p a l p a r t i c u l a r e c o n o m yh a r d l yi n f l u e n c ei t g e n e r a l a r r a n g e m e n t i sa n i m p o r t a n tc o m p o s i t i v ed e s i g n g e n e r a l a r r a n g e m e n td i r e c t l y i n f l u e n c e s h i pu s e f u l n e s s ，n a v i g a t i o n ，s a f e t y , s t r u c t u r e t e c h n o l o g y d o u b l e s i d e s k i n ，c a b i na r r a n g e m e n t ，a c c o m m o d a t i o nh e i g h t ， f o r e c a s t l ef i t t i n ga n dr e l e v a n td e s i g na r ek e yp o i n ti ng e n e r a ld e s i g ns t a g e h u l l f o r ml i n e s d e s i g ni s r e l a t e dt o s h i pp e r f o r m a n c ea n de c o n o m y i t i n f l u e n c e ss h i ph y d r o s t a t i c sa n dd y n a m i c s ，s p e e d ，g e n e r a la r r a n g e m e n t ，s t r u c t u r e d e s i g n ，p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y i ti sas i g no fd e s i g nq u a l i t y s od e s i g n e rc o n s i d e r t od e s i g nl i n e sb e f o r ed e t e r m i n i n gp a r t i c u l a rd i m e n s i o na n dg e n e r a la r r a n g e m e n t o fi n i t i a ld e s i g n c a l c u l a t i n ga n da n a l y z i n gs h i pp e r f o r m a n c e m a i n l yd e s i g n e r sc o n s i d e r c a l c u l a t i o ni nv a r i o u sw a yi n c l u d i n gh y d r o s t a t i c s ，c a p a c i t y , f r e e b o a r dc a l c u l a t i o n a n dt o n n a g ec a l c u l a t i o n ，i n t a c ts t a b i l i t yc a l c u l a t i o n ，d a m a g es t a b i l i t yc a l c u l a t i o n i td e c i d et h es h i pe c o n o m ya n ds a f e t y i ts h o u l dm e e td e s i g nr e q u i r e m e n ta sa f l o a t i n ga n ds a i l i n gs e ab u i l d i n g a l s oe c o n o m ya n ds a f e t yi sl o n gt e r mt a r g e t 哈尔滨t 释大学硕十学何论文 w h e ns h i pi si ns e r v i c e s t r u c t u r ed e s i g ne m p h a s i z eh u l lg i r d e rs t r e n g t h ，k e ys t r u c t u r ea r r a n g e m e n t ， l o c a ls t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n s t r u c t u r ed e s i g ni n f l u e n c es h i pe c o n o m ya n ds a f e t y v e r ym u c h s h i p o w n e rh o p et h es h i pi sm o r ee c o n o m i c a la n ds a f ea l s ot h e s e r v i c ei sl o n g e r , t h es h i pi sb e t t e r y e ts h i p y a r dh o p ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yi s m o r ea d v a n c e d ，s h i p b u i l d i n gp e r i o di ss h o r t e r , c o n s t r u c t i o nr a t i o n a l i t yi sb e t t e r s o s t r u c t u r ed e s i g ni sq u i t ei m p o r t a n tp a r ti nd e s i g ns t a g e f e a t u r eo ft h i sv e s s e li st h a ti th a sd o u b l es i d es k i ni nc a r g oh o l dr e g i o n d o u b l es i d es k i n i ti st h eb i g g e s tf e a s o nt h a ts i d es t r u c t u r ei nc a r g or e g i o n d a m a g e df r e q u e n t l y a n dr e s u l ti nc a r g oh o l df l o o d i n g ，e v e nv e s s e ls i n k s s i n g l e s i d es t r u c t u r ed a m a g eo f t e nh a p p e na tt h ee n do fs t r o n gs i d ef l a m e b e c a u s e c o r r o s i o na n dd i s t o r t i o n m a k ep l a t ea tt h ee n do fs t r o n gs i d ef r a m es p l i t a n dw a t e rw i l lp e n e t r a t e t h i s a c t i o nh a p p e nt i m ea f t e rt i m e e v e n t u a l l ys t r u c t u r ec o l l a p s er e s u l t i n gi nc a r g o h o l df l o o d i n g t h ew o r s tc o n d i t i o ni st h a tt h eh u l lg i r d e rb r e a k s e t t i n gd o u b l e s i d es k i nh a v et w op r o b l e m s o n ei st h a ti tm a k el i g h tw e i g h ta d d ，t h eo t h e ri si t r e d u c ec a r g oh o l dc a p a c i t y t oa v o i dt h eb a di n f l u e n c e ，ip u tf o r w a r ds e v e r a l s c h e m e s a tl a s tc h o o s ec u r r e n ts c h e m e s a tf i r s td e s i g na d o p tt r a n s v e r s es i d e f r a m es t r u c t u r e ，h o w e v e r ，i nf a c ta d o p tl o n g i t u d i n a ls t r u c t u r et h r o u g hc a l c u l a t i o n t h i sw i l lr e d u c em u c hm o r el i g h tw e i g h t t oi n c r e a s ec a p a c i t y , d e s i g ni n c r e a s e m o u l dd e p t h d e p t hi sn o tb e y o n dl i m i t e ds c o p e i fd e p t hi st o ol a r g e ，l i g h t w e i g h tw i l li n c r e a s er a p i d l y m e a n w h i l eb a di n f l u e n c ei so ns t a b i l i t y o t h e r w i s e d e s i g nr e d u c et o ps i d et a n ka n db o t t o ms i d et a n kc a p a c i t ya n di n c r e a s eh e i g h to f h a t c hc o a m i n g t h u sg e te n o u g hc a p a c i t y r e a l i z et h e a c h i e v eg o a l k e yw o r d s ：s h i pg e n e r a la r r a n g e m e n t ；s h i pl i n e s ：s h i ps t a b i l i t y ；d a m a g e ； s t a b i l i t y ；s h i ps t r e n g t h 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指 导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据 和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。 除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 日期：年月日 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 第1 章绪论 散货船是用来运输大宗散货的运输商船。除了少量矿砂专用船外， 多为通用型。散货船装运的货物主要是谷物、煤、矿砂、木材、卷筒钢 板、废钢铁、纸浆、重货等，也兼装集装箱。但是根据不同航线、运输 的货物以其中一、两种为主。 典型的散货船有以下几种船型： 2 0 万吨以上的超大型散货船，主要装运矿砂； 1 3 万吨一1 7 万吨的好望角型散货船，它是在苏伊士运河通航受阻时， 为适应长航程、大载量的需求，由绕好望角航行的散货船发展而来的； 6 4 万吨一7 5 万吨的巴拿马型散货船，标准的巴拿马型散货船吃水 1 2 5 m ，通常仅能获得6 万余吨载重量，在船长、船宽不变的条件下，将 船舶吃水增加到1 3 7 1 4 3 m ，载重量增加到7 5 万吨； 4 万吨一4 8 万吨灵便型散货船，其结构吃水达到1 1 7 m 1 2 0 m ； 2 7 万吨一3 4 万吨大湖型散货船，此船型要通过圣劳伦斯航道，不但 船宽受到很大限制，而且进入五大湖吃水不大于7 9 2 m 时要获得大的载 重量，部分船东提出载重量要大于2 万吨，因此该船型船型船长较长， u b 很大； 在散货船发展过程中，船型受到港口和航道的制约，出现了浅吃水 肥大型船和超浅吃水肥大型船，这种船型与常规船舶相比，在吃水受到 制约盼情况下，同样的船长能极大地提高载重量，其经济性好。但需要 指出的是，如果吃水不受到制约，那么浅吃水肥大型或超浅吃水肥大型 船舶的经济性是比不上常规性船舶的，即随着航道的整治，原来优秀的 浅吃水肥大型船舶将被常规型船舶所取代。 除了上述几种散货船以外，还有自卸散货船和大开口散货船。大舱 口散货船的特征是货舱开口大，在7 0 船宽以上甚至到8 0 船宽以上， 极大部分是箱型舱，舱容利用率高，货物装卸特别方便，卸货品种广泛， 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 适应性强。 散货船通常为单甲板、单机、单桨的尾机型船舶。大型散货船多为 平甲板型，无艏楼及尾楼，或仅设艏楼和尾甲板室。中型以下散货船多 设艏楼及尾楼。 近年来，世界经济快速发展，国际贸易日益频繁。海上散货运输逐年 增加。世界各国的航运公司对散货船的需求量越来越大。随着中国步入 市场经济以来，中国的制造业得到了迅猛发展。各个行业对原材料的需 求越来越大，而中国制造的大量产品也需要出口到世界各国。散货船便 成了中国及世界航运公司的重点需求船型之一。 与此同时，散货船的安全事故也频繁发生。国际海事组织和世界各 航运国普遍认识到散货船的安全性问题已十分重要。在此情况下，国际 海事组织提出了一些针对散货船安全的新规则、新要求，并将逐步强制 生效。这将给散货船的设计建造带来新的变化。 因此，为提高散货船的安全性，扼制散货船事故的上升趋势，国际 海事组织i m o 和国际船级社协会i a c s 针对散货船在修订公约和调整规 范要求方面都有重大的举措。归纳起来，大致有以下方面的新要求： ( 1 ) 关于舱口盖载荷的要求和对最小船首高度和首部储备浮力的要 求( 2 0 0 5 年1 月1 日生效) 。 ( 2 ) 关于“新建散货船的协调入级标志和相应设计装载工况”( 2 0 0 3 年 7 月开始) 。 ( 3 ) 关于检验通道的要求( 适用于2 0 0 5 年1 月1 日) ( 4 ) 关于“散货船货舱进水探测仪”的要求( 2 0 0 3 年7 月1 日开始) 。 ( 5 ) 关于“散货船首楼设置的统一要求”( 2 0 0 4 年1 月1 日开始) ( 6 ) 1 9 6 6 年国际载重线公约1 9 8 8 年议定书 ( 7 ) 散货船货舱单舱迸水对船舶强度的影响 新的规范规则的推出，对散货船的设计产生了重大影响。原有散货 船的设计图纸已不能满足新规范规则的要求。即使有的新规则还未正式 2 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 生效，但从长远来看，生效是必然趋势。因此设计出满足刚刚生效或在 未来即将生效的规范规则的一系列新型散货船是十分必要的。这样使我 们通过对具体船舶的设计加深了对新规范新规则的理解，掌握新规范新 规则的真正内涵。 做这样一项工作对一个船舶设计人员来说具有十分重要的意义。它 可以使设计人员率先理解新规范新规则，将新规范新规则运用到设计中 去。对提高自己在工作中的业务水平有很大帮助。从另一个角度讲，在 新规范规则生效之前设计出满足要求的新型船舶，谁就能在竞争中率先 占领市场。从而在竞争中处于领先地位，先于其他船厂赢得造船订单， 这样必然会给企业带来巨大的经济效益。同时提高了企业设计能力的知 名度，也给企业带来了巨大的社会效益。 巴拿马型散货船的航线是从大西洋到太平洋中途经过中美洲的巴拿 马运河。通过此运河大大缩短了北美洲到亚洲的距离。 巴拿马型散货船是一种典型的大宗货运输船，包括我国在内的世界 各造船大国已建造了大量的实船，也是造船厂少有的能批量建造的船舶 种类之一。因此，各用船单位、设计研究部门和造船厂都投入了大量的 人力和物力对这型船舶进行了深入的研究，精心设计，其技术性能已具 有较高的水平。 通过调研我们了解到在建造巴拿马型散货船的各大船厂中，中国沪 东、江南船厂线型成熟，单壳船已批量生产。国外重要的几个日本船厂 如大岛船厂，石川岛播磨等。线型好，结构布置合理，空船重量轻。但 多为单壳，或单双壳混合型。至今还未设计出双壳的巴拿马型散货船。 因此设计一条满足散货船新规范新规则的7 5 0 0 0 吨巴拿马型双壳散 货船具有十分重要的现实意义。它可以填补在这个级别双壳散货船的空 白，丰富了公司的船型种类，为公司今后吸引更多的船东打下良好的基 础。 本船设计成一个螺旋桨和一个低速柴油机驱动的无限航区散货船， 3 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 它带有单层甲板、货舱区带双边壳、艏部配有艏楼。有七个货舱、一个 机舱、艏尖舱、尾尖舱、双层底舱、顶边舱、底边舱。货舱区有管隧。 船首带倾斜艏柱、方型船尾、带舵球的流线型平衡舵。 六层尾楼，驾驶室和主机布置在船尾部。 该船注册c c s 中国船级社，获取如下船级符号 - kc s a5 5 ，b u l kc a r r i e r , c c s s ，s t r e n g t h e n e df o rh e a v yc a r g o e sh o l d s n o 2 ，4 & 6m a yb ee m p t y ，h o l dn o 4m a yb eb a l l a s th o l d c s m a u t o 本船型的开发研究在满足新的安全指标和船型要求的条件下，使其 技术性能和经济性指标达到一个高的水平，在各方面的性能达到先进水 平。因此必须对各项关键技术进行深入研究。力争使新开发船型的技术 性能和经济性指标成为国内领先，争取达到或接近国际先进水平。 为了适应新规则新规范的要求，对新型散货船进行了优化研究。 ( 1 ) 开发研究工作应具有前瞻性，在船舶的“安全”概念方面应有突 破； ( 2 ) 开发船型应符合市场和船东的要求； ( 3 ) 满足相关公约和技术标准； ( 4 ) 船型开发的目标是“安全、环保、健康、经济”。 p a n a m a x 散货船确定了以下基本的设计目标： ( 1 ) 载重量为7 5 0 0 0 吨； ( 2 ) 货舱区域为双舷侧结构，单甲板、尾机型、设有首楼； ( 3 ) 服务航速1 4 5 节，轻压载试航航速1 5 节，续航力2 1 0 0 0 海里； ( 4 ) 不设甲板起重机，货舱盖采用侧移式； ( 5 ) 高强度钢使用比例约为4 0 - 5 0 ； 该论文主要内容是对7 5 0 0 0 d w t 巴拿马型散货船的船体主参数的确 定、总体布置、型线设计、结构设计、以及总强度几个方面加以研究。 4 哈尔滨丁程大学硕士学何论文 主要要素的分析与确定，要从船舶性能，船舶经济性、航线及码头 限制等几个方面进行分析综合考虑。本船由于受航线码头限制，l p p 、b 、 d 、c b 和d 等主参数的选择主要取决于技术方面的考虑，在上述约束条 件下，满足技术要求的可供选择的主尺度范围已很小，因此经济性的影 响已经是不显著了。 总布置设计，总布置的优劣对船舶使用性能、航行性能、安全性能 及结构工艺性能都有直接影响。因此要合理地布置各个舱室对船舶设计 有重要意义。由于本船舷侧采用双边壳，要特别考虑内壳的位置以使舱 室的布置更为优化合理。 型线设计，船体型线是关系到船舶的静力与动力性能、航速、总布置、 结构与建造工艺等方面，是评论船舶设计质量好坏的一个重要指标。船舶 主要要素确定之后，型线设计通常与总布置设计及基本结构设计配合进行， 重要产品的型线往往需要通过船模试验来确定。型线图是后续的总布置设 计、结构设计、舱容及性能计算及生产放样的依据。 性能计算，它是对关系到船舶营运安全性，经济性等方面性能的理 论计算。通常使用专门的计算软件。如静水力计算、完整稳性计算、破 舱稳性计算、干舷计算、吨位计算等，各种性能计算的结果是评判一条 船设计优劣，甚至是否成立的重要标准之一。 结构设计，主要在船体总纵强度、基本结构形式布置、局部结构优化 进几个方面行分析研究。结构设计同样对船舶的经济性与安全性有很大的 影响。安全、经济，建造工艺合理、施工方便始终是设计者追求的目标。 此船在设计过程中，采用循环设计不断优化的方法。在某些船型要 素受限制的情况下，合理选择参数，不断逼近设计目标，力求使船舶的 实用性和经济性得到最佳的平衡。经过多次优化，最终达到了理想的设 计目标。 一条优秀的巴拿马型散货船设计成功。通过与相似船舶的对比按着国标 评分，证明该船是一条优秀的船舶。 5 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 第2 章主要要素的分析与确定 2 1主尺度分析与确定 船舶的排水量、主要尺度( 长、宽、型深、吃水等) 以及船型系数( 方 形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数等) 统称为船舶主要要素， 它们是描述船舶几何形状的一些最基本的特征性数据，这些要素对船舶的 主要技术性能诸如快速性、稳性、适航性、容量、总布置以及船舶的经济 性等都有重大的影响，对船舶质量的好坏有决定性的作用。因此，恰当地 确定这些要素，是船舶总体设计中的一项最基本最重要的工作。 船舶主要要素受到一系列因素的制约，航道、码头泊位和建造修理条件 对主要尺度有限制；船舶的各项技术性能对主要要素有各种要求；船东的 要求和设计者所采取的技术措施也影响主要要素的选择；货源、运费、造 价和油价等经济因素也对设计船主要要素有影响。选择设计船主要要素时， 必须首先对影响主要要素的各种因素进行研究，进行综合分析。 巴拿马型散货船的主尺度受巴拿马运河船闸对通航船舶尺度的限 制。巴拿马运河船闸对通航船舶最大允许尺度为： 船长：2 9 4 1 3 m ( 船长超过2 7 4 3 2 m 必须事先接受检查) 船宽：3 2 3 1 m 吃水：1 2 0 4 m 水上建筑高度：5 7 9 1 m 受此限制，巴拿马型散货船的主尺度差异很小。但尽管如此，船舶 的总体性能仍有一定的差异。 对于船舶总长l o a ，虽然巴拿马运河船闸的要求不足以构成对本船总 长的限制。但从所有知道的实船资料中可以看出，7 5 0 0 0 t 级散货船的总 长均不超过2 2 5 m 。究其原因，是由于世界上某些港口的码头泊位要求船 舶总长不超过2 2 5 m 。考虑到船东用船的需要，本船的l o a 也不易超过 6 哈尔滨t 稃大学硕+ 学位论文 2 2 5 0 m 。 巴拿马型船的船宽受运河船闸的严格限制，考虑外板的结构尺寸， 其型宽b 通常最大为3 2 2 6 m ，显然，本船的b 可确定为3 2 2 6 m 。 根据以上情况，本船的主尺度选择主要是垂线间长l p p 、吃水d 、方 形系数c b 和型深d 。 通常，船舶主尺度的选择，应通过技术经济论证来确定。但对于本 船，在载重量d w 、总长l o a 和型宽b 已确定的情况下，l p p 、d 、c b 和 d 的选择主要取决于技术方面的考虑。因为，在上述约束条件下，满足 技术要求的可供选择的主尺度范围已很小，对经济性的影响已经是不显 著了。 下面从技术方面考虑，讨论本船l p p 、d 、c b 和d 的选择。 2 1 1 确定垂线问长l p p 按散货船的船长( l p p ) 和载重量关系的一般统计公式( 如：l p p = 8 5 4 5 x d w o 2 9 1 8 ) ，本船的l p p 将大于2 2 5 m ，在总长不大于2 2 5 m 的限制下， 显然l p p 在k a 限制下取其上限值。l p p 关系到排水量、总布置、舱容、 阻力性能等。从排水量方面考虑，本船为双舷侧结构，并且新规则对船 体结构加强的要求有所提高，空船重量比现有单舷侧船会有所增加，即 满足载重量要求下排水量需要增加一些；在舱容方面，因双舷侧结构， 货舱容积会有一定的损失，也需要适当增加主尺度；从阻力性能方面考 虑，适当增加l p p 也是合适的，因为增加l p p 能减小方形系数，对肥大型 船首部的型线设计也有利。当然增加l p p 应注意对结构、总纵强度、最小 干舷的影响。在总长2 2 5 0 m 的限制下，现有船舶的l p p 一般为2 1 7 0 m 。 如果将l p p 从2 1 7 m 增加到2 1 8 m ，经中剖面结构设计，船体构件尺 寸基本没有变化；经最小干舷计算校核，对本船的型深选择也没有影响。 为了慎重考虑，对本船l f p - - 2 1 7 m 和l p p = 2 1 8 m 的两种型线进行了设计 比较，发现l p p - - 2 1 8 m 的方案，其首部型线明显优于l p p - - 2 1 7 m 的方案。 7 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 详见本课题第三部分“型线设计”。 综合以上分析，本船的垂线间长取为2 1 8 0 m 。 2 1 2 确定吃水d 和方形系数c b 本船的吃水取为两种，一个是设计吃水，另一个是结构吃水。设计 吃水作为考核某些技术指标( 例如航速指标等) 时用。但作为船舶的最 大装载能力是以结构吃水来考核，载重线标志也是以结构吃水来勘划。 因此，凡涉及到i m o 和i a c s 的公约、规则以及船籍国法定检验和船级 社规范的要求时，均要以结构吃水来计算和校核。 本船设计吃水与同类巴拿马型散货船一样，取为1 2 5 0 m 。 对于结构吃水，除了要考虑最小干舷和型深选取的关系以外，更要 考虑排水量要求以及与此有关的方形系数选取。 方形系数的选择主要关系到阻力等性能要求和排水量要求。散货船 为低速肥大型船，方形系数从排水量要求出发通常选取尽可能大的数值， 但过大的方形系数会引起阻力性能恶化，航行时埋首现象严重，对操纵 性能也可能产生不利影响。 经空舱重量估算和性能的综合分析，本船结构吃水取为1 4 3 0 m ，结 构吃水时方形系数为0 8 5 0 。 2 1 3 型深d 的选取 在一定的船长和船宽下，型深的选取最主要的考虑因素是满足舱容 和最小干舷的要求。由于本船初步设计阶段，设计要求尚未给定具体的 舱容要求。为此参照同类船的情况来考虑舱容的数量。 一般情况下7 5 0 0 0 t 级巴拿马散货船的货舱容积在8 6 5 0 0m 3 9 1 7 0 0 m 3 ，较多的为8 9 0 0 0m 3 9 0 0 0 0 m 3 ，我国沪东型单壳散货船舱容为 9 1 7 0 0m 3 。通常，此类散货船装载轻货的情况较少，设计所取的货物积载 因数一般在1 2 3 - - 1 2 8 之间。作为设计的初步考虑，取积载因数为1 2 6 ， 8 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 货舱容积在9 0 0 0 0 m 3 左右。 由于本船货舱段为双壳体结构，缺乏双壳船母型资料，为了正确地 估算货舱容积，对总布置进行了初步设计，特别是对货舱中剖面进行了 较详细的设计，并与我国其他优秀的同类散货船进行了比较，以此来确 定货舱容积与型深的关系。其中还特别考虑了舱口围尺寸、梁拱、舷弧 等对舱容的影响。几艘母型船和本船货舱横剖面的特征详见第3 章总布 置设计中图3 1 。 经初步的总布置分舱结果和校核计算，满足舱容要求的型深为 1 9 6 0 m 。再经最小干舷校核，1 9 6 0 m 型深时可以满足吃水1 4 3 0 m 的最小 干舷要求。此外，对照现有7 5 0 0 0 t 级散货船的型深，仅沪东型的型深最 大，也为1 9 6 0 m ，该船与同类船相比舱容也是最大的( 9 1 7 1 7 m 3 ) ，但该 船是单舷侧结构，本船双舷侧结构能达到9 0 0 0 0 m 3 货舱舱容，已经十分 理想。因此，确定本船的型深为1 9 6 0 m 。 综上所述，本船的主要要素为： 总长l o a 垂线间长l p p 型宽b 型深d 设计吃水d 结构吃水d s 方形系数c b 排水量a 结构吃j i c 2 2 5 0 0 m 2 1 8 0 0 m 3 2 2 6 m 1 9 6 0 m 1 2 5 0 m 1 4 3 0 m 0 8 5 0 8 7 7 8 6 1 7 t 2 2 载重量及空船重量计算 为使设计船舶准确地漂浮在预定的吃水线上，就必须比较准确地估算船 舶的重量与重心。重心计算的误差如果过大，船将不能漂浮在预定的吃水 线上，影响船舶使用性能。特别是沿海和内河船，航道对船舶吃水有限制， 9 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 当重力大于浮力时，实际吃水将超过设计吃水，船舶就不能在预定航区中 航行，或必须减载航行，这势必影响船舶的使用性能和经济性。同时，由 于实际吃水超过设计吃水，干舷减少，储备浮力减少，抗沉性难以满足， 甲板容易上浪，结构强度也可能不满足要求。反之，船舶重力预计过大时， 则船的实际吃水必然要小于设计吃水，这样的设计既不经济又会对航行性 能带来损害，例如螺旋桨可能会露出水面而影响推进效率；若在海上航行 还可能因吃水变小而使耐波性变差。重心计算误差还会引起船的纵倾或横 倾，造成初稳性高度不应有的减少或增加，从而改变船舶预定的稳性和摇 摆性能。所以，重量重心计算如不准确，船舶就满足不了原定设计要求， 各项技术性能变坏，经济性能变差，甚至会使船舶无法投入使用，后果严 重。 船舶重量重心计算是贯穿于整个设计始终的逐步近似过程。所谓逐步近 似，是指重量计算不可能一次完成，不可能在设计初始阶段估算到准确无 误的程度。随着设计阶段的不断深入，重量计算由粗到精，有最初阶段参 考母型船或统计资料的粗略估算，到最后按设计船的施工图纸或施工文件 分项精确计算，是个逐渐深化、精确、多次循环、螺旋式上升的过程，每 后一次计算都是对前次计算的检验和修正。所谓贯彻始终，就是在设计的 各个阶段都须进行重量重心的计算。一条船的设计，通常由重量估算开始， 而最后还必须经重量计算及倾斜试验确认重力和浮力达到平衡，重心位置 适宜才能结束。 在不同设计阶段，重量重心计算的方法是不一样的。在设计初期即主 要尺度及排水量确定阶段，设计船的重量重心只能依据母型船或统计资料 进行估算。在技术设计、施工设计阶段可以按图纸进行详细的分项计算， 然后逐项累计，完工设计阶段经倾斜试验最后确认。 载重量为排水量减去空舱重量。 本船的空舱重量是以沪东型7 4 5 0 0 d w t 散货船的空舱重量资料为母 型，经逐项修正计算得到。下面对计算过程作一说明。 1 0 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 2 2 1主船体结构钢料重量 本船与母型船主尺度基本相同，最大的差别是：母型船货舱区为单 舷侧结构，本船为双舷侧结构。为了比较正确地计算船体钢料结构重量， 首先对本船的中剖面结构进行了设计，然后详细计算了两船货舱段的每 米重量，用每米重量法计算货舱区结构钢料重量。主船体钢料重量中， 对两船有差异的其他部分也进行了逐项修正，例如：机舱段长度的不同、 货舱口大小对甲板面积的差异等。 2 2 2 上层建造、甲板室以及舱口围结构重量 本船首楼高度比母型小一些，首楼甲板面积相当，本船取首楼结构 重量与母型船相当。甲板室层数和大小两船相当，因此重量也相当。本 船舱口围尺寸比母型船大，该部分重量按实际计算求得。 2 2 3 舾装和机电设备重量 本船舾装和设备重量与母型船相当。机电设备重量中，主机重量比 母型船小，对此项重量仅修正了主机重量，其他设备重量以及管系等重 量与母型船相当。 2 2 4 其他重量以及新规则对空舱重量的影响 上述重量中尚未考虑的重量还有：涂装重量、焊接重量、检验通道 的设备重量等。本船空舱重量估算所用的母型船空舱重量资料是完工资 料，并与倾斜试验结果相符合。经对照母型船施工图纸和货舱段有限元 结构计算模型等资料，可以知道，母型船经结构有限元计算后，其局部 构件尺寸已加大很多。这些构件局部尺寸加大的重量和涂装重量、焊接 重量、检验通道的设备重量等已反映在空船重量上。但在典型横剖面结 构中未反映，即按母型船换算重量中都己包括了这些重量。此外，母型 哈尔滨t 稃大学硕士学位论文 船空船重量中的“其他重量”( 或称为不明重量) 3 6 3 5 t 本船也予以全部保 留。 关于新规则对空舱重量的影响，主要涉及两部分的重量，其一是加 强检验要求涉及的增设检验通道设备重量；其二是提高舱口盖负荷后产 生的首部舱口盖和舱口围结构重量增加。对此作以下分析： 关于加强检验要求涉及的增设检验通道设备重量，因本船货舱区为 双舷侧结构，边舱内设有三层平台，每层空间高度都在6 m 以内，根据“检 验通道技术规定”，可不再设连续固定通道。简易的通道设备，如梯子或 踏步重量有限。况且，母型船重量中也已有包括符合目前检验通道要求 的设备重量。总之，加强检验要求后，对双舷侧船增加的通道设备重量 不会太多。 关于提高舱口盖负荷后产生的首部舱口盖和舱口围结构重量增加， 该部分重量估算的可能误差在空舱重量的裕度中考虑。 表2 1本船空船重量计算结果 项目重量 主船体钢料9 4 0 3 4 9 上层建筑及舱内设备 8 4 4 3 8 舱口盖及舱口围板 6 4 4 1 7 机电设备 9 3 0 0 8 外舾装设备3 0 4 2 5 螺旋桨 2 0 o 其他3 6 3 4 8 余量 1 8 7 6 5 合计空船重量12 6 9 7 5 0 本船估算的空舱重量为1 2 6 9 7 5 t ( 包括1 5 裕量) ，排水量计算结果 为8 7 7 8 6 1 7 t ，由此计算载重量为7 5 0 8 8 6 7 t 。本船技术规格书报告的载重 1 2 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 量为7 5 0 0 0 t 。 2 3本章小结 本章通过对7 5 0 0 0 吨巴拿马型散货船主要要素的研究。明确了该型 船主要参数的确定方法和关键点。不同的参数采用不同的确定方法，得 到了最优化最合理的结果，为该船的后续设计打下了良好的基础。 1 3 哈尔滨t 稃大学硕七学位论文 第3 章总布置设计 总体布置是船舶设计中一项非常重要的综合性的技术工作，总布置 的优劣对船舶使用性能、航行性能、安全性能及结构工艺性能都有直接 影响。综合考虑各项性能及遵循有关规范规则的规定，进行全面分析与 比较，以完成总布置设计。其目的是要满足载重量要求，获得理想的船 舶航速，最大限度地缩短机舱长度，以提高货舱容积。调整船舶浮态， 合理布置压载舱形式，保证在稳性计算中，满足稳性衡准要求。在合理 的船舱布置下，力求降低船舶的最大静水弯矩。以达到降低空船重量的 目的。 本船开发设计中，对总布置设计主要研究探讨了以下几个问题：货 舱区域双壳体的设置及相关问题；主船体各舱室的布局；首楼的设置； 尾甲板室布置和层高及相关问题。 3 1货舱区域双壳体的设置及相关问题 货舱区域双舷侧的设置是本船开发中的一个最重要问题。设置双舷 侧直接关系到舱容( 包括货舱容积和压载舱容积) 、舷侧结构形式和结构 强度、船体结构钢料重量以及相关的货舱形式等，这些都关系到本船的 总体技术性能，应认真对待。 3 1 1 设置双舷侧的目的 散货船设置双舷侧的目的并非为了提高破舱稳性。根据“载重线公约” 的破损假定，横向破损范围为b 5 或1 1 5 m ，取其小者。显然，散货船双 舷侧的设置是不可能达到这样的范围。散货船设置双舷侧主要是鉴于现 有散货船单舷侧结构( 如肋骨、舷侧板) 被货物严重腐蚀，在卸货时容 易受到损坏，肋骨端部的裂缝扩展到舷侧板，引起海水渗漏，甚至导致 其他的大构件从舷侧板