成品油船的主尺度确定及总布置设计.doc

网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计）原创优秀论文题 目：71000dwt成品油船的主尺度确定及总布置设计 学习中心： 上海奥鹏直属学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 船舶与海洋工程 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011年9月 6日 71000成品油船的主尺度确定及总布设计内容摘要毕业设计内容为71000dwt成品油船主尺度确定及总布置设计。设计过程中主要参考 61000dwt 成品油船等相近船为母型船，遵循钢质海船入级与建造规范（2006）等相应规范进行设计。设计过程中综合考虑船舶自身性能及经济性等因素。毕业设计过程主要包括以下几个部分:主尺度确定,根据任务书的要求并参考母型船初步确定主尺度，再对容积、航速及稳性等性能进行校核，最终确定船舶主尺度；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。关键词：成品油船；主尺度；总布置目 录内容摘要i设计任务书11现代油船发展及相关母型资料21.1现代油船发展21.2现代油船特点21.3相关母型资料31.3.1 主要尺度41.3.2 航速、螺旋桨及续航力42船舶主要要素的初步拟定52.1排水量和主尺度的初步确定52.1.1 设计分析52.1.2 估算排水量52.1.3初始方案拟定62.2主机选型72.3空船重量估算72.3.1 船体钢料重量82.3.2 舣装设备重量82.3.3 机电设备重量82.4重力与浮力平衡82.5性能校核102.5.1稳性校核102.5.2航速校核112.5.3容积校核132.6 本章小结153 总布置设计163.1.主船体内部船舱的布置163.1.1 总体划分163.1.2 内部舱室划分173.1.3上甲板布置183.2上层建筑布置183.3 总布置图绘制193.4 本章小结194 结论20参考文献21附 录22致 谢2323设计任务书1 用途本船用于运载散装成品油，货油密度为0.86 t/m3。2 航区航线本船航行于我国近海区域。3 船级本船由中国船级社登记入级。4 船型本船为钢质、单机、单桨、双壳、单甲板、尾机型，具有球首和球尾线型。5 航速要求设计航速不小于14.5节。6 续航力本船续航力约为8000海里。7 船员数本船船员数为40人。8 动力装置主机机型选用man b&w。 1现代油船发展及相关母型资料1.1现代油船发展 据我国石油市场的未来趋势和油船船型的发展方向,随着我国重大航运政策的变化和市场经济的发展，客运在萎缩，煤运在回落，但利润指标靠油运这一基本格局却仍未改变。中国经济总量的飞速增长带动了石油、煤炭、铁矿石等能源资源品的需求持续增加。目前中国每年进口原油超过2亿吨，原油对外依存度达52%，并且在这2亿多吨的进口原油中，约有70%是以到岸价结算的，严重影响了中国的能源运输安全。为解决这一问题，中国政府在2006年就提出了“国油国运”战略。根据该战略，到2015年，中国进口石油运输总量的80%应由本国油轮来承担。保守估计，届时每年应有3亿多吨原油需要国轮运输，其中，所需要的vlcc大概是100艘。油运能创造高于其他货运的经济效益是目前航运业的一个特征，也是各航运企业的共识。根据油运市场的特点，60年代到80年代共发展二代，80年代末推出了第三代节能型油船，随后在国际防污染规则推动下，又开发出双壳型和中甲板型vlcc船型，进入新世纪又出现了双机双桨的第四代vlcc，船舶大型化是船型发展中最明显的特点之一，也是船舶创新的主要方向。这是因为大型船舶具有明显的规模经济优势，可以明显降低运输成本，当载重量从2.5万吨增加到25万吨时，每吨石油的运输成本可下降40，因此，从二十世纪50年代开始，油船的大型化表现突出，油船从4.5万吨发展到30万吨级的超大型油轮（vlcc），目前vlcc已成为油运船队的主力船型，市场需求仍然相当旺盛。油船近期的发展是1013万吨级的油船，中长期发展则视市场走向考虑发展20万吨以上的超级绿色环保型油轮，并且满足“pspc”规范要求。根据我国经营管理和油运市场的特点，我国将主要经营732万吨级的油船。1.2现代油船特点 现代油船油船通常采取单层连续甲板（现代大型成品油船货油区部位设有双层壳甲板），机舱设在尾部、设首楼和尾楼（大型油船为尾甲板室），机炉舱设在尾部，工作与生活舱室均设在尾楼或甲板室内。从干舷方面看，已由最小干舷发展成富裕干舷型，从货油区域结构形式来看，已由单船壳型（常规型）演变出现双层底型和双船壳型，这是出于对防污染的要求。由于采用了双壳双底的结构形式，因此现代油船的钢料重量较大。 现代油船在主要要素方面的特点主要体现在尺度上，从主尺度方面看，已由早时的瘦长型发展成短肥型，现代油船船型具有短、宽、肥、深的特征：统计资料显示 对于肥大船型，方形系数较大，因此型深也较大。 现代油船设有首尖舱、尾尖舱、机炉舱、货油舱、货油泵舱、专用压载水舱、污又兼货油舱、隔离空舱等几个主要隔舱。舱室的划分情况以及结构形式主要分为两大部分，即货油舱和首尾尖舱。(1) 货油舱的划分及结构形式货油区多采用纵骨架式。现代油船货油舱设在机炉区域之前的货油区域内。根据使用要求、清舱方便、结构强度、破舱稳性、满载与压载状态的浮态等多方面的因素。对货油区域要进行纵向和横向水密分隔，划分若干个中舱和边舱。根据防污染的要求，在货油舱与机舱之间必须设有隔离舱，这里的隔离舱大多为货油泵（压载泵、油水处理泵等）舱；油船的洗舱水不可以排放到海里；污油兼货油舱的容积大概占货油舱容积的2%3%；要在双层壳与双层底之间设置专用压载水舱；在船首部位设置浮力舱。为了防止货油起火引起爆炸，出于安全性考虑，主机的布置形式采用尾机型；在货油舱与机舱、首尖舱等舱室之间设置隔离舱；甲板上设置走桥；设置吸烟室；锚泊设备是防爆、水密的；甲板室的门窗与货油区的距离大于3m，并且窗户是固定式的并带有防爆盖。(2) 首尾尖舱的划分及结构形式首尾尖舱多采用横骨架式。油船首、尾尖舱的功用和干货船一样，其所需长度除满足钢质海船建造规范有关条款规定外须考虑实际布置所需要空间地位（尾尖舱长度满足尾轴的布置），油船专用压载水舱舱容较多，一般首、尾尖舱中的部分空间也布置为专用压载水舱。船尾部及首部的形状，多参照母型船，并没有固定的要求，但首部多采用球鼻首形式，以减小阻力。1.3相关母型资料母型船载重量为61000吨为钢质、单甲板、尾机型、单桨、单舵的原油/成品油船，具有球尾和球鼻首线型。没有首楼和尾楼；主甲板以上设有五层甲板室。由船尾至船首的货油舱区域，设有步行天桥。全船设12个货油舱（左右六对）和一对污油水舱，货油舱区域为双底双壳结构，双层底舱和边舱用作压载水舱。1.3.1 主要尺度总长 228.60m设计水线长 221.80m垂线间长 217.00m型宽 32.20m型深 18.50m设计吃水 12.50m排水量 75756.0t空船重量 14756.0t1.3.2 航速、螺旋桨及续航力母型船在设计吃水（d=12.50m），船壳清洁无污底情况下，处于风力小于蒲氏风级三级的平静深水水域条件下主机达到额定转速时的服务速度约14.7节。母型船选用man b&w 6s60mc 主机，最大持续功率为12240kw，持续常用功率为9265kw。 续航力为8000海里。2船舶主要要素的初步拟定2.1排水量和主尺度的初步确定2.1.1 设计分析本设计船是一条运输船舶，因此设计时应注意降低造价，降低消耗，提高运输能力，提高本船的经济性，可适当减小船长；作为运输船，航行时间也很重要，要力求达到较适宜的航速，船长不能过小；本船为双壳双层底结构，为保证舱容，可适当增加型深；本船吨位较大，具有较好的适航性，因此满足要求即可。总结以上，总的设计思想是：保证舱容和航速要求下，减小本船主尺度。2.1.2 估算排水量 对油船这种载重型船舶，随变化有相对稳定的范围，因此通常用载重量系数法估算初始排水量。设计船舶之前先把母型船有关参数列出,如表2.1所示。表2.1 母型船数据项目数值总长（m）228.6垂线间长（m）217设计水线长（m）221.8型宽（m）32.26型深（m）21设计吃水（m）12.5型排水体积（设计吃水（）73577.8排水量（设计吃水）（t）75756方形系数0.8408舯剖面系数0.9961棱形系数0.8441水线面系数0.9256载重量（设计吃水）（t）61000载重量系数0.8052采用七八所常用载重量系数估计公式 dw=0.7337k(dw/10000)0.0551其中：k系数，对采用50%以上高强度钢的大型或超大型油船k=1.011.03，对浅吃水船型（b/t3.5）k=0.90.95；对dw为一万至五万(纵舯剖面上无纵舱壁)的船k=1.01.02，此次估算中取k=1.01（经过对母型船的验算，发现k应取稍小值）dw 取0.81.排水量初步估算：根据公式 （2.1）2.1.3初始方案拟定根据主尺度比法来确定主尺度，设计船的、取值与母型船相同，其中，。d=1.2d+3.3(m)根据上式算出dw=71000t油船的主尺度为：设计船的排水量t母型船排水量；=227.65其中： 海水密度，取1.025t/cm3；k附体系数，取1.004。b=l/=33.84d=b/=13.11d=l/=21.04对比1990年以后的双壳体油船资料统计，同时考虑船体钢料和航行区域的航速要求等，初步确定主尺度如下： 垂线间长225型宽b33.1型深d22.6设计吃水d13.8方形系数0.8287载重量（设计吃水）71000载重量系数0.81型排水体积84516.39排水量（设计吃水）87654.32.2主机选型用海军部系数法估算主机功率，母型船给出在服务航速为14.7kn时主机的csr(常用持续功率)=9265kw，算出海军部系数：代入相关数据求得母型船海军部系数为=465。设计船主机常用持续功率 （2.2）设计船要求的试航速度不低于14.5kn，因此取kn。得到设计船的bhp=12936.989kw查相关资料初选主机型号为：man-b&w 7l60mc，额定功率13440kw，转速123rpm，耗油率171g/kwh。2.3空船重量估算空船重量lw按船体钢料重量、舾装设备重量及机电设备重量三大项来计算。2.3.1 船体钢料重量钢料重量估计按照立方模数法进行测算。 （2.3）式中： 钢料重量系数； 垂线间长，225m； b型宽，33.1m； d型深，22.6m资料显示，五万吨级油船立方模数钢料重量系数为0.07920.1053，再分析一些相近油船的，最终确定钢料重量系数=0.085 得到钢料重量为14306.652.3.2 舣装设备重量 舾装设备占空船重量比较小，约占5%-13%=co*(b+d) （2.4）co =0.3428dw-1.495 + 0.0886 （2.5）这样计算得到舾装设备重量为1100.372.3.3 机电设备重量=p *pw*1.359*10-3 （2.6） p=131.7-1.529*10-3pw,pw为主机功率（mcr），13440kw（此经验公式比实际值稍大，可适当缩减）计算得 =2030 t 适当减缩为2000t综上。空船重量lw=17407.02 （2.7） 2.4重力与浮力平衡采用诺曼系数法进行重力浮力平衡，允许误差为1吨实际载重量：=1-lw1=69812.1t设计载重量：dw=71000t载重量增量：重力与浮力不相平衡，现采用诺曼系数法对其进行平衡，允许误差为1%。诺曼系数： (2.8) 排水量增量：=1461.12t (2.9)浮性方程微分式： (2.10)令, 新的主尺度：=226.88m b=33.1m d=22.6m =13.92m新的空船重量：=17984.5t新的载重量：=71130.93t (2.11)载重量增量: （2.12）满足精度要求. (2.13)最终得出设计船的主要要素如下：垂线间长226.88型宽33.1型深22.6设计吃水13.92方形系数0.828载重量（设计吃水）71000载重量系数0.797型排水体积86942.877排水量89115.422.5性能校核2.5.1稳性校核稳性校核包括初稳性和大角稳性，在主要尺度确定时通常只做初稳性校核，其内容是估算初稳性高度，并检查是否符合设计船所要求的数值。1、初稳性下限要求： 初稳性方程式=zb +r zg- (2.14) 所核算状态下的初稳性高度zb 相应吃水下的浮心高度r 相应吃水下的横稳心半径zg 所核算状态下的重心高度 自由液面对初稳性高度修正值，一般可直接取自母型船或按实际情况估计。zg =d= 0.5722.6=12.88 (2.15) zb=a1 d = 7.487 (2.16)自由液面由具体情况得到。此处忽略。得=2.190.15m (2.17) 满足初稳性高度下限要求。2初稳性上限要求设计中在保证初稳性下限的条件下力求使船舶的横摇缓和，为使横摇和缓，摇幅不过大，希望不发生谐摇，即调谐因子 （2.18）式中：船舶横摇自摇周期，=16.438s （2.19） 修正系数。b/d2.5时 ，；时，f取1.0波浪周期，波长，远洋波浪波长按150m160m计算，取=155m (2.20) (2.21)满足初稳性高度上限要求。综上，设计船的初稳性满足规范要求2.5.2航速校核航速校核实质就是航速或马力估算，其目的是：1）初步估算设计船在给定主机情况下的航速；2）或初步确定在所要求航速下需要的主机功率。本设计要校核当主机发出常用持续功率12936.98kw时，设计船航速能否达到任务书要求的设计速度14.5kn。按文献油船主尺度确定中给出的数学模型计算总推进系数：标准船总推进系数式中：rpm主机转速，123r/min。总推进系数=式中： 设计水线的修正系数 设计水线暂取1.01=1.039-97.5（5.958-0.02113）=1.0284 方形系数的修正系数，； 长宽比l/b的修正系数； 轴系效率，在0.970.985范围，暂取0.975。= 序号项目数值1v(kn)121314152vs(m/s)6.17286.68727.20167.7163vs/cpdld0.4478855760.4852093740.5225331720.559856974r103（查图）2224.526.528.55ld/b修正值（查图）0.060.060.060.066r1031（5）4修正后23.3225.9728.0930.217crt1030.8459668150.9420994081.0190054821.0959115568vld2749.78562978.93443208.08323437.2329cfs1031.4987295661.4838995821.4703496971.4578885610ca（查表）0.150.150.150.1511（cfsca）103（9）（10）1.6487295661.6338995821.6203496971.6078885612cti103（7）（11）2.4946963812.575998992.6393551792.70380011613vs2（m2/s2）38.1034598444.7186438451.8630425659.53665614vs2s（kg）/223141481.3527159099.6431498127.3936158564.6115rti（12）（14）/103（kg）57730.9697769961.8132483134.7456797765.5311916b/d修正（b/d-2.4）5-0.001106322-0.001106322-0.001106322-0.00110632217rt（15)1+(16)(kg)57667.1007469884.4129683042.7718897657.3710518vs/75(m/s)0.0823040.0891626670.0960213330.1028819ehp=(17)(18)0.736(kw)3493.2275314586.0753355868.7739727394.58488520thp7246.3151757246.3151757246.3151757246.315175考虑适当的裕度，取=0.58。则：设计船的有效推功率ehp=bhp=7503.4536kw。绘制设计船有效马力曲线（ehp-v曲线）以上为有效马曲线 当主机发出常用功率时，设计船航速约为 14.9kn 14.5kn，满足设计需求。2.5.3容积校核1.载货量计算 (1)燃油重量估算w0式中：主机单位耗油量，171g/kwh；主机持续常用功率（csr），10368kw；r续航力，6000n mile；服务航速，取14.5kn；d储备天数,取为5天。经计算，=946.377t。（2）滑油重量=0.025=23.659t（3） 炉水重量 （4）人员行李，食品，淡水重量估算本船船员40人，每人每天耗水按110kg计，则生活用水总量为：其中增加的10天为5天储备，5天停港。每人体重按70 kg计算，每人的行李按40 kg计，则人员及行李重为：（70+40）40/1000=4.4t每人每天按5kg计，食品重为：（5）备品重量估算备品的统计数字一般为50t70t，或者一般可取为（0.5%lw1%lw），本船备品重量取为60t。2.容积校核（1）双层底高度及双层壳宽度计算对双壳双底型油船容积校核要分层进行校验，即分别对货油舱容积和专用压载水舱舱容进行校验。、且(+)。货油舱能提供的容积，m3；货油区能提供的总容积，m3；货油所需要的容积，m3；压载水舱所需容积，m3。双层底高度及双层壳宽度计算双层壳宽度不得小于b=0.5+dw/20000或2m取小者；但不得小于1m。双层底高度不得小于=b/15或2m 取小者；但不得小于1m。对于本设计船： 故b取2m。,故取2m。,故取2m。（2）本船能提供的总容积 总容积利用系数，计算得0.9893；货油区长度利用系数，现代大型油船一般范围为0.740.79，本船取 = 0.76；型深高度下中剖面面积系数，计算得=0.9975。经计算 =129136.52 m3。(3)货油舱能提供的容积=0.8965经计算 =100473.06 m3 。压载水舱能提供的容积-=28663.45581 m3。(4)专用压载水舱能提供的容积据统计大型油船压载水舱容积为30%dw40%dw，本船取=0.35dw=24850 m3(5)货油舱所需容积式中：货油量，69294.013t货油密度，0.87t/m3；k考虑货油膨胀及舱内构架系数，1.03计算得：=82037.7395 m3（6） 舱容校核=100473.06=82037.7395 ；（-）=28663.45581 m3=24850 ；综上，设计船的容积满足设计要求。2.6 本章小结本设计船是一条运输船舶，因此设计时在考虑实用性的同时应注意降低造价，降低消耗，即要注意提高运输能力，提高本船的经济性。为了提高经济性，可适当减小船长；而作为运输船，航行时间也很重要，那么要力求达到较适宜的航速，船长也不能过小；本船为双壳双层底结构，为保证舱容，可适当增加型深；本船属中小型油船，具有较好的适航性，因此满足要求即可。总结以上，本设计船总的设计思想是：在保证航速和舱容要求下，力求减小本船主尺度。以上性能校核均满足要求，因此主要要素不再做修改。3总布置设计按照设计任务书的要求，本船为钢质、单甲板、尾机型、单桨、单舵，由柴油机驱动的原油船，具有球尾和球鼻首线型。参考母型船的总布置情况，并按照国际航行海船法定检验技术规则（1999）、钢质海船入级规范8（2006）等规范要求对设计船进行总布置设计。3.1.主船体内部船舱的布置3.1.1 总体划分1.水密舱壁划分水密舱壁将船体划分为首尖舱、货油舱、机舱、尾尖舱。按照钢质海船入级与建造规范中规定，设计船水密舱壁数不少于10个。2.机舱的地位及长度参照母型船，设计船为尾机型船。机舱长度按统计公式：机舱长度=主机长度尾机型 c=1012m设计船主机型号为man-b&w 7l60mc长度为9.16m，c取12，因此机舱长度暂定为21.6m。3.首、尾尖舱长度的确定按照钢质海船入级与建造规范中规定：(1)防撞舱壁与首垂线之间的距离应不小于船长的5或10m，取小者，但可不大于船长的8。本设计船取10m. 对球鼻首，上述距离应自下列各点之一量取，取小者：船舶水线以下自首垂线向前延伸部分的长度中点；首垂线前方船长的1.5处；首垂线前方3m 处经计算，防撞舱壁应自首垂线以前3m处量取。因此防撞舱壁距首垂线的距离取为7m。(2)尾尖舱长度一般取，本船取0.04，为9.08m4.货油舱区划分参考母型船货油舱区长度为158.4m，设计船载重量较大故取m，并将货油舱区划分为六对货油舱和六对压载水舱。双壳双底结构：按第二章舱容校核中计算得：双层底高度=2m ，双层壳宽度b2m。5.肋骨间距和舱室划分钢质海船入级与建造规范规定，肋骨标准间距按下式计算：本船垂线间长=226.88m，经过计算得到=0.863m，实际选取肋位 =0.9。规范还规定首尾尖舱内肋骨间距为0.6m，0肋位取在舵杆中心线处。参考母型船布置，船尾#15 为尾尖舱区，肋骨间距为600mm；#15#42为机舱区， #42#53 为泵舱区， #53#65为污油舱，肋骨间距为800mm ，#65#263为货油舱区，肋骨间距为900mm ，#263#264为空隔离舱，肋骨间距为900mm，#225首为首尖舱区，肋骨间距为600mm。3.1.2 内部舱室划分 (1) 尾尖舱区船尾#8设有尾尖舱（左、右）；#1#13设有淡水舱（左、右）、尾轴冷却水舱（中）；#8 #15设有应急消防泵（中）。(2) 机舱区设有双层底，双层底内#15#18设有污水阱, #15#22设有舱底水舱, #22#23设有空舱，#23#39设有主机滑油循环舱和污滑油舱（中），#39#40设有空舱，#40#42设有测深仪舱。机舱内设有1层平台： 16.6m平台。 #16#19设有锅炉给水舱（左/右），#33#34设有滑油舱（左/右）#35#42设有no.2燃料油舱（左/右），#42#53设有no.1燃料油舱（左/右），#42#53设有货油泵舱（中）。(3) 货油舱区共有6对货油舱。舷侧设压载水舱。具体划分为：#53#65设有污油水舱（左、右）和工作淡水舱（左、右）；#65#98设有no.6货油舱（左、右）；#98#131设有no.5货油舱（左、右）；#131#164设有no.4货油舱（左、右）；#164#197设有no.3货油舱（左、右）；#197#230设有no.2货油舱（左、右）；#230#263设有no.1货油舱（左、右）；#263#264设有隔离空舱（中）。双层底#65#98设有第六压载舱（左、右）；#98#131设有第五压载舱（左、右）；#131#164设有第四压载舱（左、右）；#164#197设有第三压载舱（左、右）；#197#230设有第二压载舱（左、右）；#230#263设有第一压载舱（中）。(4) 首尖舱区#264#268设有锚链舱（左、右）；#265船首为首尖舱兼首压载水舱。3.1.3上甲板布置具体布置在布置图上有上甲板图，可以参见总布置图。3.2上层建筑布置首部上甲板布置有锚系设备，尾部上甲板设有液压系泊绞车、带缆桩和导缆孔等系泊设备，由艇甲板至首部主甲板之间设有步行天桥，方便人员走动和进行设备维修。主甲板以上设有六层甲板室，每层甲板之间的高度为2.6m，分别为艇甲板、起居甲板、上起居甲板、船长甲板、驾驶甲板和罗经甲板。具体划分情况如下:(1) 尾部上甲板（船尾#36之间）尾部至首部上甲板设有步行天桥，天桥宽度1.4m，扶栏高1.1m。设有氧气室、乙炔室、化学品库、干粮库、油漆间、空调机室、泡沫间及消防控制站、食品处理间、蔬菜库、鱼库、肉库、电缆及电工间、二氧化碳室、病室、洗衣间、烘衣间、船员室、钳工室、洗手间和通往上下层甲板的楼梯等。尾部设有液压系泊绞车二台和带缆桩、导缆孔等系泊设备。(2) 首部上甲板甲板上设有锚机和系泊设备。(3) 艇甲板设有电匠室、机匠室、机匠长室、大厨室、水手长室、厨房、餐厅、配电间、救生器材室、消防器材室、电弄、管弄和通往上下层甲板的楼梯。艇的两舷各设有一艘25人耐火全封闭机动玻璃钢救生艇，甲板尾部两侧设有两部物料吊车和导缆桩。艇甲板布置有救生艇。（4）起居甲板设有医务室、报务主任室、船员室、事务长室、健身房、配电间、电弄、管弄和通往上下层甲板的楼梯等。(5) 上起居甲板设有大副室、二副室、大管轮室、二管轮室、会议室、贮藏室、电弄、管弄和通往上下层甲板的楼梯等。(6) 船长甲板设有船长室、轮机长室、会议室、船东室、引水员室、贮藏室、电弄、管弄和通往上下层甲板的楼梯等。(7) 驾驶甲板设有驾驶室、组合电台室、蓄电池室、充放电室、海图室贮藏室、电弄、管弄和通往上下层甲板的楼梯等。(8) 罗经甲板设有后桅、雷达、声光信号设备、磁罗经、汽笛等设备。具体布置详见总布置图。3.3 总布置图绘制完整总布置图见附图1和附图2。3.4 本章小结对于本设计船的总布置，首先从安全性考虑，设置专用压载水舱、隔离舱，甲板