（船舶与海洋工程专业论文）6000千瓦近海供应船总体性能设计研究.pdf

中文摘要 随着海上石油和天然气j f 发工程的迅速发展，为海上工程提供各种服务的特 种工作船舶，已成为海上石油和天然气勘探和井采工程不可缺少的一个组成部 分。其主要功能足对海上石油平台进行守护、拖曳、消防、营救，运输物资设备， 对油轮进行拖带、顶推、进行海面溢油同收和消除油污等。 多用途工作船船型特殊、设备复杂，奉文对针对国内外多用途工作船的特点， 结合我国海洋石油开发的特点，对6 0 0 0 k w 近海供应船进行了开发型研究。通过 船型论证程序得到了优化的船舶尺度参数，并在此基础卜设计出工作船的型线和 总体布置；其次，对本船的作业功能进行了洋细的研究，并根据功能需求，对作 业设备和布置进行了探讨。最后，文章对多用途工作船的结构进行了设计并按 照c c s 相关规范进行了计算，得到了主要板材和构件的尺度参数。 关键词：多用途工作船油田守护船工程船结构计算 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h eo f f s h o r ee n g i n e e r i n g ，t h ee n g i n e e r i n gv e s s e l sw h i c h s e r v e lt h eo f f s h o r eo i lf i e l da n dt h ep l a t f o r mh a v eb e c a m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n t p a r t si nt h eo f f s h o r eo i le n g i n e e r i n g t h em u l t i p u r p o s ew o r k i n gb o a ti sc o m p l e xi ni t st y p ea n de q u i p m e n t s a i m i n g a tt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h em u f f - f u n c t i o n a ls h i p ，c o n s i d e r i n gt h eo f f s h o r eo i l e n g i n e e r i n gi no u rc o u n t r y , t h i sp a p e rd e v e l o p e dt h e6 0 0 0 k wm u l t i - p u r p o s ew o r k i n g b o a t g e tt h es h i pf o r mt h o u g h tt h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c ep r o g r a m , a n da l s og e tt h e p r i n c i p a ld i m e n s i o n s o nt h e b a s eo ft h o s es t u d i e s ，t h ec u r v e so ff o r ma n d a r r a n g e m e n tw e r es t u d i e di nt h ep a p e r t h es t u d yo fw o r kp r i n c i p l ea n dt h ew o r k e q u i p m e n t sw a s a l s os t u d i e d t h es t r u c t u r ed e s i g na n dc a l c u l a t ea c c o r d i n gt ot h er u l e s o f c c sw a sd o n ei nt h el a s t ，g e t t i n gt h es c a l eo f t h ep r i n c i p a ls t r u c t u r a lm e m b e r k e yw o r d s ： m u l t i p u r p o s ew o r k i n gb o a t ，o i lf i e l dg u a r d i a n s h i p ，e n g i n e e r i n g v e s s e l ，s t r u c t u r ed e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弓浼l ：奶签字日期：妒斗年i 己月l f ；日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权垂洼盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：弓庙、= - 肚导师签名：箍班 签字日期：妒争年iz - 月i z 日签字日期：驴争年lz 月f 占日 天津大学硕士学位论文 第章前言 第一章前言 1 1 多用途工作船的功能和研究意义 进入2 l 世纪以来，资源，尤其是能源在经济发展中越发成为制约经济发展 的因素，随着陆上资源的日趋枯竭，人们越来越多的把目光投向海洋，据估计， 海洋中蕴藏的资源远远要超过陆地，而且随着科学技术的发展，大规模勘探和开 发海洋已经提上日程，世界各国争相开发海洋，石油平台的数量快速增长，海洋 在世界经济中的比重越来越大，2 l 世纪必将是“海洋世纪”。 随着海上石油和天然气丌发工程的迅速发展，为海上工程提供各种服务的特 种工作船舶，已成为海上石油和天然气勘探和丌采t 程不可缺少的一个组成部 分。其主要用途是： 1 、作为钻井、采油、修井作业等各类平台或海上其他大型漂浮物远距离拖 航的主拖船，执行拖带等作业任务； 2 、执 ：钻井、采油、修井等各类平台或海上其他大型构筑物的安全守护、 抢险救助任务。 3 、执行钻井、采油、修井等各类平台供应燃油、淡水、钻井水、钻采器具、 液态泥浆、水泥等物资； 4 、为钻井、采油修井等各类平台、浮吊进行起抛锚、移位、就位等生产施 工作业。 简单的说，就是物资载运、拖带、供油、供水、供水泥、消防等。这要求船 舶有较好的操纵性，能够适合在各种风浪流条件下靠离平台，适合在复杂海况下 拖带平台就位。 除通用的拖轮设备外，安装的专用设备主要有：导管式或喷水式推进器、全 回转浆、首侧推、大功率消防炮、泡沫消防系统、吹灰系统、鲨鱼钳、液压挚缆 桩等。 通过以上分析我们可以看到，多用途工作船具有很多的功能，并要具有处理 海上突发性事故的能力。 大沣丈学硕士学位论文 第一章前言 1 2 国内外多用途工作船的发展趋势 多用途 、作船的发展经历了一个由不成熟到逐渐成熟的发展过程。以胜利石 油管理局的多用途i 作船为例“”，最早建造的胜利2 1 l 船在青岛造船厂建造， 1 9 8 7 年1 1 月投入服务，船总长4 6 2 3 米，型宽9 8 0 米，型深3 2 0 米，总吨4 9 6 吨，净吨1 4 9 吨，吃水1 4 0 米，主机功率3 7 0 k w 2 ，仅具有定的物资供应能 力和小型拖带能力，不具备拖带现有平台的能力。对钻井平台一lj 井位的物资供 应需要多个航次，日托运水泥需要装载水泥的专用车辆，不具备对外消防能力。 1 0 0 0 0 h p 多用途工作船是中国石化集团胜利油田有限公司“十五”期间海洋石 油牛产的重要工程之。它的建造是为提高油田应对海域及周边海区突发性事件 的紧急救助能力，减少因恶劣天气和海况对财产和生命安全造成的损失。该船具 有拖力大、功能强、用途多、设备先进的特点，是目前我国唯一的艘自行没计 建造的大马力、具有动力定位功能和强大消防功能的多用途工作船。随着能源产 业和海洋工程事、i k 的迅速发展，多用途工作船也根据海上作业需要不断发展，船 舶性能逐渐改善，船舶功能逐步完善，能够满足多种海上作业需求，成为真正意 义卜的多用途， 作船。 上海船舶研究设计院( s d a r i ) “”在海洋工程船方面一直在进行一系列船型开 发的研究与设计i ：作，特别是近几年来，s o a r 为中国海洋石油总公司系统的北 方船舶公司、南方船舶公司、海洋1 ：程公司等，以及为交通部救捞系统的上海海 上救助打捞局、烟台海上救助打捞局、广州海上救助打捞局开发研究设计了多种 船型的海洋工程船舶。 以下是几种典型海洋救助三用拖船的船型要素： 天汴人学硕| 学位论文 第一章前言 袁1 一l 儿种海洋救助三用拖船典型船型的要素表 嘲娜t 娜棚娜圳柙曲娜t 2 娜 s c 品3s c 蛄1 gs c 贷a g 2s c l 5 c - 4s c “l s c 崩l g l 总长6 36 m6 3 h6 3 血h 6 36 m 6 56 m 6 72 m 垂峨问长 卵抽 5 7 2 mj 7 土my 7 妇l卯j m卵2 m 型鼻1 3 0 m1 3 8 m1 3 】m1 32 m1 4 0 m1 4 0 m 墨潍 设计麟4 跗0 m4 加】5 m4 郇d m4 和脏4 加3 m4 7 巧3 m 主机功率* q 1 6 日z h 研口 服备l 谜1 4 q k n 1 4 0 k 1 4 0 b i 1 4 0 i a1 5 i k 4 1 j6 x n 破罐1 45 k n1 4 弛1 4 5 k nl ”i a 1 6 吸矗 1 70 k n 晨柱妪力 j 9 0 k nn i郜删印0 蛐9 加l 蚪1 3 加h f 船自1 鲁员z j + 1 0 人1 4 + 1 4 1 4 + 1 4 1 5 + 1 8 砷+ 1 6 a卫+ 1 j 人 获救 员1 人1 1 l 抗区近海b 沤i近海羲区，i 睛躯，近海妪近 喊区，瑚l 退， 无限航区无豫艟区无限菇区无限l t 区无限抗区无限航区 续航力i 加0 0 n m 1 0 o 7 3 0 0 m m9 阻札1 0 咖0 n 血1 n m 自捧力蹶3 0 天3 0 天3 0 夭 天 天 船蟠符号e 强j 5 岱 筇潍茆 c 驰第t 砘，吼茆，c 弘簦t 吨， 表l 一2 几种油田守护船典型船型的要素表 加帅耶油田守护船邡舶 母油田守护船 s c 6 s c 6 g l 总长6 63 m 6 63 m 垂线i 司长5 7 抽l5 72 m 型宽1 42 m1 42 m 型深 69 m6p m 设计吃水5 们7 m5 0 ，57 m 主机功率 1 2 9 0 k 1 胁d1 2 9 0 k w x 4 服务航速 1 4 ： 缸1 4 丑缸 最大航谴 1 60 i 缸1 6m 如 系柱拖力8 呻1 d 48 0 0 蛾 船员墙= 员1 0 + 1 4 人1 0 + 1 4 人 获救人品 z o o ： 1 0 0 人 航区近海航区， 近海航区， 无限航区 无限航区 续航力1 0 0 0 b 也m n e 1 0 0 0 衄m n e 自持力4 5 夭4 5 夭 船缀符号 d r c s a 弱铀f 脚9 章o 蠡h o mc s a 5 5 铀r 脚鼬) ， 嘞吨t u go 胁o s m yo 尉m 蚋簿t 曙嘎 s 呻n f h f j i 牡吨1 ，c h s趾9 町9 印b ，胁f j e 血g c 湖肌_ 0 c m s 1 ，( y r s d r c 洲越肌 天津大学硕士学位论文 蒴章前言 表l 一3 几种油田守护船典型船型的特种作业能力表 加帅珊油田守护船6 帅唧 油田守护船 s c 6 6 3s c 嘶3 g l 1 载赁蘸力 甲板载赞区面积3 8 3 3 8 3 m 2 甲板载货区平均负荷 5 t m 2 5 伽1 2 甲板载货6 0 m6 0 0 1 燃科油 7 4 65 m 35 8 27 m 3 i l n 一 2 0 3 i m 3。i i 五r 钻井水棚i 载水1 0 3 9 3 m 31 0 2 19 m 3 敌装水泥 1 7 00 一 回收的海面溢油 5 4 09 m 32 6 4 4 l n 3 重油 3 i 55 m 51 4 4 甜 2 特种作业设备 辐蕊瓣单卷筒x 1 台单卷筒x 1 台 工作负荷8 0 蚪8 0 支持负载2 0 2 m 蚪 2 0 2 0 k n 焉r 中5 6 x1 0 0 0 m x2 根 5 6 x 1 0 0 0 m x2 根 尾滚筒 季l8 m x36 m巾i 8 m x36 m 绞车 2 台x 1 0 0 r n 2 台x 1 0 0 k h 沙鱼钳叉式升降型叉式升降型 液压挡缆桩 中3 0 n 二根升降式柱形桩中3 0 0 二根升降式拄形桩 克令吊1 台l x 2 0 k n x 抽 l 台x2 0 k h x 8 m 侧推装首首侧推冶9 0 1 d q + 6 0 k n 首侧推冶9 0 r n + 6 0 k n 尾侧推l 台6 0 1 d q尾侧推i 台6 0 1 d q 1 3 本课题研究的主要内容 本课题主要是为了海洋石油公司开发新的多用途工作船，根据使用中提出的 要求，本船的主要用途是满足无限航区内油田或平台的守护、日常供应以及拖带 任务。 具体研究的内容包括： l 、多用途工作船的船型与主尺度研究 2 、多用途工作船的型线研究 3 、多用途工作船的总布置研究 4 、多用途工作船的作业研究 天津大 硕士学位论文 第一二章船型论证 第二章船型论证 2 1 主机及螺旋桨的确定 2 1 i 主机的选择 根据任务书对主机功率的要求，选择主机如下： 主机型号：m a k 8 m 4 5 3 c数量：两台 额定功率：3 9 9 8h p转速：6 0 0r p m 根据传动能力，选择减速器如f ： 型号：h s u b5 6 0减速比：4 ：l 本设计船舶采用中尾机型，轴系效率取为0 9 7 ，拟定相对旋转效率为l ，减 速装置效率估计为0 9 6 。 则单桨收到马力：d h p - 3 9 9 8 0 9 x 0 9 7 0 9 6 - 3 3 5 2 ( 公制马力) 2 1 2 螺旋桨的选择 2 1 2 1 选择螺旋桨要考虑的主要因素 采用车叶加导管是增加推力的好方法。导管桨分为固定导管桨和转动导管 桨。转动导管桨可兼作舵使用，需要经常转动，车叶与导管之间的间隙时大时小， 导管内的水流很不稳定，因此效率相对固定导管要低些。固定导管效率虽高， 可是操纵性可能要差一点。但是，由于该船的吃水较浅，安装固定导管并配以舵 效较好的舵装置是比较合适的，这样，既具有一定的效率，操纵性能也不错。 本船采用n o 1 9 a 导管+ k a 4 5 5 螺旋桨，船底兼做导管的一部分，这样可以 适当的增大桨径，从而增大螺旋桨的推力。 2 1 2 2 空泡校验 由于导管内流速增加，如果采用普通方法进行空泡校验，则需将流速经过换 算，为了简便起见，采用导管车叶空泡图计算，对k a 型导管，可采用导管车叶 经验空泡曲线校验。 经验公式为： 灭津大学硕士学位论文第一章船魁论证 l p2 j 一 d 5 冬“p d ) 2 + 31 4 2 ) 卫一p 一0 1 8 r y 一历再两历丽 式中p d 可由_ b ，6 图谱查得。 只大气压+ l o o o t ( t 为轴中心线至水面距离，单位：m ) f 一2 0 0 p 为收到马力 将数据带入上式，得到得( c l p ，盯) 值点放入空泡校核图中，看该点是否落在无 空泡区，埘螺旋浆，f 圩计算得结果，得到得( c ，盯) 点落在无空泡区。 2 1 3 伴流分数和推力减额分数的确定 所谓伴流分数就是船在水中航行时，其周围的水受到船体的影响而产生运 动，使船体周围得到随船运动的一股水流。其产生原因主要有以下几点： 1 )形状式伴流。当首位处水流想前为正伴流： 2 )波浪式伴流。由于船舶的兴波作用而形成的伴流； 3 )摩擦伴流。足由于水具有粘性，船在水中运动时，船身附近形成摩擦 伴流带形成的。 推力减额是指船体附加阻力，包括摩擦阻力和压差阻力。与伴流分数群， 推力减额也是有三方面原因造成的： 1 ) 由于车叶在船尾处旋转，使水流速度加快而压力减低，因而使船体的 压差增加而产生； 2 ) 由于船尾受车叶旋转的影响，致使船的兴波阻力发生改变而产生； 3 ) 由于车叶旋转时，尾流处水流速度增大，致使船体的摩擦阻力增加而 产生。 由于产生伴流和推力减额对船体的作用具有不确定性，伴流和推力减额的 具体数值需要通过船模实验获得，在设计中可按经验公式或根据型船大致估算得 出。通过与性能良好的实船比较，确定本船的伴流分数和推力减额分数分别为： w = o 1 9 7 t = o 1 7 5 仉= l - t l w = ( 1 - 0 1 7 5 ) ( 1 0 1 9 7 ) = 1 0 2 7 天津大学硕士学位论文 第二章船型论证 2 2 船型论证 2 2 1 主尺度及要考虑的因素 1 船长 对于各类不同用途的拖轮，其船长的选择是不同的，如对于内河浅水拖轮， 由于吃水过小，为了得到一定的排水量不得不加大船长，对于港作拖轮则应尽量 减小船长以得到港内自身回转的灵活性，而对于长途航行的拖轮及海洋拖轮，要 考虑到减小阻力以及对风浪的抵抗能力，则应适当的增加船长。本船的基本考虑 因素有以下几点： ( 1 ) 满足布置要求。拖轮主甲板下底舱要布置机舱、清水舱及首尾尖舱等， 这些舱室应分布得合理，使拖轮在满载和空载情况下尾部吃水变化较小以保持车 叶和舵效性能，必要时需考虑设置压载舱。船长应能满足以上布置要求。 ( 2 ) 航道限制。内河拖轮，特别是运河和浅水急流航道得拖轮要考虑航道最 小曲率半径对船长得限制。 t ， ( 3 ) 阻力考虑。拖轮在自航时，对应得速长比；约为1 1 1 4 ，所以增加 4 l 船长可以降低速长比，即减少了拖轮得剩余阻力。求某些要求自由航速较高的拖 轮，可考虑选取较大的船长。 ( 4 ) 造价考虑。拖轮船长愈大则重量愈大，造价愈高。 2 船宽 拖轮船宽主要决定于稳定性及必要的甲板面积，需要考虑的因素有： ( 1 ) 稳性要求 ( 2 ) 航道限制 ( 3 ) 布置要求 3 型深 型深对纵向强度，剩余稳性均有很大关系。由于型深= 吃水+ 干舷，故吃水 为一定时，根据干舷高度就可以决定最小型深。拖轮的干舷较一般的船舶高，一 般多在0 6 1 2 m 之间，视船舶大小及航区而定。 4 干舷 干舷直接关系到船舶的剩余阻力和大倾角稳性。为了使大倾角稳性范围不致 过小，辛氏认为拖轮的最小干舷不小于0 1 b 。较等长的一般海船为大。对于兼 作施救作业的拖船，干舷宜使在空载时具有3 0 的储备浮力。 天津大学硕士学位论文 第二章船型论旺 综合以上几点对主尺度的要求，本船的设计采用变尺度法 应选定一个合适的范围，再从里而选出最优的主尺度来。 2 2 2 主要参数的计算方法和步骤 1 主要尺度的确定 船宽：b = b t t 船长：l = l b b 2 船体重量的计算 宁船重量的计算 船体钢料的计算；w h = c b xl b d 其中 ，一 o h 一百丽 w h o 为所取得型船钢料重量 l o 为型船的垂线间长 b o 为型船的型宽 d o 为型船的型深 船体舾装重量的计算公式为w f = c f x ( l b x d ) “3 其中 一 既。c f2 面b o 丽x d o ( 厶 ) “3 船体机电重量的计算公式为： w = q 圪 其中c m = 譬 所以船体得空船重量： 三= 1 0 3 x ( + h 0 + w ) 3 船舶载重量的计算 人员及重量w 1 的计算： 本船有船员2 4 入，每人加其行李按照1 2 0 公斤计算，重量为： w i = 2 4x1 2 0 ：2 4 0 0 公斤= 2 8 吨 取为3 吨 粮食及淡水重量w 2 的计算： 食品每人每天5 公斤，自持力为3 8 天，则食品重量为： 天津大学硕十学位论文 第二章船型论证 2 4 5 x3 0 - 3 8 0 0 公斤= 3 6 吨，取为4 吨 淡水每人每天8 0 公斤，重量为： 2 4 x 8 0 3 0 = 5 7 6 0 0 公斤，取为6 0 吨 则 w 2 = 4 + 6 0 ：6 4 吨 燃油和润滑油重量w 3 的计算： 自由航速是1 5 k n ，单位油耗为l9 0 克于瓦小时，续航力为8 0 0 0 n m i l e ， 燃油储备量：8 0 0 0 1 5 0 1 9 6 0 0 0 - 3 8 0 0 0 0 公斤- 6 0 0 吨 润滑油重量取燃油重量的3 ，为： 6 0 0 0 0 3 = 1 8 吨 取2 0 吨 w 3 = 1 1 ( 6 0 0 + 2 0 ) = 6 2 0 吨 备品、供应品重量w 4 的计算：w 4 = 0 0 0 6 l w 所以船舶的重量为： l 胛+ d w - l w + w 1 + w 2 + w 3 + w 4 4 方形系数的计算： g = 而豢 其中的1 0 l 为考虑船体的附体系数。 2 2 3 稳性校核 船的稳性对其安全性和使用效能均有重要的影响，且受稳性规范的约束，是 没计中要很好处理的一项重要技术性能。在开始确定主要尺度及船型系数时，就 必须予以注意。从船舶设计角度对船的稳性的处理，通常先控制设计船初稳性为 基点，再适当考虑大倾角稳性的要求，然后根据设计的进展加以检验。 1 重心的估算方法 在校核稳性计算横摇周期的时候，首先要确定的是船舶的重心高度，船舶的 重量分成空船重量和载重量，所以船舶重心高度也由两部分组成：空船重量 的重心和载重量重量的重心。 空船重量的重心由型船计算得到，计算公式为： z g , - 之。x 瓦d z 。为所求的重心高，z ，。为型船的重心高，d 为型深。 天津人学顾一学位论文 第：章船型论证 载重量的重一i i , 采用分项的估算方法，具体的过程为：先估算各部分载重量的 重心高度，对于液体舱，假设舱室都处于装满的状态，并估计形心的高度为舱室 高度的中心上8 舱室高度，对于人员中心，取主甲板以上l 米，对于备品和供 应品敢舱室的弛深中点处。 液体舱室的重心高度： 丘= 0 5 8 x ( 7 1 + f ) ，f 为干舷高度； 人员的重心高度： 呜= 1 + r + ， 备品和供应品的重心高度： 吃= o 5 ( 7 1 + f ) 这样，船舶的载重量的重心高度为： 7 ：! 兰! 1 2 ：垒当：垒当：塾 ” 嘭蟛手蟛手哟 所以船舶满载出港的总重心高度为： 7 一l w x z 9 1 + d w x z 9 2 6 9 一一w + d w 选取g m = h 可以从下限及上限两方面来考虑。下限是保证船舶安全和使用 要求所需的最低初稳心高度值。从安全角度看，船的大倾角稳性和初稳性有一定 联系，初稳性太低常导致大倾角回复矩臂偏低，因而设计时应根据不同船舶特点， 确定适宜的初稳性下限。初稳性上限是从横摇缓和性上考虑的，船在波浪中的横 摇周期短、摇幅大，不仅影响船舶的安全性，也使船上作业困难，仪表出现故障， 因此设计中总是在保证初稳性下限的条件下，力求使船的横摇缓和些。 由船舶静力学知，近似估算初稳性高度的一般彤式为： h = a i t 峨萼一；d 式中，碍= l 1 g + g 以： g 2 1 1 4 g f = o 8 2 2 稳心距基线的高度z u 的计算 满载出港时，乙的计算公式： k r = “净x 丁+ 熹等 天津_ 入学硕十学位论文 第- 二章船型论证 空载到港时候，乙的计算公式为： 妒州铲 毛：乙2 + r 2 = 孙争r 争鲁2 求得稳心聚集显得高度z 。后，可由下式计算稳心高： h = z m z h 3 稳性衡准方法见表 若根据所给的主尺度就系数值所得初稳性满足以上横准式，则表明满足稳性 要求。 l 建议者横准附注 洛期 型p b 为柴油机制动马力，f 1 4 9 a ( b 1 占1 及b 为干舷及船宽 伍德 2 堡! 型：1 d 为螺旋浆直径 2 4 a ( f b ) 日本作业船标准f l 为系桩拖力，均为 0 0 1 3 5 p b 2 2 4 周期校核 周期核算的目的是看船舶是否满足初稳性的上限。若船在波浪中的横摇周期 过短，不仅影响到船的安全性，也会使船上作业困难，我国稳性规范所甩计算公 式为： t ，= 0 5 8 乒亨 2 2 5 自由航速 1 计算阻力 由上一步确定得船舶主要尺度得范围，可以直到该船舶属于比较特殊得船 型，其主要的比例不适用于我们经常使用爱尔法的比例限制，所以要选取其他的 阻力计算方法。 经过参照设计手册，有两种阻力的计算方法可以选用，即汉克斯小船阻力计 查壁盔堂堡主兰焦堡茎 兰三兰盟兰! ! 垒兰 算方法和国内小船浅水阻力回归公式。但由于汉克斯发要查y i ：多图谱，不利于实 现计算机辅助设计，本船采用浅水阻力【旦1 归公式计算。 再进行阻力计算前，要对回归的表达式和备参数的系数有所了解，表达式的 参数如f ： k s = 0 8 3 9 t 珈x ( b r ) - 00 1 3 8 q 0 0 拍一l c r ( i ) = 口t 5x ( z b ) 。x ( b t ) 。x c e 其中i 为水深傅汝德数，i 与a 、b 、c 、d 、e 的关系如下表： i 的数值 abcde o 5 8 8 2 5 9 81 3 8 1 4 85 0 9 8 0 81 2 4 9 1 2 9 8 3 9 9 o 61 8 4 ，6 l 0 4 6 8 6 9 2 1 8 6 2 5 - 0 ，8 9 2 5 3 2 3 3 4 7 4 o 71 4 1 3 40 、1 4 2 8 71 7 1 5 8 5- 0 7 0 4 5 l1 7 7 4 3 8 o 7 5 4 7 6 7 20 3 5 8 51 9 3 1 1 3- 0 8 0 0 8 2 1 8 8 4 0 1 o 87 4 0 2 2加7 0 5 5 62 ，3 5 0 1 3i 0 0 0 22 3 2 5 9 7 o 8 5 7 5 8 8 8 ，0 1- 0 8 5 9 6 8- 2 ，7 7 51 。2 2 3 5 7 2 - 3 1 9 6 3 o 91 7 0 5 5 2 60 7 9 6 6 12 ，0 7 8 7 9- 0 9 8 7 5 11 5 7 2 6 5 0 9 5 2 9 9 1 7 4 5- 0 6 8 0 8 11 2 1 7 4 l- 0 9 4 1 8 l1 1 0 2 5 5 1 o2 2 7 1 1- o 6 6 5 3 61 1 5 0 8 2- o 9 4 1 8 l0 9 7 6 9 2 1 0 51 9 3 0 5 2- 0 6 7 6 3 11 0 9 1 7 4，0 9 4 6 7 11 0 2 0 1 5 阻力的计算由下式给出： r = ( j + 墨) c + c r ( f ) 1 0 - 3 + ( 其中l ，= l 。 ( j n ( r ) 一2 ) 2 a c y = 0 0 0 4 啥! 半 v 是所求阻力的航速，单位是节； y 是水的运动粘滞系数，为0 0 0 0 0 0 1 1 4 现在要计算的船舶的主要参数与回归公式要求的范围有一定的差别，特别是 b t 比要求大3 0 左右，要知道是否能用回归公式，就要判断b t 对阻力的影 响有多大。从上面的表格和表达式中，可以看出b t 与其他的系数相比，具体 计算以后，可以发现在b t 的因次比l b 和吃水t 要小个数量级，具体计算 以后，可以发现在b t 增大3 0 以后，k s 减小5 左右；在求c r ( i ) 的时候， 也可看出b t 的因次也比l b 小得多，一般要小2 3 倍，在b t 增大3 0 以 人津人学顾：学位论文 第二章船型论证 后，c r ( j ) 的数值在多数情况下减小1 0 左右。综合以上原因，1 3 t 增大： o 以后，阻力的数值减小j 2 左右，而这个3 0 是要设计b l 的上限值，多数 的情况f ，并没有超过这么多，所以认为在多数情况下，阻力的差别在可以忽略 的范围内，本船舶阻力的计算采用回归公式的方法是满足一定的精度的。 在使用回归公式的方法进千计算时，是按水深傅汝德数为：0 5 、o 6 、0 7 、 0 7 5 等表格巾有的数值进行计算出c r ( i ) 的，然后再将各个水深傅汝德数换算 为相应的船舶航速计算 j 这些航速所对应的k s 值，使用阻力表达式求出这些航 速对应的阻力，再进行插值得到任意航速下的阻力。但是这个过程与使用计算机 计算船舶的推力时使用的航速有差别，计算推力的时候使用船舶航速为整数，而 不是整数的水深傅汝德数对应的航速，水深傅汝德数与船舶的航速和水深吃水比 有关，再进行换算时有一定的麻烦，为了使计算过程各种数据具有对应性，在计 算的过程中就直接计算出与推力对应的船舶阻力。另外，分析上面的表格后，可 以发现一些系数在不同的水深傅汝德数中的变化比较明显，甚至在0 2 以内差别 达到的1 0 0 倍以上的程度，而且这些数值并不是按一个规律变化的，j 其是a 先 变大，在减小，这样看来不在这里进行插值也是提供计算精度的一种办法。但是， 从阻力的最终表达式中，可以发现它是由三部分构成，相加的i 部分数量级一致， 而且c r ( i ) 的系数是1 0 ，这样如果在计算总阻力之前就把在与推力对应的航 速下的c r ( i ) 值确定，就可以使计算的误差减小，以提高计算的精度：另外， 计算后发现c r ( i ) 的值比较平滑，适合线性插值。确定了计算方法后，具体的 计算过程是：对于侮一个主尺度，计算出表格中的水深傅汝德数相应的c r ( i ) 值，再把与推力对应的航速下的c r ( i ) 用插值的方法求出，求出k s 后便可以 根据公式得出对应的阻力。 2 、接力 ( 1 ) 设计航速及系柱的情况 k = 0 5 1 4 4 ( 1 一，) m s j ：羔( n 为每秒转数) n d 由k a 4 - - 5 5 中k r l ( q t 图谱中查出k 。与k 。，则转矩 q = 掣( 埘髀) 推力： 惫争r ) ( k g f )k 。d 、 。 再将以e 所求数据代入式 天津大学硕士学位论文 第章船型论证 n = 6 0 v 若计算出的数与螺旋桨的实际转速相等，说明足符合要求的。茌：不等，则要 重新调整。桨设计航速v - 5 k n 代入式中，由此求出的是设计航速卜的推力，当 v = o 时的推力是系柱推力。 ( 2 ) 高于设汁航速的情况 这种情况f 假定转速为设计航速下的螺旋桨的转速不变，再去几组高于设计 航速的值，可按如下表进行计算： 序号项目单位数值 i航速 节 1 41 6 2 进速屹= 0 5 1 4 4 v ( 1 一w ) 米秒 5 7 8 36 6 0 9 3 进速系数j ：皇咝 0 5 9 60 6 8 1 n d 4群查图谱o 20 0 9 5推力减额t ( ) 1 7 5 0 1 7 5 6 推力z = z k ，p d 4 ”2 ( 1 一f ) 吨 4 7 5 62 1 3 9 ( 3 ) 低于设计航速的情况 这种情况f 假定转矩为设计航速下的转矩不变，再取几组低于设计航速的 值，可代入下表进行计算。 序号项目单位数值 l 进速系数j ：6 0 r , n d 2疋查图谱 3 查图谱 4 推力减额t 5 推扯z 惫争， k g f 6 相应转速s 。j - 面 辕f 分 节 7 相应速矿l w 1 d 0 5 1 4 4 6 0 ( 1 一w ) 正啦 厂怔 天津大学硕十学位论艾 第二章船型论汪 2 3 船型论证流程图 人津大学顽仁学位论文 第二章船型论让 2 4 确定主尺度 为： 由船型论t f 程序结果分析可确定出本船的主尺度，本船的主尺度最终确定 总长l = 7 2 8 8 米 垂线问长l p p = 6 4 1 4 米 型宽b = 1 4 5 0 米， 型深9 = 7 0 0 米， 吃水t = 5 7 0 米， 方形系数c b = o 5 6 排水量3 3 8 6 7t 载重量1 5 0 0 t 自由航速1 5 2 节， 服务航速8 o 节， 人津大学硕士学位论文 第三章犁线与总布置设计 第三章型线与总布置设计 船体型线设计和总布置是船舶总体设计的重要内容之一，对船舶的技术性能 和经济性有重大的影响。 船舶主要要素确定之后，型线设计常与总布置设计配合进行，以便综合处理 总体设计中总布置与型线之间的矛盾。型线设计时必须注意以f 几个方面： 第一，保证新船具有良好的航海性能； 第二，满足总布置的要求； 第三，考虑船体结构的合理性和施工、维修的方便。 而总布置设计一般分两步来进： 首先查研究和分析母型船资料的基础上，根据船的使用特点和技术任务书的 要求，先拟定一种能反映总布置大体轮廓和布局的草图。 然后据型线图的型值，具体详细地布置各类舱适合设备，绘制出正式图。 3 1 绘制横剖面面积曲线 横剖面面积曲线卜的面积相当于船的型排水体积v ，面积的丰满度系数等于 船的棱形系数c p ，面积形心的纵向位置，相当于船的浮心纵向位置x b ，曲线的 最大坐标值代表最大横剖面面积a m a x 。 由第一章确定出了本船的主尺度，接下来可绘制型线图。为了绘制型线图， 首先必须绘制横剖面面积曲线图以确定各站在满载水线以下的横剖面面积。 绘制横剖面面积曲线的资料，通常可以将优良船型修改得出，亦可以从己发 表的资料上求出。本船的设计采用的是泰勒标准船模系列的横剖面面积曲线。 按泰勒标准船模系列实验：结果可绘制出本船的横剖面面积曲线图。考虑到推进 效率，浮心位置最佳位置公式为 以= 3 ( o8 2 5 一) “3 - 4 l 对于本船，取水线面系数及中剖面系数与泰勒型船相同，即： c = 0 6 6 c m = 0 9 2 3 结合总布置，则 大滓大学硕士学位论文第三章型线与总柿置设计 g = 毒姐s z 然后对泰勒标准系列棱形系数在0 6 0 与0 6 4 之间进行插值，由此可得本船 的面积曲线坐标： 站号 2 01 91 81 7 1 615 1 4 坐标值o( ) 1 4 80 3 2 40 5 0 4 0 6 7 2 0 8 0 8 0 9 0 6 站号 1 31 2“ 1 0 987 坐标值 0 9 5 1o 9 9 1lll0 9 8 80 9 4 0 站号6543 240 坐标值0 8 9 80 7 9 7 0 6 6 9 0 4 9 2 o 3 15o 1 4 4o 浮心位置由公式可计算出为置= 一1 5 4 ，即在船中后1 6 4 处，利用迁移 法进行浮心改造。公式为： 5 x = 砂 其中： 6 ：b b o k b o b = 6 妫= o3 一k b o = 羔一o ， 则b = o 0 0 8 ，偏移量5 x = b y = o 0 0 8 y 再对横剖面面积曲线进行改造，可得本船实际横剖面曲线图。 3 2 设计满载水线 横剖面面积曲线决定以后，满载水线是最重要的问题。决定满载水线的主要 因素是满载水线面的面积、满载水线平行中段的长度、满载水线首尾端的形状及 满载水线首端的进角。其中，由公式 0 = 1 4 三二一o 1 2 豇 可以求出本船的半进角0 2 = 9 0 。当以上诸因素都确定以后，满载水线就初 具形状了。 天津大学硕士学位论文第三章犁线与总布置设计 3 3 设计横剖面草图 有了横剖面面积曲线及满载水线，在正式绘制型线图前就可以者手绘制横剖 面草图了。首先绘击舯剖面草到，然后绘制各站横剖面草图。 横剖面草图的绘制关系到最后设计的型线图，在横剖面草图中，要根据设计 要求确定舭部曲线，绘制各站横剖面时，要使站线与设计水线之间所围面积等于 该站横剖面面积，另一方面，要使绘制的隧道项线符合设计要求。 绘制横剖而草图是一个反复修改的过程，直至基本符合没计要求为止 3 4 基本型线图 根据以上基本要求，得到本船的基本型线图( 见附图l ：基本型线图) 3 5 总布置设计 3 5 1 主体内船舱的划分 ( 1 ) 机舱 对于船舶是纵流型线型拖船，由于尾部切去较多，机舱布置困难些，只好 靠舯前些；另外本船采用双机双桨，尾机型布置比较i 封难，但如果过分加长机舱， 又浪费舱容，所以考虑到以上两点，将机舱及主上层建筑前移，尾部保留一个货 舱，构成中尾机型。 ( 2 ) 船员舱 船员舱设置于前舱和主甲板上部，主要考虑船员舱应有良好自然通风、采光 等生活条件。 ( 3 ) 燃油舱、淡水舱 本船燃油舱设在机舱的两侧，淡水舱设在机舱的前面，设计时考虑到燃油、 淡水消耗后引起的纵倾，因此设置了调整首尾纵倾的压载。 ( 4 ) 甲板型式 天津人学硕士学位论文 第三章型线与总布置设计 本船是沿海供应船，所以设酋楼，以增大储备浮力，并可坐船员居室，油 漆间，灯具问或贮藏室的布置。 ( 5 ) 驾驶室 驾驶室应设在全船的最高处，且能看到船头及船尾，有良好的视线。一般设 在l 4 后。 ( 6 ) 通道布置 主甲板设有从一舷到另一舷的便捷通道，通道和梯道应能使船员尽快到达工 作地点，本船为近海供应船设有内部通道，使船员在外走道门关闭时，能有内 部通道到达及舱、船员室、驾驶舱和浴劂室等场所。 ( 7 ) 肋骨间距 根据本船的实际情况，具体确定水密横舱壁的位置，肋骨间距为5 4 0 r a m 。 3 5 1 主体内船舱的划分 上层建筑是指上甲板以上各种围蔽建筑物的统称。本船设有三层舱室。第一 层作为布置船员生活舱室、舵机舱及储物舱之用，第二层主要布置船长、高级船 员、厨房、餐厅等，第三层为驾驶室。 3 6 总布置图 按以上总布置的基本要求，结合多用途船的具体要求，得到了总布置图( 见 附图2 ：总布置图) ： 天津人学硕卜学位论文第四章作业功能研究 第四章作业功能研究 4 1 平台守护功能和营救作业功能 本船为海上钻井平台提供救助和守护服务时，以低速巡航于钻井平台附近海 面，随时听候平台呼唤。钻井平台发生事故或为钻井平台服务的其它船只遇难时， 本船可及时赶到现场进行紧急救助。 为保证本船具备出色的守护和救助能力采取了以下措施： 1 ) 优化全船线型特别是首侧推处和导管处线型，在船板上加设舵球，以减 小阻力保证本船在执行救助任务时航速大于1 6 k n ，以便及时赶赴灾难现场进行 救助。 2 ) 增设动力定位系统使本船具有i m o 定义的一级动力定位能力，增设动力 定位系统一方而可以减小守护作业时船员的劳动强度，提高了本船的自动化水 平。另一方面，j _ 以增加本船在恶劣海况时靠平台实施救助的安全性。在水深较大 无法抛锚定位时动力定位功能在对平台实施救助时显得尤为重要。 3 ) 增强钢质护舷材，在脂踞处增大橡胶护弦而积，并在水线上4 0 0 m m 处加 设一条基本贯穿整个船长的钢质护弦，这样可以减轻救助作业时遇难船对本船碰 撞造成的结构损伤。 另外在在主甲板中后部设置救生作业区，宽敞的甲板面积可方便地适用于直 升飞机提升绞车或石油平台吊篮营救人员和上下工作人员作业。在营救作业区两 舷外侧书写醒目标志“r e s c u e z o n e ”，悬挂救生攀登爬网( 作业时) 及软梯， 并配备搜寻海上落水人员的大功率探照灯三具，可方便海上落水飘浮人员的营救 工作。主甲板上的首楼内设医务室一间，配备钢质医务床、推抬两用抬架、药柜、 急救用氧气瓶等医疗器材和医用品，可无阻挡地接送伤病员及施行海上急救工 作。平台甲板上设置获救人员室，能搭载获救人员5 0 人，并在船员生活舱室内 能另外分散搭载获救人员5 0 人，为每一位获救人员提供张床位或一个座位， 并配备一件救生衣。 船上配有玻璃钢喷水推进高速救助工作艇( 航速 2 4 节) 一艘，可使海上 落水人员得到快速安全的营救。 在为海上石油平台提供守护服务时，能方便地通过对c p p 可调螺距螺旋桨 天津大学硕十学位论文第四章作业功能研究 的螺距调整控制，四台主机的合理匹配使用，使船舶以最低的经济成本，低速巡 航于海上石油平台附近海面，随r j 听从海上石油平台呼唤，主机能适应j 二长时问 低负荷运行要求。 为适应应急营救作q p 之要求，t 机配有保温和预润滑系统，保证动力设备住 3 分钟内能投入诈常运行，满足海上抢救任务快速出动的特殊要求。 为收集事故的第一手材料，船 ：还配备有摄像机、录像机、照相机、收录音 机等设备。 船上轴带发电机1 0 0 0 千瓦二台，主发电机2 3 5 千瓦二台，应急发电机1 1 0 千瓦台，使电站的总容量达2 5 8 0 千瓦，r 叮为海上救助、平台守护提供充足电 源动力。 船上驾驶宦空间和宽敞的主甲板3 8 3 平方米的场地，可以临时加装各种仪器 和设备，满足海上救助、打捞、测量、勘探、定位等各项海洋工程特殊任务之需 要。 4 2 全方位的供应功能 供应功能是奉船为海上平台服务的又一重要功能，供应能力的大小和品种的 多少是衡量这类船的主要技术经济指标。 本船可以为平台供应钻井物资和器材、燃油、淡水以及生活集装箱和生活物 资，可谓尽其所需。 本船载重系数大于0 5 ，无论是在载货自力上还是在供应物资种类上都达到 了( g b l l 5 8 5 8 9 中对多用途工作船的质量分级一级品的指标要求。 本船在增加供应能力方面采取了以下措施： 1 ) 上层建筑尽量向前布置以增大货甲板面积； 2 ) 优化挡货栏杆设计，减小栏杆直径减轻重量，降低高度以减少甲板积水 量。 3 ) 货甲板区域舷墙与主甲板脱空，