9000DWT成品油船方案设计及结构计算毕业论文.doc

1 、课题名称及来源9000DWT成品油船方案设计及结构计算2 、课题内容1、外文翻译2、主尺度论证3、总布置图绘制4、型线图绘制5、典型横剖面图绘制6、结构设计计算书7、毕业设计论文3 、课题任务要求要求学生运用所学专业知识，完成整个毕业设计工作，具体包括：1、完成外文翻译2、总布置图、型线图和典型横剖面图绘制完工，递交纸质文件3、完成结构计算书4、完成毕业论文5、必须遵守校纪校规，按时完成各阶段工作4 、同组设计者无5 、主要参考文献参考文献1 中国船级社，散装运输液化气体船舶构造与设备规范，北京，人民交通出版社，20052 常会青，沿海成品油船船队规划研究，大连理工大学硕士学位论文，20063 丁健飞、宫菲菲、谢新连，油船运输市场现状与发展趋势，世界海运， 2005,28，6:27294 大连红旗造船厂油船三结合编写组编，油船，大连，国防工业出版社5 薛水清，沿海发展船型五万吨级肥大型油船， 武汉，武汉理工大学, 1979，3:16 朱汝敬、侯华伟，油船发展与油船市场趋势，船舶经济贸易，2005，6:3 7 方学智、刘厚森、刘增荣，船舶设计原理，武汉，华中理工大学出版社，19988 中国船级社，国内航行海船建造规范，北京，人民交通出版社，20069 纪卓尚，油船总体设计，大连，大连理工大学出版社，2004 10盛振邦、刘应中，船舶原理，上海，上海交通大学出版社，200311杨永祥、茆文玉、翁士纲，船体制图，哈尔滨，哈尔滨工程大学大学出版社,1995 指导教师签字_ 年 月 9000DWT成品油船方案设计及结构计算摘 要这次的任务主要是利用母船资料进行新的油船设计。并按要求绘制总布置图，型线图。接着再根据国内航行海船建造规范（2006）对船体进行结构计算并根据此计算以及之前绘制的总布置图和母船图纸绘制新船的典型横剖面图。在进行这次毕设的过程中，首先是了解相关的背景，介绍油船的发展现状和技术难题，以及中国油船的发展方向；然后根据母船资料以及相关公式确定主尺度，接着根据母船资料以及新船任务需求在主尺度的基础上进行总布置草图的设计，后两个主要部分则是利用母型改造法设计新船型线和根据规范进行结构计算以确定船体各个部分所选用的材料并依此计算结果进行新船的典型横剖面图的绘制。这些工作完成之后再对整个毕业设计进行总结以及致谢。关键词：油船设计，主尺度，总布置，型线图，结构计算9000DWT Tank Ship DesignAbstractThe main task is to use the mother ship date to make a new oil tanker design.And to draw its general arrangement and lines plan on request.Then give a discription of the component with the structural design codes of CCS.And draw the typical midship section plan on the basis of the above discription and plans.During this graduation design process the first part is to know the related background by introducing the development status quo of oil tankers, technical problems and the development direction of Chinese oil tankers.The next step is to determine the principal dimension based on the information of mother ship and relevant formula.Then according to the mother ship as well as the new boat mission requirements to design the general arrangement sketch on the basis of the principal dimension. The last 2 main parts are to design the lines plan of the new ship by the ways of mother ship transformation method and to determine the materials in various parts of the hull by structural calculations, according to which we can draw the typical midship section plan.After the above work I will have a conclusion about this graduation project and thanksgiving.Key words: Oil tanker design, Principal dimension, General arrangement, Lines plan, Structural calculations目 录摘 要IAbstractII一 选题背景11. 课题的来源与背景12. 课题的目的和意义13. 国内外基本概况24. 油船国内需求量分析35. 预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标，完成课题的方案及 主要措施3二 主尺度论证41. 排水量估算（载重量已知）42. 主尺度初步确定43. 选取主机54. 估算实际载货量55. 重量校核66. 重心估算77. 初稳性和横摇周期估算78. 小结8三 总布置设计91. 概述92. 总布置总体区划93. 上层建筑114主甲板平面图135. 纵倾调整13四 型线设计141. 概述142. 横剖面面积曲线143. 设计船型值的求取17五 船舶结构设计说明201. 概述202. 船舶要素203. 总纵强度214. 外板225. 甲板256. 双层底257. 双壳结构288. 甲板骨架299. 油舱槽形横舱壁与槽形纵舱壁3010.平面油密横舱壁3111.支柱3212.结构设计总结33总 结35致 谢36参考文献37一 选题背景1. 课题的来源与背景通常所称的油船，多数是指运输原油的船。而装运成品油的船， 称为成品油船。装运液态的天然气和石油气的船，称为液化气体船。油轮的载重量越大，运输成本越低。由于石油货源充足，装卸速度快，并且可以通过铺设在海上的石油管道来装卸,所以大型原油船可以不用靠码头,而只需要系浮筒来进行装卸作业。因为没有对码头水深的要求，所以油船可以建造得很大。近海油船的总载重量为30000吨左右；近洋油船的总载重量为60000吨左右；远洋的大油轮的总载重量为20万吨左右；超级油轮的总载重量为30万吨以上。最大的油轮已达到56万吨1。18世纪中期出现帆船散装运油，到19实际80年代（1886年）世界上建成载重量3000t的专用油船。最初，油船吨位比较小，直到第一、二次世界大战期间油船载重吨位一般在1000020000t.战后，油船曾一度迅速发展，其特征是吨位大型化、船型经济化、航速一般化、操作自动化。到1955年建成55000t油船，1968年建成了326000t油船，1973年建成了477000t油船，1976年进一步增大到550000t超大型的油船（ULCC）2以前油船都是单甲板、单底结构。因为货舱范围内破损后，货油浮在水面上，舱内不至于大量进水，故油船除了在机舱区域内设置双层底以外，货油舱区域一般不设置双层底。现在为了防止和减少油轮发生海损事故造成的污染，国际海事组织已经要求大型油轮必须设置双层底或双层船壳。现在新造的大型油轮均是双壳结构，大大减少了大型油轮的油污事故2。2. 课题的目的和意义在当今世界船舶保有量和订造船舶中，油船吨位站40%的份额，在我国进口原油海运量中，本国的承运量只有10%左右。这两组数字表明，对中国造船业来说，油船是十分重要的船类应当对油船的发展予以足够的重视。 从世界上看,需要大量从国外进口石油的国家都控制着相当强大的油船船队,以保证进口原油运输安全。如:日本原油需求完全依靠进口,年进口量5亿t以上,日本船东控制的大型油船吨位超过2000万载重吨,能满足进口石油80%以上的运输需求;韩国是世界上石油需求增长最快的国家之一,2001年原油进口量达1.17亿t,大部分炼油厂都有自己集团控制的油船船队,韩国船东控制的大型油船规模达660万载重吨,可以满足进口石油运输需求的30%以上;国外如埃克森- 美孚等大油商控股炼油厂,同时也控制着较大的油船船队,以保证其石油运输环节安全。同时由于石油货物具有易燃、易爆、膨胀、挥发、凝固及有毒等理化性质，油船的设计与其他船类的设计也有很多不同的地方3。3. 国内外基本概况石油海上运输出现于19世纪中叶。1861年，人们第一次用普通货船将桶装成品油从美国运到英国。25年后的1886年，英国船厂设计建造出世界第一艘3020载重吨的专用油船“Gluckallf号。进入20世纪，油船得到广泛应用。1906年世界油船保有量达到100万载重吨。此后油船规模迅速扩大，1935年，世界油船保有量增至1350万载重吨。二次大战后，特别是从20世纪60年代起，在油船大型化过程中，油船吨位急速增长，1977年12月达到3.36亿载重吨的最高记录。在上世纪70年代第一次石油危机和80年代第二次石油危机打击下，油船船队规模明显缩减，1988年减少至2.45亿载重吨。此后随着世界石油消费量增长和油运量增加，油船保有量缓慢回升。2005年7月，世界油船保有量升至33670万载重吨，达到1978年初时的历史最高记录。我国是石油资源极为丰富的国家，原油产量逐年大幅度增长，除通过地下管道和铁路运输外，由于我国炼油厂遍布全国各地，又有绵长的海岸线和可供航行的江河湖泊，以及游船运输本身的经济型，所以需要大批的各种类型的油船、油驳来运输。由于我国的港口、航道等情况复杂，现在，已因地制宜地设计和建造了不同吨位和类型的油船。同时，为适应我国石油工业的飞速发展，和支援世界革命、发展国际贸易的需要，在毛主席革命路线指引下，坚持“独立自主、自力更生”方针，根据我国的实际情况，将涉及和建造更多更好的较大吨位和特殊用途的各类油船，以促进我国国民经济的发展，加速将我国建设成一个全面实现农业、工业、国防、科学技术现代化的强大的社会主义国家4。船舶大型化在油船发展中表现最为突出，在第一、二次大战之间油船吨位一般为800017000载重吨。二次大战后，随着原油运输快速发展，单船吨位快速增加。上世纪50年代前期出现了3万载重吨级大型油船1965年出现了11.1万载重吨油船，1975年建造出了565万载重吨“海上巨人”号超大型油船这是迄今为止最大的运输船舶5。在油船大型化的同时近lO余年来阿美拉型和苏伊士型等中型油船得到更快发展。在1978年至2005年27年间油船总量增长374，但VLCC（超大型油船）型油船吨位由187亿载重吨减少至136亿载重吨，下降了27.3，而阿美拉型油船吨位由3440万载重吨增至6550万载重吨增长了904，同期苏伊士型油船吨位也增长了近30。此外，6万载重吨以下小型油船吨位也有所增长。中小型油船比重加大的主要原因是靠近消费地的阿拉斯加、北海、西非、加拿大、墨西哥和俄罗斯的石油产量增加较快，而中东的产量份额下降6。4. 油船国内需求量分析随着我国经济高速发展和对能源需求的急剧增长，我国对原有和成品油的需求量日益增加，由此直接促进了相关运输业的飞速发展。在各类运输中，毫无疑问，结合我国的地理特征，油船是最理想的选择。根据最近20年来的原油进出口数据来看的话，原油和成品油的进口量增快幅度显然是超出油船发展速度的很多倍的。从目前状况来看的话，我国已成为世界第二大石油进口国。可以预计，在未来相当长时间里，我国石油进口将继续保持快速上升势头。基于之前提到对原油和成品油的需求分析，可以很容易的发现，在未来相当长的一段时间里，我国对油船的需求也将会是大幅上升的，可谓前景一片光明。5. 预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标，完成课题的方案及 主要措施（1） 预计达到的目标运用所学专业知识，完成整个毕业设计工作，具体包括：完成外文翻译总布置图、型线图和典型横剖面图绘制完工，递交纸质文件完成结构计算书完成毕业论文（2） 关键理论和技术、技术指标，完成课题的方案及主要措施根据中国船级社（CCS）的国内航行海船建造规范（2006）、散装运输液化气体船舶构造与设备规范（2005）以及油船结构强度直接计算指南的要求，进行船舶的主尺度论证、型线图设计（横剖面面积曲线绘制，横剖线图绘制，水线图，纵剖线图绘制）、总布置图绘制（各层甲板布置图绘制，包括舱底布置图、主甲板布置、上层建筑甲板绘制）、基本结构计算书（按照主尺度确定构件主要尺寸，板厚等），最后依据基本结构计算书结果确定的构件尺寸绘制典型横剖面图。二 主尺度论证船舶的排水量、主要尺度以及船型系数统称为船舶主要要数。它们是描述船舶几何形状的一些最基本的特征数据。这些要素对船舶经济性能（如：快速性、稳性、耐波性、重量、容量、强度、总布置、经济性等）都有重大的影响，对船舶设计质量也起着决定性的作用。因此，合理地确定船舶主要要素，是船舶设计中最基本最重要的工作之一。1.排水量估算（载重量已知）利用载重量系数法估算根据资料，该油船dw可取0.657；载重量DW9000t。所以DW/dw =9000/0.65 =13846t2.主尺度初步确定（1）船长确定的原则：一、使用条件；二、总部置条件；三、快速性要求；四、操作性；五、适航行；六、经济船长：在总阻力较小的区域内（阻力曲线的平滑区）使造价最低，载重量最大，经济性最好的船长称为经济性船长。实船设计选取船长时，除主尺度限制条件必须满足外，往往着重考虑浮力、快速性、总布置和经济性。在确定船长时，满足布置要求和使用条件的情况下，尽量以快速性和经济性为主的最小船长。关于船长的选取可以用以下公式：LPP=LPP0(/0)1/3 ,其中Lpp0为母船长，0为母船排水量取为18462t,得LPP=114m.（2）船宽的决定一般原则：一、使用条件（船闸、桥孔、运河的限制、建造厂的船台船坞限制），二、布置要求；三、稳性要求；四、适航性；五、快速性（B/T增加，阻力增加）；六、经济性（B/T增加，阻力增加，主机马力提高；满足总强度要求，甲板、船底板加厚，钢材重量增加）。选取船宽时除必须满足主尺度限制条件必须满足外，往往着重考虑初稳性、总布置和浮力。在满足使用布置要求的前提下，以稳性和适航性为主。关于船宽的公式可以选取一下公式B=B0(/0)1/3,其中B0为母船宽。得到B=20m.（3）吃水的确定：对于池水的，由于设计船与母船航速跟载重量差距不大，可以暂时假定两人的Cb相同，可以按一下公式确定：T=T(/0)1/3,得到T=6.8m.（4）型深的确定当Lpp160m时，D=D0(LPP/LPP0)5/3,带入数据之后可以得到D=9.0m.（5）方形系数通常可以根据亚历山大公式来求Cb8，也就是Cb=1.08-1.68Fr,其中取航速为14节，则Fr值为0.215则有Cb=0.723.选取主机根据适用于油船的瓦特生近似估算公式7：P=0.7722/3v340-L/61+400(K-1)2-12Cb/(15000-1.81NL0.5)式中，K= Cb+1.68Fr(Fr为对应于试航速度的傅氏数)，Cb0.72，Fr为0.215；N螺旋桨转速（r/min）,一般为520 r/min；P所需主机功率（kW）；L用LPP计算。代入数值计算得P=4200（kW）。考虑到一定的储备裕量，故选取8PC2-6型柴油机，其额定功率为4400 kW。4.估算实际载货量（1）人员及行李、淡水、食品人员的重量按每人平均65kg重计算，船员行李按每人携带65kg重量，则总重量（6565）24(kg)3.12t。食品及淡水总储备量自给力人员数定量自给力=续航力/(24服务航速)6000/（2414）17.8（d），按18（d）计算。其中食品包括粮食、蔬菜及肉类，按每人每天4kg；淡水包括饮用水和洗涤用水，按每人每天86kg。则总重量1824（486）kg38.88t （2） 燃油、滑油及炉水（炉水可以不用考虑）燃油重量，根据主机功率、续航力、航速、耗油率等计算，其公式为： 其中，g0包括一切用途在内的耗油率（kg/(kWh)）,通常取主机持续服务功率Ps时耗油率gr的1.101.15倍。由于8PC2-6型柴油机的耗油率约为0.21 kg/（kWh），则取g0为0.24 kg/（kWh）；Ps主机持续功率（kW），设计船主机为4400kW；R续航力（n mile或km），设计船为6000n mile；vs服务航速（kn或km/h），设计船为14kn；k考虑风浪影响而引起航行时间增加的储备系数，通常1.11.20，现取为1.13。 代入数据得W0450t滑油重量，由于船上润滑油备量少，在初始设计阶段，滑油储备量可取为燃油总量的某一百分数，柴油机船一般取35，故设计船的滑油重量可取为13.5t。（3） 备品及供应品备品及供应品的重量不大，通常取为（0.51.0%）LW。设计船的LW=-DW1384690004846t，则备品及供应品重量可取为38t。（4） 载货量载重量以上各项，代入数据得8456t。5.重量校核 根据资料，按空船重量与满载排水量之比的方法来检验7。 中、小型油船的空船重量与满载排水量之比可以取为0.35左右。 此处LW=DW4846 t ； 则LW/=0.35 ,符合要求。（1）钢料重量Wh有Wh/LW0.540.63，现取0.60，则Wh =0.60 LW0.6048462907.6t考虑2.4的裕度，Wh2977.4 t（2）舾装重量 有Wf /LW0.230.35，现取0.32，则Wf= 0.32 LW =0.3248461550.7 t考虑5的裕度，Wf1628.2t（3）机电重量根据统计公式，Wm 9.38（P/n）0.340.68P0.7 2 其中，P为主机功率（kW），n为主机转速（r/min） 8PC2-6型柴油机，其额定功率为4400kW，主机转速为520r/min。则代入计算Wm 225 t考虑5的裕度，Wm236 t（4）空船重量LWLW=Wh+Wf+Wm= 4345+2376+2254841.6 t（5 ) 载重量DW=9000 t （6） 排水量= LW+ DW4841.6+900013841.6 t;从上面可知，13841.6与13846相差较小，故可直接选用初估排水量13846t。6. 重心估算（1） 空船重心高度zg1通常假定zg1正比于型深D，即： zg1 1D 1系数，据资料取0.56。则 zg1 0.569.05.0m （2） 空船重心纵向位置xg1粗略的估算x g1 ，常采用正比于船长L，即： x g1L 比例系数，取0.08。则 x g10.081149.12m7. 初稳性和横摇周期估算（1） 初稳性高 GM =a1T+a2B2/T-a3D 式中，a1=1/3(2.5- Cb / Cw)； a2 = Cw2/ 11.4Cb；a3 由资料取为0.55。 Cb 0.72，Cw 是水线面系数，为0.87。 计算得 a1=0.199 a2=0.092则 GM=0.1996.8 +0.092 400 /6.8 0.559.0=1.8m；（2） 横摇周期T0 由经验公式T0=CB/GM1/2 ； C为系数，取0.80。 T0=0.820/1.81/2 s=11.8s8. 小结总 长 120.0m 型 深 9.0m 水线面系数 0.87垂线间长 114.0m 吃 水 6.8m 航 速 14kn水 线 长 116.5m 排水量 13846 t 主机 功率 4400kW型 宽 20.0m 方形系数 0.72 初 稳 性高 1.8m三 总布置设计参考母型船是12000DWT成品油船。根据中国船级社钢质海船入级规范（2006）和IACS双壳油船共同结构规范（2006）进行设计。1. 概述根据规范以及船舶设计原理第八章可知1：总布置设计基本原则：（1）最大限度的提高船舶的使用效能；（2）保证船舶的航行性能；（3）满足各有关规范、规则及公约的要求；（4）便于建造、检查、维修及设备的更换，船上各处所应有良好的可达性；（5）舱室布置时，要努力改善船员与旅客的工作和生活条件；（6）在经济适用的前提下，注意外部造型与内部装潢，给人美感。总布置设计的主要工作内容：（1）主船体与上层建筑的总体区划；（2）纵倾调整；（3）梯口与通道的规划，舱室布置；（4）舾装设备的选型与布置。2.总布置总体区划（1） 纵向区划8一般船主体沿L方向由水密横舱壁划分为首尖舱、货舱、机舱与尾尖舱。水密横舱壁的数目和位置，结合规范与总体布置要求确定。由于横舱壁必须置于肋位上，所以首先要确定全船肋骨间距并定肋位。1） 肋骨间距 按钢质海船入级规范（2006）标准肋骨间距Sb=0.0016L+0.5=0.686m由于所设计船舶为9000dwt,属于中小型船舶，可取