海上货物运输 二、船舶稳性

海上货物运输,船舶稳性,海上货物运输课题组2009年2月,目录,1.教学要求2.教学内容3.总结,教学要求,1.掌握船舶稳性的概念、分类及其与船舶平衡的关系。2.掌握船舶初稳性的概念、三个假定条件和基本计算方法。,教学要求,3.了解船舶稳心和各载荷重心的确定方法；掌握货物移动、载荷增减、货物悬挂和自由液面对船舶初稳性的影响。4.掌握大倾角稳性的概念；了解求取船舶复原力臂的三种方法；掌握自由液面对船舶大倾角稳性的影响。,教学要求,5.理解静稳性曲线图的形状与特征；掌握静稳性曲线的稳性特性参数的含义；了解影响静稳性曲线的主要因素。6.理解船舶动稳性的基本概念；理解动平衡(角)、极限动平衡角、最小倾覆力矩的意义。,教学要求,7.掌握国际海事组织(IMO)及我国法定规则对普通货船完整稳性的基本要求。8.了解船舶临界稳性高度和极限重心高度的概念。9.掌握船舶适度稳性的范围以及船舶获得适度稳性的方法。,教学要求,10.了解船舶稳性资料的运用方法。11.掌握横摇周期的概念、计算及其与船舶初稳性高度的关系。12.掌握根据观察在横倾力作用下产生的船舶横倾角大小判断初稳性的方法。,教学要求,13.了解稳性不足时应采取的应急措施。14.掌握调整船舶稳性的两种方法及其计算。15.掌握调整船舶初始横倾角的方法及其计算。,教学内容：目录,一、船舶稳性的基本概念二、船舶初稳性三、船舶大倾角稳性四、船舶动稳性五、对船舶稳性的要求六、船舶稳性的检验与调整,一、船舶稳性的基本概念,1.船舶稳性Ships Stability 船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后回到原来平衡位置的能力,一、船舶稳性的基本概念,2.船舶稳性分类, 横稳性Transverse stability 倾斜轴：纵向轴(X轴) 纵稳性Longitudinal stability 倾斜轴：横向轴(Y轴),一、船舶稳性的基本概念, 初稳性Initial stability 1015 大倾角稳性Stability at large of inclination 1015,一、船舶稳性的基本概念, 静稳性Statical stability 倾斜力矩与复原力矩平衡，不计及角加速度和惯性的稳性 动稳性Dynamical stability 倾斜力矩所做的功与复原力矩所做的功平衡，计及角加速度和惯性的稳性,一、船舶稳性的基本概念, 完整稳性Intact stability 船体外壳完整条件下的稳性 破舱稳性Damage stability 船体外壳破损导致船舱进水时的稳性,一、船舶稳性的基本概念,3.船舶的三种平衡状态,稳定平衡,不稳定平衡,随遇平衡,M,M,M,M点在G点上方复原力矩MR为正值,M点在G点下方复原力矩MR为负值,M点和G点重合复原力矩MR为0,一、船舶稳性的基本概念,4.稳性的影响因素 船体几何形状：船宽及船体外部形状 船舶重心高度：货物重量上下分布状况,二、船舶初稳性,1.船舶初稳性的特征1).初稳性Initial stability 船舶作小角度(1015)倾斜时的稳性,M,二、船舶初稳性,X轴,漂心,2).初稳性的特点(即三个假设条件), 漂心假设不动，倾斜轴X轴通过初始水线面面积中心(漂心F), 等体积倾斜，V1=V2, 稳心M位置固定不变，浮心B沿着以M为圆心、B0M为半径的圆弧轨迹移动,B,大倾角,二、船舶初稳性,M,B1,G1,2.初稳性的表示 MR=GZ GZ=GMsin(假设M点不动) MR=GMsin，复原力矩MR与GM成正比 初稳性高度GM是衡量初稳性大小的基本标志,B0,G2,G3,Z1,Z2,Z3,二、船舶初稳性,复原(回复)力矩与外力矩的平衡,二、船舶初稳性,3.初稳性高度的基本计算方法,2)求取KM：,方法1：以dm查静水力曲线图方法2：KM=KB0+B0MKB0查静水力曲线图，,1) GMKMKG,二、船舶初稳性,3)求取KG：, 求取载荷KGi：方法1：估算法，对船中部舱，KGi取0.5货高；对船首尾部舱，KGi取0.540.58货高,二、船舶初稳性, 估算法示意,8,4.6,10,5,KG,KG0,满舱,二、船舶初稳性,方法2：查舱容曲线图,舱容中心距基线高度(m),A,B,使用方法：例：包装舱容2700 m3，查该货物表面距基线高度及该货物舱容中心距基线高度。,5.2,8.6,二、船舶初稳性,方法3：舱内货物合重心法 为简化计算，将舱内多票货物视为一种货物，将其总体积中心作为该舱货物的计算中心；如果货物满舱，则取舱容中心作为该舱货物计算中心。 该方法所求得的GM值比实际值小，偏于安全。,二、船舶初稳性,例题：某轮空船排水量为5000t，装货10000t，燃油1500t，淡水300t，备品10t，船舶常数180t，装载后全船垂向总力矩136600.0tm，KM=8.80m，装货后船舶的初稳性高度值GM为多少米？,二、船舶初稳性,例题：某轮某底舱货舱容积为2710m3，双层底高1.48m，舱高7.32m，计划配装两种货物：下层,焦宝石1000t(SF=0.74m3/t)，上层花生果500t (SF=3.28 m3/t)，则该舱的重心高度为多少米？,二、船舶初稳性,例题：某船空船排水量为1800t，空船重心距基线高为5.6m，船舶载荷重量(包括货物、油水和其他重量)为6000t，其重心距基线高度为3.8m，已知船舶浮心距基线高为2.8m，横稳心半径为2.1m，求该轮的初稳性高度GM。,m,二、船舶初稳性,4.自由液面对初稳性高度的影响及计算1)自由液面(Free Surface)的概念,g0,g1,2)液体重心运动轨迹,l,二、船舶初稳性,3)公式推导,LiX / V,MRGMsinVLsin,4)船舶新的初稳性高度,二、船舶初稳性,5)惯性矩iX求取,L,b,b1,b2,等腰三角形：,等腰梯形：,矩形：,直角三角形：,二、船舶初稳性,6)减小自由液面对稳性影响的措施：在舱柜中间设置水密纵向隔板：将货舱沿船宽方向分隔n等份后，液舱应尽可能装满或空舱油水舱用完后逐个换舱；,二、船舶初稳性,合理安排使用压载水，避免出现未满舱；保持甲板排水孔畅通。,5.少量载荷变动对初稳性高度的影响及计算1)货物垂向移动 平行力移动原理,G1,二、船舶初稳性,排水量(吃水)不变,KM不变, 货物垂向移动,g1,g2,Z,M点不动,GMG0G1,P,M,二、船舶初稳性, 轻、重货等体积对调(货舱装满时) PHPLP PHSFHPLSFL0,二、船舶初稳性,例题：某船=12000t，若垂向移货400t，移动前后的货物重心高度分别为15.0m和7.0m， 则GM的改变量为多少米？,G1,G0,KG,二、船舶初稳性,2)少量载荷改变 前提条件：载荷变动较小，,PS,四、船舶动稳性, 动态力矩作用下的船舶运动 受外力作用后将在静倾角S周围作周期性运动，在水和空气阻尼作用下，最终停止在S处,阻尼作用,四、船舶动稳性,2)动稳性的表示：, 动稳性力臂：, 用动稳性力矩AR或动稳性力臂ld表示,四、船舶动稳性,2.最小倾覆力矩Mhmin，Minimum Capsizing Moment,四、船舶动稳性,1)最小倾覆力矩Mhmin： 动稳性的衡量指标 Mhmin须经船舶横摇角1和进水角f修正2)极限动倾角dmax3)船舶不致倾覆的条件：Mh2，smax可减小 20(B/D2)(K1) () 其中：当B2.5D时，B2.5D； 当K1.5时，K1.5, 对国际航行货船，满足IMO船舶完整稳性规则的规定,五、对船舶稳性的要求,3.最小许用初稳性高度和最大许用重心高度 各装载状态下，船舶稳性应满足GM、GZmax、smax、K的4项要求。为了简化，法定规则规定，船舶设计部门应为船舶提供GMC、KGC。,五、对船舶稳性的要求,1)最小许用初稳性高度GMC(又称临界稳性高度) 概念：满足各项稳性要求下的GM最小值 要求：船舶实际装载后，GMGMC，表示船舶稳性已满足规范规定的各项衡准指标,五、对船舶稳性的要求, 许用初稳性高度曲线,五、对船舶稳性的要求,2)最大许用重心高度KGC(又称极限重心高度) 概念：满足各项稳性要求下，KG的极限值(最大值) 要求：船舶实际装载后，KGKGC，表示船舶稳性已满足规范规定的各项衡准指标,五、对船舶稳性的要求, 许用重心高度曲线,五、对船舶稳性的要求, 某船最小许用初稳性高度及许用重心高度,五、对船舶稳性的要求,4.船舶适度稳性的范围及获取方法1)适度的稳性：指船舶稳性高度足够可靠又不过大。2)船舶适度稳性的确定 对船舶稳性最低要求： GMGMCCh，或KGKGCCh 安全余量Ch可取0.150.20m,五、对船舶稳性的要求, 对船舶稳性过大限制：GMGMT9S 综上所述： GMCChGMGMT9S,五、对船舶稳性的要求,3)获取船舶适当稳性的经验介绍 具有二层甲板时，二层舱35% ，底舱65%；, 有甲板货时，底舱仍65%，二层舱25%，甲板10%，且甲板堆高不宜超过1/5-1/6B,五、对船舶稳性的要求, 具有三层甲板时，底舱55%，下二层舱25%，上二层舱20%,五、对船舶稳性的要求,5.船舶稳性资料及其应用 IMO要求：船舶稳性手册；法定规则要求：“稳性报告书”(stability Report)或“装载手册”(Loading Manual),五、对船舶稳性的要求,1)“稳性报告书”或“装载手册”的主要内容：船舶主要参数：船舶主尺度、船舶载重性能参数、船舶容积吨基本装载情况稳性总结表 对一般货船，基本装载情况包括：满载出港、满载到港、空船压载出港和空船压载到港,五、对船舶稳性的要求, 假定：出港时油水装满为100，到港时油水剩余10%，舱内货物重量均匀分布，重心取在容积中心处 总结表主要内容：装载状况、DW、压载舱名称、dF、dA、GM、GZ30、K、smax、T、稳性是否合格、备注等。,基本装载情况总结表,五、对船舶稳性的要求,主要使用说明各种基本装载情况稳性计算液舱自由液面惯性矩表及初稳性高度修正说明进水角位置及进水角曲线许用重心高度曲线图或最小许用初稳性高度曲线图,五、对船舶稳性的要求,其他： 船舶静水力参数、各类舱舱容及其中心坐标、风压倾侧力臂、吃水差表尺、横摇周期与GM的关系曲线、稳性横交参数、邦金(戎)参数等资料。,五、对船舶稳性的要求,2)“稳性报告书”或“装载手册”的应用了解和掌握船舶稳性的整体状况核算船舶实际装载状态下的稳性 情况1：实际装载状况与报告书或手册中某一基本装载情况大致相同 情况2：实际装载状况与报告书或手册中的基本装载状况不相同,五、对船舶稳性的要求,校核船舶的摇摆性： GMGMT9s,六、船舶稳性的检验与调整,(一)船舶稳性的观察判断方法1.根据实测横摇周期检验初稳性(适合航行中)1)横摇周期T概念2)实测方法：用秒表实测510个横摇周期，求其平均值,六、船舶稳性的检验与调整,3)T与GM的关系, 我国法定规则：, IMO经验公式(LBP70m)：, 在测出横摇周期后：,六、船舶稳性的检验与调整,例题：某轮船宽20m，装载后测得=19486t，MZ=158472tm，KM=8.85m，横摇周期系数f=1.0，自由液面对GM的修正值为0.12m。则其横摇周期为多少秒？例题：某轮船宽20m，装载后测得其横摇周期为17s，横摇周期系数f= 0.8，则其GM为多少米？,六、船舶稳性的检验与调整,2.左右舷移动载荷检验稳性(适用停泊时),六、船舶稳性的检验与调整, 测量方法：左右舷移动载荷或一舷吊杆同时起吊货物 产生一个横倾角 平行力移动原理： PYG0G1GMtan,六、船舶稳性的检验与调整,3.通过观察现象判断船舶初稳性的方法及改善方法1)船舶初稳性不足时的征状及可采取的应急措施2)船舶稳性过大时的征状及可采取的应急措施,六、船舶稳性的检验与调整,(二)船舶稳性的调整1.垂向移动载荷进行调整, GM：需要调整的初稳性高度, 当货舱满舱时，可通过轻、重货等体积对调舱位来调整,六、船舶稳性的检验与调整,例题：某船某航次排水量=18000t ,GM=0.7m, 若要求GM=1.0m，则应从二层舱向底舱移动货物多少吨？(已知移动距离为6m,船舶未满载满舱),六、船舶稳性的检验与调整,2.增减载荷进行调整, GM：需要调整的初稳性高