【4700DWT集散两用船新船主要参数的确定计算案例8000字】

4700DWT集散两用船新船主要参数的确定计算案例1母型信息与新船设计要求本次设计主要采用以母型船为参考的设计方法，因此在开始设计之前应对所掌握的母型船的各项数据和图纸进行分析和校核，从而进一步确定新船的设计要求。1.1母型船信息本次设计的母型船为“吨级近海集散两用船”1）船型该船为球鼻艏、方尾全焊接结构的钢质货船，设单层连续甲板、尾部设四层甲板室，采用单机、单桨流线型半悬挂单舵钮舵。2）主要尺度参数总长LOA两柱间长Lpp型宽B型深D设计吃水d（散货装载）定员人方形系数排水量集装箱箱数英尺标准集装箱共箱主机功率3）船舶航区及用途该船为近海集、散两用货船，航行于近海航区。该船主要用于运载集装箱及各类干杂货。4)航速及续航力该船船体水下部分无污底，深水平潮，风力不大于蒲氏风标四级及海浪不大于三级海况下，船舶处于满载（平均吃水），主机为额定转速时的试验航速不低于。该船续航力不小于海里，自持力不小于天。1.2新船的设计要求（1）载重量：；（2）设计航速：12.5节；（3）船员：14人；（4）航区航线：我国沿海近海航区；（5）续航力：海里；（6）船籍、船级：中国、CCS（中国船级社）；（7）船舶种类：以装载散货为主，兼装载集装箱的多用途船；（8）装载集装箱数：英尺标准集装箱箱。2确定新船主要参数本次设计的新船为集散两用船是典型的载运散货并兼运集装箱的多用途船，因此在本文中先通过考虑布置地位来确定主尺度，然后再考虑载重型地位确定出新船的主尺度。2.1进行布置地位的初始主尺度计算对于集装箱的布置，舱内集装箱布置于货舱开口范围内，由于还需装载散货，所以舱内不设置导轨架，甲板上焊有底座，以支撑并定位集装箱。根据集装箱布置规范以及参考母型船集装箱布置情况，新船舱口盖上设置层集装箱，船尾主甲板上增加层，设置层，为了满足驾驶盲区的要求船首货舱口盖上只设置层，船首主甲板上只设置层，宽度方向均设置列，船长方向总共设置行；舱内则考虑新船型深布置层集装箱，在船中处布置行列。由此，舱外甲板上布置个标准集装箱，具体布置如图1-1所示；新船舱内共布置个标准集装箱，具体布置如图1-2所示，总共个。图1-1新船舱外集装箱布置情况图1-2新船舱内集装箱布置情况设计船舶的舱内采用非标准货物的系固设备，在不影响结构强度的前提下，将眼板直接焊接在新船舱室内的双层底上。因舱室外的甲板上仅布置有两层集装箱，则不需要进行绑扎，并将甲板上集装箱的间距定为[3]。为了方便人员通行，在每两个集装箱之间设置的间隙。然后在这里首先假定选取了箱尺寸为的英尺标准集装箱，通过计算确定出新船在布置地位下的主尺度。1）船长根据集装箱数量，通过式（2-1）[3]计算：（2-1）式（2-1）中：—集装箱数量。可得：。2）型宽根据甲板上集装箱列数，通过式（2-2）[3]计算：（2-2）式（2-2）中：—英尺标准集装箱宽度（），这里取；—甲板上集装箱列数，这里取；—集装箱列与列之间的间距（），这里取。可得：。最终船宽的数值应尽可能接近该值，这样才能保证集装箱布置在甲板上能够尽可能地利用船的全宽。3）型深根据舱内集装箱层数，通过式（2-3）[3]计算：（2-3）式（2-3）中：—为双层底高度（），这里根据母型船选取；—为货舱内集装箱总高度（），这里根据前文集装箱的布置情况选取；—为内底距最下层集装箱的间隙（），由母型船取；—为集装箱顶与舱口盖板下缘的距离（），这里根据母型船选取；—为货舱口围板的高度（），根据母型船以及考虑甲板上两舷集装箱下人员通行，这里选取；—为上甲板梁拱（），一般选取B/50，则。可得：。上述为布置型地位对新船主尺度的要求，只要载重型地位对主尺度的要求大于上述值，设计船舶就能满足集装箱的装载设计要求。2.2进行载重地位的初始主尺度计算新船排水量和主尺度的确定可以通过母型参数进行换算。1）载重量系数与排水量母型船载重量系数通过式（2-4）[4]计算：（2-4）式（2-4）中，采用母型船和，其中，可得：母型船。根据本文采用的母型改造法可知，新船的载重量系数等于母型船载重系数[4]，即。因此新船的初始排水量通过式（2-4）计算得：。4）船长新船船长通过式（2-5）[4]近似公式计算：（2-5）可得：。5）船宽新船船宽通过式（2-6）[4]计算：（2-6）可得：。6）吃水新船吃水通过式（2-7）[4]计算：（2-7）可得：。7）型深新船型深通过式（2-8）[4]计算：（2-8）可得：。8）方形系数新船方形系数通过式（2-9）[4]计算：（2-9）式（2-9）中：—附体系数，根据母型船选取为；设计船舶的航区为近海航区，所以取。可得：。通过上述计算可以发现，满足考虑载重量的计算值均大于考虑布置地位的计算值。所以新船的主尺度初步选取为如表2-1所示：表2-1主尺度初步选取值2.3空船重量的估算本次设计采用平方模数法和立方模数法对新船的空船重量进行初步估算，其各公式中的系数由母型船的空船重量以及相应的统计公式进一步确定，从而得到较为准确的计算结果。由母型船确定各系数本设计的母型船为多用途船，多用途船的空船重量的统计公式如下式（2-10）[5]、（2-11）[3]、（2-12）[4]所示：船体钢料重量：（2-10）船体舾装重量：（2-11）机电设备重量：（2-12）式（2-10）中：。式（2-11）中：一般为式（2-12）中：一般为。由此可以估算出母型船空船重量的范围值：钢料重量：；舾装重量：；机电设备重量：；排水裕度：；空船重量为：。根据母型船资料可知，母型船的空船重量实际为。然后通过插值法。求得母型船钢料重量、舾装重量、机电设备重量的精确值:、、。初步估算新船空船重量的平方模数法和立方模数法如下式（2-13）[4]和(2-14)[4]、所示：船体钢料重量：（2-13）船体舾装重量：（2-14）机电设备重量的计算公式仍采用时（2-12），结合上文中母型船的钢料重量、舾装重量、机电设备重量的精准值即可计算出：、、。2）船体钢料重量新船的钢料重量可通过式（2-13）[4]进行计算，可得：。3）船体舾装重量新船的舾装重量可通过式（2-14）[4]进行计算，可得：。4）机电设备重量新船的舾装重量可通过式（2-12）[4]进行计算，其中新船可根据母型船海军系数法换算,,。可得：。排水量裕度为了弥补重量估算的误差以及重量的增加，通常在空船重量上加上一定的裕度作为排水量裕度。在这里取排水量裕度：。空船重量因此空船重量为：。2.4重力与浮力的平衡通过上文中的各项计算可知：，而新船要求的载重量为，则新船的总重量为，可知新船总重量比排水量大了，显然重力和浮力不平衡，则可以通过诺曼系数法进行修正，调整主尺度从而满足重力与浮力平衡要求。诺曼系数法诺曼系数可以通过式（2-15)[4]进行计算：(2-15)由于和对空船重量的影响最小，所以这里首先选择调整，则式（2-15）中:，，。可得：,，。修正后各主尺度变化：排水量：，吃水：，型宽：，方形系数：。再次估算空船重量主尺度和排水量改变后，空船重量也会相应改变，因此需要重新估算空船重量。按公式（2-12）～（2-14）计算结果如下表2-2所示：表2-2空船重量估算结果新船的总重量为，满足则可以认为重力和浮力基本平衡。主尺度的二次近似经过重力与浮力平衡后的主尺度如下表2-3所示：表2-3主尺度的第二次近似值2.5载重量的估算在对新船进行载重量的估算之前，首先需要确定新船的主机型号以及锅炉参数，这样才能进一步计算燃油储备量等部分的重量。2.5.1主机和锅炉的选择在上文节2.4中，为了估算机电设备的重量已经计算得到主机功率：。为了能够充分利用船舶舱容，运载集装箱的船舶一般都是尾机型[6]，参照集装箱船的主机选型特点，通过查询安庆中船采油机有限公司官方网站，选取品牌为ANQING-DAIHATSU,型号为6DKM-28e的柴油机作为设计船舶的主机，其主机功率为，与设计船舶比较接近。该主机参数如下表2-4所示：表2-4主机参数型号功率（）转速（）活塞行程（）缸径（）燃油消耗率[]DN8340ZC16对于以柴油机为主的干货船所产蒸汽仅用于燃料油等的加热以及生活用汽，因此现代船舶上一般仅设有一台蒸发量为的辅锅炉。查阅凯能科技官方网站，选取的锅炉如下表2-5所示：表2-5锅炉参数型号蒸发量工作压力水容量重量LSK0.5-0.72.5.2各重量的估算1）人员及行李新船设计定员为人，人员重量按每人，行李重量按每人计算：食物及淡水根据定员人数、自持力天数以及定量标准通过式（2-16）[4]进行计算：总储备量=自持力（）×人员数×定量（/（人））（2-16）式（2-16）中：自持力=（），为续航力（），为服务航速（）；定量标准按每人每天食物和淡水。可得：，。燃油燃油储备量根据主机功率、续航力、航速、主机耗油率等通过式（2-17）[5]进行计算：（2-17）式（2-17）中：—包括一切用途在内的耗油率()，通常为主机持续功率时的耗油率的（）倍，这里选取为；—主机持续功率（）；由2.5.1节中可知；—考虑风浪影响而引起航行时间增加的储备系数，通常为，这里选取为。可得：。滑油初步估算阶段，可直接将滑油储备量取为燃油储备量的某一百分数，通过式（2-18）[2]进行计算：（2-18）式（2-18）中：一般柴油机，根据母型船这里选取。可得：炉水炉水的储备量可通过式（2-19）[4]进行计算：（2-19）式（2-19）中：—锅炉额定蒸发量（），由2.5.1节可知选取的锅炉；—蒸汽漏失率，辅助锅炉可取为，这里选取为；—航行时间（），。可得：。备品、供应品重量备品和供应品的重量较小，一般可取为空船重量的（）[4]。这里结合母型船选取为,则备品、供应品的重量为。载重量估算结果将以上各项计算结果进行汇总，如下表2-4所示：表2-4载重量估算结果项目重量（）人员及行李食物淡水燃油滑油炉水备品供应品∑新船的设计要求载重量为，则载货量为：。2.6所需舱容的估算1)货舱横剖面设计由于设计船舶货舱需满足装载散货和集装箱的双重要求，这里根据母型船的典型横剖面图，采用双壳体大开口结构，采用抛物线形舭部。由母型船的船中横剖面图换算出新船舭部抛物线切点位置：，；舭部升高距离；龙骨半径，一般为船宽的，这里为。梁拱取为海船的标准梁拱[4]，即。新船的货舱横剖面设计图如下图2-3所示：图2-3货舱横剖面图经过CAD测量，货舱面积为。主船体总容积主船体总容积可通过式（2-20）[4]进行计算：(2-20)式（2-20）中：—计算到型深的方形系数，；—计入舷弧和梁拱的相当型深（），,其中,；—梁拱值。可得：。新船各舱室所需容积计算货舱货舱所需容积可通过式（2-21）[4]进行计算：（2-21）式（2-21）中：—货物的积载因素，该设计船舶运输散装干杂货，根据参考资料[7]这里选取为；—容积折扣系数，中部货舱的容积折扣系数一般为这里选取为。可得：。压载水舱在初始设计阶段，压载水所需容积可通过式（2-22）[4]进行计算：（2-22）式（2-22）中：—对于多用途运输船舶，一般为，这里选取为可得：机舱机舱所需的容积由机电设备布置地位所需的机舱长度和机舱的位置所决定的，可通过式（2-23）[7]进行计算：（2-23）式（2-23）中：—机舱段体积丰满系数，本设计船舶采用尾机型，则；—机舱长度（），由于设计船舶采用的是中速柴油机，设计船舶选取的柴油机长约，参考母型船为了能将燃油、炉水等放置于机舱内，这里选取为；—机舱双层底高度（），与货舱双层底高度相同为。可得：。油水舱船舶油水舱包括燃油舱、淡水舱、滑油舱、炉水舱等，这些舱室所需容积式根据储存量通过式（2-24）[4]和（2-25）[4]进行计算：（2-24）（2-25）式（2-25）中：—油水的密度（），这里取重油取为，轻油取为取，淡水取为；—为容积折扣系数，水舱取为，油舱再考虑膨胀系数，重油舱因加热管系还要占去的容积。燃油舱又分为轻油舱和重油舱，其中轻油占，重油占。可得：其他舱室其他舱室主要包括首尖舱、尾尖舱、隔离空舱等，这些舱室的容积约占总容积的，尾机型取小值[4]，所以这里取为。可得：。新船可提供的容积货舱货舱可提供容积可通过式（2-26）[4]进行计算：（2-26）式（2-26）中：—艏尖舱的长度（），根据母型船取为：[4]；—艉尖舱的长度（），根据母型船取为：[4]；—船中处货舱横剖面面积（），由图2-1集散两用船货舱横剖面设计图可知：；—系数，可通过下式进行计算：。可得：。双层底延伸至首尾的双层底藏容积可通过下式（2-27）[4]进行计算：（2-27）式（2-27）中：—双层底高度（）,由2.6节1）货舱横剖面设计可知：。可得：。2.7全船舱容的校核1）全船的容积校核上文2.6节已计算出各舱室所需的容积，则可以通过全船容量方程（2-28）[4]来进行舱容的校核：（2-28）式（2-28）中：—上甲板以上装货的容积，由于该方程需满足等于或大于，因此可先不计入该项。由上文2.6节3）新船各舱室所需容积计算可知，，则,可知满足全船容量方程，因此全船的容积校核满足。主船体初步分舱设计为了估算各舱室实际提供的容积，以便进行局部舱容的校核，需先绘制主船体初步分舱图，如下图2-4所示。详图可见附录A：集散两用船主船体初步分舱图。图2-2主船体初步分舱图参考母型船的分舱设计，为方便使用将淡水舱设置在尾尖舱上甲板下靠近上层建筑的两侧，其宽度为。将燃油舱分为重油舱和轻油舱，在安装了主机和辅机之后，机舱上部分往往会有空余，为了能将重油全部放置于机舱平台上，考略货舱有剩余的情况下加长机舱长度为，重油舱分为左右两个舱室，其宽度为；将轻油舱一部分放置于货舱下与双层底相邻，一部分放置于机舱下方，靠近货舱双层底处，左右两个舱室宽度为。由于滑油无需加热且需要与燃油舱，淡水舱等其他舱室隔开，故布置在机舱下方，位于船舶右侧一个舱室，其宽度为；炉水舱设置在滑油舱旁，宽度为。在船舶左侧滑油舱和炉水舱对称处设置污水井。货舱其余双层底均设置为压载水舱。此外为了便于浮态调整，在首尖舱处设置首压载水舱。局部舱容的校核在初步阶段进行局部舱容的校核时，舱容的估算一般采用局部的立方数法并参考母型船资料，但由于本次设计缺乏母型船舱室容积资料，故在计算油水舱等类似舱室的容积时，需粗略地乘以方形系数作为容积修正。货舱容积的校核根据主船体初步分舱图2-2，货舱实际容积为：由2.6节3）（1）可知货舱所需要的容积为：，货舱可提供的容积为,则,满足货舱舱容要求。机舱在进行分舱设计时，考略到机舱内的布局以及参考母型船的机舱设计，取消了机舱的双层底。则机舱的实际容积为：由2.6节3）（3）可知机舱所需要的容积为：，则，满足机舱舱容要求。双层底由主船体初步分舱图1-3可知，本设计船舶只有货舱区域设置了双层底。根据货舱横剖面图1-2经查询CAD可知，双层底横剖面面积为,则双层底实际容积为：由2.6节4）（2）可知，新船能够提供的双层底容积为：，则,满足双层底容积要求。油水舱由2.6节3）（4）油水舱所需容积可知：，，，。则各油水舱的容积校核如下：淡水舱：；炉水舱：；滑油舱：；燃油舱：。压载水舱由图1-2主船体初步分舱可知，压载水舱容积实际为：其中：在本节（3）已经计算：；，式中：为首压载舱的纵剖面面积，可由主船体分舱图1-2查询CAD得。由2.6节3）（2）可知，压载水舱所需要的容积为：，则,满足压载水舱容积要求。其他舱室由于在主船体初步分舱图中，已将燃油舱、滑油舱、炉水舱放置于机舱内部，因此这里其他舱室的实际容积为：由2.6节3）（5）可知：其他舱室所需要的容积为：，则,满足其他舱室容积要求。舱容校核结果新船舱容校核结果如下表2-5所示：表2-5舱容校核结果项目所需容积提供容积校核结果货舱5504.895517.57符合压载水1410.001428.01符合淡水31.4331.49符合燃油舱347.55351.11符合炉水13.4713.64符合滑油7.107.68符合机舱725.231380.72符合其他舱室180.44292.09符合总容积8220.11=sum(C2:C9)9022.09符合2.8全船各重量重心的估算空船空船重心高度可通过式（2-29）[4]～（2-32）[4]进行计算：空船重心高度：（2-29）主船体钢料重心高度：（2-30）舾装重心高度：（2-31）机电设备重心高度：（2-32）式（2-30）中：—系数，可通过下统计公式进行计算：；—计入舷弧和舱口围壁容积影响的相当型深（），初步设计前期粗略的取型深。式（2-31）中：—计入上层建筑影响的相当型深（），初步设计前期由于缺乏上层建筑资料，可粗略取为型深。可得：、、、。通过上诉方法算出来的重心高度低于实际值，对于稳性方面相当于作偏于安全的考虑。考虑重心的裕度，将新船重心取为:。人员、行李及食物人员、行李及食物的重心高度约为主甲板以上处：。淡水淡水的重心可以近似认为在舱室高度的中点，由主船体初步分舱图2-2可知：，剩时：。炉水、滑油炉水的重心可以近似认为在舱室高度的中点，由主船体初步分舱图2-2可知：，剩余时：。双层底内油水双层底内油水的重心高度可以近似取为双层底高度的：。燃油由主船体初步分舱图2-2可知，在舱室划分时将燃油分为了重油和轻油两个舱室。则其重量分别为：、。两个舱室的重心高度均可认为在舱室高度的中心，则燃油重心高度为：，剩余时：。备品、供应品备品及供应品放置在首尖舱的空舱内，近似认为其重心在舱室高度的中点，由主船体初步分舱图2-2可知：。压载水由2.7节3）（5）压载水舱容的校核可知：、。由于首尖舱处船体上满下瘦，所以重心必定会高于舱室高度一半，参考前面不规则舱室容积乘方形系数修正，这里艏压载舱的重心高近似取为。压载水一般为淡水，因此其重量直接用体积代替，则压载水重心高度为：货物货物的重心近似取为货舱横剖面的形心，根据CAD查询可知：。满载集装箱满载集装箱的重量根据设计船舶的载重量以及参考母型船，具体装载情况如下表2-6所示：表2-6满载集装箱装载情况项目数量（）单箱重量()重心（）舱内第一层舱内第二层（后舱）舱内第二层（其他）舱内第三层舱口盖第一层（后舱）舱口盖第一层（其他）舱口盖第二层（后舱）舱口盖第二层（其他）主甲板第一层主甲板第二层主甲板第三层总计根据表2-6可知：集装箱共载重，重心高度为。压载状态压载出港及到港的重量重心估算结果如下表2-7所示：表2-7压载状态的重量重心估算结果项目人员及行李食物淡水炉水燃油滑油备品供应品空船压载水散货集装箱总计满载散货状态满载散货出港及到港的重量重心估算结果如下表2-8所示：表2-8满载散货状态的重量重心估算结果项目人员及行李食物淡水炉水燃油滑油备品供应品空船压载水续表2-8项目散货集装箱总计满载集装箱状态满载散货出港及到港的重量重心估算结果如下表2-9所示：表2-9满载集装箱状态的重量重心估算结果项目人员及行李食物淡水炉水燃油滑油备品供应品空船压载水散货集装箱总计注：1.表2-7至表2-9中带上标的重量重心为到港状态，无上标的为出港状态，下同。2.在装载集装箱时，由于重心较高，一般需要加足够的压载水，以确保船舶的稳性。为了压低总的装载重心，这里加满了双层底内的压载水舱以及首压载舱。2.9稳性的校核在初始设计阶段，本文只对初稳性高进行校核，初稳性高可通过式（2-33）[4]进行计算：（2-