散货船设计计算书——船舶设计原理课程设计.docx

散货船设计计算书船舶设计原理课程设计 89700t散货船设计计算书 船舶设计原理课程设计 目录 第一章课程设计任务书及分析 (5) 1.1 船型、用途与航区 (5) 1.2 规范与法规 (5) 1.3 载重量与舱容 (5) 1.4 船舶主尺度限制 (5) 1.5 航速与续航力 (5) 1.6 总体其他性能 (6) 1.7 货舱与舱口盖 (6) 1.8 船员定额 (6) 1.9 主辅机及锅炉 (6) 1.10 其他设备 (6) 1.11 本章小结 (6) 第二章船型特征及分析 (7) 2.1 散货船用途 (7) 2.2 载重吨位 (7) 2.3 布置特点 (7) 2.4 货舱数量 (7) 2.5 积载因数 (7) 2.6 起货设备 (7) 2.7 货舱形式 (7) 2.8 本章小结 (8) 第三章新船主要要素选择 (8) 3.1 主尺度选择 (8) 3.1.1主要要素初步分析 (8) 3.1.2 排水量初步选择 (9) 3.1.3船长 (9) 3.1.4船宽 (9) 3.1.5方形系数和吃水 (9) 3.1.6型深D的初步选择 (10) 3.1.7主机初步选择 (10) 3.1.8主尺度小结 (10) 3.2重量估算 (11) 3.2.1空船重量估算 (11) 3.2.1.1主船体钢料重量 (11) 3.2.1.2上层建筑钢料及舱内设备重量 (11) 3.2.1.3舱口盖及舱口围板重量 (11) 3.2.1.4机电设备重量 (11) 3.2.1.5外舾装设备重量 (12) 3.2.1.6螺旋桨重量 (12) 3.2.1.7其他部分重量 (12) 3.2.1.8空船重量小结 (12) 3.2.2载重量与载货量 (12) 3.2.2.1人员、行李及食品 (12) 3.2.2.2备品及供应品 (12) 3.2.2.3淡水 (13) 3.2.2.4燃油 (13) 3.2.2.5滑油及污油水 (13) 3.2.2.6载货量 (13) 3.22.7载重量与载货量小结 (13) 3.3舱容初步计算与平衡（货舱段） (13) 3.3.1新船所需舱容 (13) 3.3.1.1货舱所需舱容 (13) 3.3.1.3油水舱舱容 (14) 3.3.2新船所能提供的舱容 (14) 3.3.3舱容计算小结及舱容平衡 (15) 3.4本章小结 (15) 第四章新船总布置设计 (16) 4.1主船体的区划 (16) 4.1.1 首尾尖舱 (17) 4.1.2机舱 (17) 4.1.3货舱 (17) 4.1.4双层底 (18) 4.1.5首楼 (18) 4.2货舱布置 (18) 4.3油水舱布置 (19) 4.3.1 压载舱布置 (19) 4.3.2 燃油舱布置 (20) 4.3.3 淡水舱布置 (20) 4.4生活和工作舱室布置 (20) 4.5舱容详细校核 (20) 4.6本章小结 (22) 第五章新船型线设计 (22) 5.1型线设计概述 (22) 5.2型线图及型值表 (22) 5.3本章小结 (22) 第六章性能计算 (23) 6.1 最小干舷计算 (23) 6.2 航速计算 (24) 6.2.1阻力计算 (24) 6.2.2航速估算 (26) 6.3 登记吨位计算 (29) 6.4 静水力性能计算 (31) 6.5 典型装载情况的浮态和稳性计算 (32) 6.5.2重量重心计算 (33) 6.5.3浮态计算 (36) 6.5.4完整稳性 (36) 第七章课程设计小结 (37) 7.1 船型、用途及航区 (38) 7.2 主尺度和船型系数 (38) 7.3 吨位、载重量及载货量 (38) 7.4 航速和续航力 (38) 7.5空船重量重心 (38) 7.6 舱容 (38) 7.7 轮机 (38) 7.8螺旋桨 (39) 7.9 船员人数 (39) 7.10总布置图和型线图 (39) 7.12课程设计体会 (39) 7.12致谢 (40) 第一章课程设计任务书及分析 1.1 船型、用途与航区 本船为钢质、单甲板、单机、单桨、尾机型散货船，设有首楼。本船主要用于载运煤炭、谷物和矿砂，也可载运钢材、木材等一般货。本船航区为国际无限航区。载重量不大于7.5 万吨级的散货船应满足通航巴拿马运河（第一、二船闸）的有关要求。根据1.3节可知，本船载重量为89700t，故不受巴拿马运河限制。 1.2 规范与法规 设计应满足下列规范和法规： 中国船级社（CCS）的钢质海船入级规范，包括规范中的关于“散货船结构”的相关要求； 中华人民共和国海事局船舶与海上设施法定检验规则中的“国际航行海船法定检验技术规则”。 1.3 载重量与舱容 根据学号5090109069，取后两位带入计算式： DW=69000+300*学号后两位，即 ， 故新船在满载吃水时的载重量为89700吨。 新船货舱散装容积的积载因数为1.26m3/t。 1.4 船舶主尺度限制 在本设计过程中，根据要求，由于载重量为89700吨，大于75000吨，故主尺度原则上不受巴拿马运河通航限制。 对于大吨位的船虽然没有过巴拿马运河（一、二号船闸）的限制，但仍然有港口码头等因素对散货船的主尺度的限制。故在选择主尺度时，应根据载重量的大小作具体分析，使船舶的适应性尽可能地广。 1.5 航速与续航力 (1) 航速 在满载吃水，主机连续运转工况CSR 下，考虑航海裕度15%时，服务航速不小于14.5 kn。 航海裕度SM（Sea margin）是考虑由于风浪和污底的影响所引起的阻力增加或推进性能下降的因素而给定的所需主机功率增加。对于国际航行的一般货船，SM 通常取10-15，本船任务书规定为15%。 课程设计中，根据选择的主尺度、船型系数、排水量和任务书要求的航速，经阻力估算后，需要选择适当的主机，然后通过推进效率的计算来检验航速是否满足要求。 (2) 续航力 续航力为24000 mile。 1.6 总体其他性能 (1) 稳性：本船完整稳性应满足法规对国际航行一般船舶的要求和对载运散装谷物货船的要求。 (2) 载重线：本船应满足国际载重线公约关于“B60”船的有关要求。 按“B-60”船核定载重线，显然应为最小干舷船，即本船的型深和满载吃水之间的关系要恰好（或基本恰好）符合“B-60”船的最小干舷。根据载重线公约的规定，采用“B-60”船干舷，须满足该公约规定的对“B-60”船的破舱稳性要求。 (3) 压载要求：本船应考虑无货压载状态的航海性能。压载舱的设置应满足“钢质海船入级规范”“散货船结构（CSR）”关于装载工况中“压载舱舱容和布置”的要求。压载舱的设置要注意防止压载状态船体过大的静水弯矩和剪力。此外，驾驶盲区应满足法规关于航行安全的“驾驶室可视范围”和巴拿马运河的要求。 (4) 本船应具有良好的操纵性能和适航性能，设计理念应符合绿色环保、节能减排的要求。 散货船存在较多的无货压载航行工况，设计的最佳方案是用较少的压载量，满足压载工况 浮态（包括符合驾驶视域）的要求，并使船舶的静水弯矩尽可能的小。压载舱的布置还应满足规范的要求。 1.7 货舱与舱口盖 货舱数量一般情况下为7 个。货舱和货舱口的设置应考虑尽可能有利于提高货物的装卸效率。 本船货舱区尽可能采用双舷侧结构，也可综合布置、舱容、结构强度和空船重量等因素，采用单、双混合型舷侧结构。 本船货舱盖采用侧移式舱口盖，各货舱舱口盖的长度尽可能一致。 本船不设起货设备。 1.8 船员定额 本船人员定额为28 人，其中干部船员11 人，普通船员15 人，其他人员2 人（船东代表和引水员各1 人）。 1.9 主辅机及锅炉 (1) 设低速柴油机主机一台，主机型号和功率根据航速要求选定。 (2) 设相同型号的柴油发电机组三台。 (3) 设燃油锅炉和废气锅炉各一台。 1.10 其他设备 本船舾装设备和其他机电设备按规范、法规和一般常规要求配备。 1.11 本章小结 课程设计根据任务书要求，对总体设计方案有一个全面、系统的分析，对设计过程中的矛盾和各种因素的相互影响做出必要的讨论和分析，对矛盾和问题提出解决的办法。 设计过程正确采用反馈和逐步近似的工作方法。在对设计技术任务书进行全面分析的基础上，对新船的设计方案必须有一个尽可能细致的构思，提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。 第二章船型特征及分析 2.1 散货船用途 散货船以运输大宗货物为主，主要有：煤、谷物、矿砂等，也可以装运木材、钢材、纸浆、重货等。本船以运输煤炭、谷物、矿砂为主。 2.2 载重吨位 通常，散货船是根据主要航线来区分载重吨位，46万吨级载重量的散货船称为灵便型（其中，56万吨级又称之为大灵便型）。通航于巴拿马运河第一、二船闸的巴拿马型散货船载重量为68万吨级，好望角型散货船载重量为13万吨20万吨。作为大宗货运输的散货船，因受到大型船舶经济性好的刺激，大型化是发展的一个趋势。 2.3 布置特点 散货船通常为单甲板、单机、单桨、尾机型船。为减小甲板上浪，保护舱口盖等甲板设施，增加船舶首部的储备浮力，IMO 和IACS 都提出要求散货船设置首楼。本船按任务书要求应设置首楼。设置首楼的不利之处是增加了驾驶盲区的长度和结构钢料重量。为减小设置首楼带来的不利因素，可适当减小首楼高度，但一般不小于载重线法规中要求的上层建筑标准高度。布置船员起居处所和工作处所的甲板室位于机舱上部。灵便型散货船甲板室层数通常为5层，巴拿马型和好望角型散货船通常为6 层。 2.4 货舱数量 货舱数量的确定需考虑使用要求、装卸效率、结构强度、规范要求、破舱稳性等因素，货舱数量多，增加了卸货时的清舱工作量，且不宜装载大件或长件。散货船的货舱数量一般按船长而定，单个货舱的长度一般不超过30m。 2.5 积载因数 散货船的积载因数视主要装载货物的种类不同有较大的差异，对装载轻货为主的船，积载因数可高达2.0m3/t。巴拿马型散货船对应满载吃水装载情况的积载因数一般只有1.23 1.28 m3/t。本船设计任务书要求为1.26 m3/t。 2.6 起货设备 中小型散货船为了能适应尽可能多的港口，大多设有甲板起重机，主要用于卸货。大型散货船和用于定线运输的散货船，一般不设起重机。 2.7 货舱形式 散货船针对主要装载散货的特点，为便于装卸，其货舱有其特定的结构形式，通常都设有顶边水舱和底边水舱。这种形状的好处是装货时能将货舱基本装满，减少平舱工作量，卸货时能减少清舱工作量。设置的顶边舱和底边舱可用于装载压载水，增加了压载量，并提高压载重心，可增加压载航行的首尾吃水和改善压载状态的横摇性能。 单舷侧结构顶边舱和底边舱之间的单舷侧部分是结构的薄弱点，加上此处舷侧外板上的构件均暴露在货舱内，在装卸货物作业中结构构件难免有被碰撞以及磨损、腐蚀等，导致散 货船由于结构强度的不足而发生海难事故。因此，国际海事组织和国际船级社协会曾要求强制推行双舷侧结构，并对此做了大量的工作。双舷侧结构的不利之处主要是损失了部分舱容，结构钢料重量也略有增加。双舷侧的不利因素影响到船舶的经济性，但从提高散货船安全性出发，双舷侧结构是有利的。 双舷侧散货船的边舱宽度对舱容影响较大，为减少双舷侧结构对舱容的不利影响，一般希望双舷侧宽度小些，但其最小宽度应满足规范对检验通道的要求。 考虑到单舷侧和双舷侧的利弊，也出现了采用混合式货舱结构，即一部分货舱采用双舷侧，另一部分货舱采用单舷侧。 2.8 本章小结 本章着重介绍了现阶段主流散货船的船型特征，从散货船用途、载重吨位、布置特点、货舱数量、积载因数、起货设备、货舱形式等角度进行总体把握和分析，从而为总体方案构思提供了参考的依据。 由于新船不再需要满足巴拿马运河船闸对于船体主尺度的要求，故不再对巴拿马型散货船做特殊介绍。 第三章新船主要要素选择 3.1 主尺度选择 3.1.1主要要素初步分析 一艘新船的设计，通常是从主要要素的选择开始，主要要素包括了主尺度和主要技术参数。主尺度涉及船舶的各项技术性能和经济性，是船舶设计中一项影响重大和决定性的工作。主尺度的选择必须满足基本技术要求： (1)重量和浮力是平衡的，即要求能正确估算空船重量； (2)舱容是足够的，即需要正确估算出新船所能提供的各种舱容； (3)主要性能是满足任务书要求的，要估算航速、评估操纵性等主要性能； (4)要满足法规相关内容的要求，例如最小干舷、完整稳性、破舱稳性等。 船长的选择，在满足限制条件下，一般首先从浮力、总布置（舱容和布置地位）、快速性这三个因素来考虑。对于载重型船舶，其中最基本的考虑因素是浮力，其次是快速性和布置地位。从经济性方面讲，船长对空船重量等造价因素影响敏感，船长选取短一些，可减轻空船重量，降低造价。 散货船属于载重型船舶，其运输的货物主要为低值货，航速要求不高，因此无论从使用要求还是经济性考虑，散货船的船型必定是一种低速肥大型船舶，在主尺度不受限制的情况下，船长和长宽比值应该选取小一点，船体丰满一些。 散货船的型深在满足最小干舷的前提下主要取决于舱容的要求。型深小量的变化对空船重量和航海性能影响都不大。 在积载因数大致相当时，新船所需舱容基本等同于载重量的变化，在船长、船宽 基本不变时，新船所能提供的舱容也就基本比例于型深的改变。 船舶的设计吃水是指夏季载重水线的吃水，也即为满载吃水。显然，在船舶设计中，满载吃水装载情况除须符合载重线法规以外，还应符合其他所有相关规范和法规的要求，如完整稳性、破舱稳性、结构强度等等，因为这些都与船舶的装载条件有关。 在一定的船长、船宽和吃水下，方形系数的选择主要关系到排水量和阻力等性能。增加方形系数对空船重量和造价影响极微，因此，现代散货船设计中，为了增加载重量，方形系 数的选取越来越大。但方形系数的增大对阻力性能影响很大，过大的方形系数也不利于操纵性能。因此，在取大方形系数的同时应采取相应的技术措施来弥补对性能的不利影响，例如在型线设计、推进装置、操纵装置等方面做细致的优化工作。 3.1.2 排水量初步选择 第一次粗估排水量用载重量系数，可用母型船数据进行估算。 一般对于同类型的船舶，主尺度越大，载重量系数也越大，因此，上式估算的排水量可能偏大，具体将在更进一步的设计中进行调整。 3.1.3船长 船长初步选择由母船资料换算，分别以75000t母船和115000t母船为参照求得船长： 由此可以判断，船长在230米左右。但由于船长越长，空船重量增加较多，故初步选择船长为229米。 3.1.4船宽 船宽的选择主要参照也是母型船资料。分别以75000t母船和115000t母船换算如下： 由于75000t母船的宽度受到巴拿马运河的限制，所以，以115000t母船换算所得的B比较合理。但是考虑到L/B的要求尽量不超过6，而太小的船宽又会对舱容有较大的影响，故综合考虑后，取船宽为38米。 3.1.5方形系数和吃水 方形系数的初步考虑从亚历山大公式出发，根据航速要求来估算。 式中C可根据母型船得到： 则 由于考虑到需满足平衡式： 计算得吃水： 考虑到吃水可能偏小，故适当减小方形系数来进行调整。 现取吃水为13.8m，此时由平衡式计算得方形系数，基本满足要求。由于方形系数的减小，也可略微提高阻力性能。 3.1.6型深D的初步选择 型深D的初步选择考虑用母型船进行换算。从货舱容积考虑，如果新船的货舱长度占船长的比例和货舱部位及结构形式与母型船的差别不大时，可用下式估算： 其中由于新船的载货量未知，所以用载重量DW近似代替W c。 分别用两艘母船计算得： 考虑到75000t母船受到巴拿马运河的限制，船宽较窄，型深较深，故估算出的新船型深也偏大，而115000t母船由于是单舷侧，而设计新船优先考虑双舷侧，故须在计算的基础上进行适当的调整。 综合其他各因素考虑后，现取型深。 3.1.7主机初步选择 根据母型船资料用海军系数法估算主机功率。 海军系数法中P一般为有效功率，但同类船地有效功率与机器功率的比值一般相差不大，故直接用母型船的主机最大持续功率进行换算，得到新船的最大持续功率： 考虑到新船和母型船相比，长宽比减小了，故阻力性能不如母型船，所以主机的功率需要再有适当的提高。由于所用设计软件FreeShip可以计算出主机的功率，故在后面的设计中将会得出新船的主机功率，从而进行调整和重新选型。 3.1.8主尺度小结 主尺度的选择可以参照母型船、经验公式、统计公式等。本传主要根据母型船进行粗估，结果如下： 实际上在估算的过程中，不可能一次成功，所有的数据都是根据后面重量重心估算和舱容校核的结果等，结合误差的大小以及可能产生误差的原因，一遍遍的修改得到。例如最初船宽选择了39m，型深19.6m，但是考虑到这样空船重量比较大，超出了所给的精度范围，故进行了重新调整。 3.2重量估算 3.2.1空船重量估算 空船重量可以以分类的形式进行估算，这样相对于将空船重量分为船体钢料重量、舾装重装以及机电设备重量更准确。根据母型船资料，现在将空船重量分为主船体重量、上层建筑钢料及舱内设备、舱口盖及舱口围板、机电设备、外舾装设备、螺旋桨以及其他部分重量共七部分。 3.2.1.1主船体钢料重量 主船体钢料重量的估算根据母型船，采用指数法进行计算。指数法考虑了各主尺度对于船体钢料重量影响程度的不同，从而计算结果更可靠。指数法计算结果如下： 式中：， 根据统计方法中，。 最终计算得： 3.2.1.2上层建筑钢料及舱内设备重量 上层建筑钢料及舱内设备重量的估算也采用指数法进行。 式中：， 根据统计方法中，。 最终计算得： 3.2.1.3舱口盖及舱口围板重量 舱口盖及舱口围板的重量依据舱口盖面积与母型船成比例的原则估算，即采用平方模数法。估算过程中假设舱口盖的长、宽分别与船长、船宽成比例，则计算如下： 3.2.1.4机电设备重量