8200DWT近海成品油船方案设计.doc

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1、2船舶主要要素确定2.1排水量初步估算对油船这种载重型船舶，随变化有相对稳定的范围，因此通常用载重量系数法估算初始排水量。设计船舶之前先把母型船有关参数列出，见表2.1。表2.1 母型船数据项目数值载重量（t）12000载重量系数0.736总长（m）134.85设计水线长（m）129垂线间长（m）126型宽（m）22型深（m）10.6设计吃水（m）7.457型排水体积（m3）15811.45排水量（t）16304方型系数0.761水线面系数0.885中横剖面系数0.989棱形系数0.769K1=L/B5.727K2=B/d2.9502.1.1选取载重量系数1采用708研究所常用的载重量系数估算

2、（船舶设计实用手册1） (2.1)其中：K系数，对采用50%以上高强度钢的大型或超大型油船K=1.011.03，对浅吃水船型（B/T3.5）K=0.90.95；对DW=1000050000t(纵舯剖面上无纵舱壁)的船K=1.01.02。2以12000DWT成品油船为母型船，其载重量系数，考虑中小型油船的载重量系数范围是0.60.75（船舶设计原理221页），综上，本设计船的载重量系数取自母型船，。2.1.2排水量初步估算 (2.2)2.2初步拟定主尺度及方形系数参考母型船，相关资料及经验公式，同时考虑结构和布置的要求，初步拟定主尺度。2.2.1主尺度比法选择出L/B=K1，B/d=K2及方形系

3、数，已知排水量后，就可应用浮性方程算出L，B，d。 (2.3)其中：海水密度，取1.025t/cm3；k附体系数，取1.006；K1，K2，取自母型船，型深初步按母型船D0/L0换算，即D=L(D0/L0)。初定主尺度为：=111.172m，B=19.411m，d=6.579m，D=9.353m，=0.761。2.2.2统计法由文献油船总体设计3介绍的主尺度统计公式计算：DW10000t的油船：L=5.7DW1/3，B=0.91DW1/3，d=0.78DW0.25，D=1.29DW0.25-2.5。初定主尺度为：=114.942m，B=18.35m，d=7.442m，D=9.776m，=0.6

4、9。2.2.3其他船舶资料参照查阅的几艘与设计船载重量相近船型资料4，见表2.2。表2.2 与设计船载重量相近船的主尺度项目数值载重量55006500700089009000100001200012500Lpp108.8(总长)94110115117.6(总长)116126145.3(总长)B16.261817.6181920.42220.8d5.4366.86.87.587.457D8.39.69.59.21011.310.611.2本船是成品油运输船舶，设计时应注意降低造价和消耗，提高运输能力，提高其经济性。因此，应该适当的减小船长增大型深，以降低船体钢料重量，降低造价5。 综合考虑各种因

5、素的影响，最后初步拟定主尺度为：=112m，B=18m，d=7m，D=10m，=0.765。2.3初选主机用海军系数法估算设计船所需的主机额定功率。由母型船的相关资料得海军系数： (2.4)设计船的设计航速为V=13.5kn，设计船与母型船的海军系数相等，则设计船需要的主机功率为： (2.5)查相关资料初选主机型号为：MAN-B&W 5S35MC，额定功率3700kW，转速173rpm，耗油率178g/kWh。2.4空船重量估算由船舶设计实用手册1介绍的推荐公式进行整体估算： (2.6)其中K值：20000tDW5000t 0.170.2；70000tDW25000t 0.1650.175；3

6、00000tDW80000t 0.1450.165。设计船的载重量为8200t，K值选为0.19，所以计算得LW=3312t。排水量储备：根据船舶设计原理229页介绍的方法，在初步设计阶段，通常取2%LW5%LW（大船取小的数据），本船排水量储备取为4%LW=132t。2.5重力与浮力平衡实际载重量：。要求载重量：DW=8200t。载重量增量：，载重量允许的误差为的0.1%，重力浮力不平衡，须用诺曼系数法进行平衡。由船舶设计原理2121页的图4-9查得本船诺曼系数 N=1.31。 排水量增量：。根据浮性微分方程：，保持方形系数不变，改变L，B，d。计算得：=114m，B=18.8m，d=7.0

7、1m，D=10m，=0.765，=11851t。新的空船重量：LW2=3518t。排水量储备：141t。新的载重量：。载重量增量：，/2= 0.06%0.1%，符合要求，重力浮力平衡调整完毕。=11851t，在此排水量下要达到航速13.5kn，所需主机功率为：，因而最初选定的主机型号是合理的。2.6载货量Wc计算1 燃油重量 (2.7)式中：包括一切用途在内的耗油率，取主机持续常用功率时的耗油率的1.11.5倍，1.3178g/kWh；主机持续常用功率（CSR），3150kW；R续航力，3000n mile；服务航速，或比适航速度小0.51kn，取12.5kn；k考虑风浪影响而引起航行时间增加

8、的储备系数，通常取1.151.2，取为1.2；d储备天数,取为5天。燃油总量为=315t。2炉水重量 (2.8)炉水总量为=16t。3滑油重量 (2.9)其中：为比例系数，通常柴油机船取3%5%，汽轮机船取0.8%1%，本船为柴油机船，偏于安全的考虑取=5%。滑油总量为=16t。4船员生活用水本船船员16人，每人每天耗水按100kg计，则生活用水总量为：其中增加的10天为5天储备，5天停港。5人员及行李每人体重按65 kg计算，每人的行李按50 kg计，则人员及行李重为：（65+50）16/1000=2t6食品每人每天按5kg计，食品重为：其中增加的10天为5天储备，5天停港。7备品备品的统计

9、数字一般为50t70t，或者一般可取为（0.5%LW1%LW），本船备品重取为50t。8载货量以上油水等消耗品重量总和为432.5t，载货量=7767.5t。2.7稳性校核在主尺度确定时通常只做初稳性校核，其内容是估算初稳性高度，并检验其是否符合设计船所要求的数值。1初稳性下限要求初稳性方程式： (2.10)式中：所核算状态下的初稳性高度；相应吃水的浮心高度；r相应吃水下的横稳心半径；所核算状态下的重心高度；自由液面修正值，此处忽略。利用近似公式估算和r，选用薛安国公式确定系数a1,a2。根据文献油船总体设计3中介绍的方法估算水线面系数：；母型船=0.885，考虑到与母型船相似，本船取=0.8

10、85。 (2.11) (2.12)=D，空载油船=0.60.66；偏于安全的考虑，取0.66，则6.3m。，满足初稳性高度下限要求。2初稳性上限要求为使横摇和缓，摇幅不过大，希望不发生谐摇，即：调谐因子 (2.13)式中：船舶横摇自摇周期， (2.14)波浪周期， (2.15)波长，我国沿海情况波长躲在60m70m,偏于安全的考虑，取70m；预期到=1.3=8.7时，允许的最大初稳性高度（上限值）为： (2.16)式中：B船宽m；B/d不同的系数，查船舶设计原理256页中表3.5得=1.01；重心高度。计算得，满足初稳性高度上限要求。综上，设计船的初稳性满足规范要求。2.8航速校核航速校核实质

11、就是航速或马力估算，其目的是：初步估算设计船在给定主机情况下的航速，或初步确定在所要求航速下需要的主机功率。本设计要校核当主机发出额定功率时，航速能否达到任务书要求的设计航速13.5kn。2.8.1估算总推进系数一、 船身效率1伴流分数 泰勒公式： (2.17) 汉克歇尔公式： (2.18)根据船舶原理6上册250页介绍经验公式来确定棱形系数： 楚思德公式： (2.19)为服务航速（kn），计算得=0.425 Fr0.24： (2.20)计算得=0.71 贝克公式（的极限）： (2.21)计算得=0.758，若棱形系数超过此值阻力将迅速增加。中低速的油船均在0.9850.99之间,为了使，相互

12、配合，最终取=0.774，Cm=0.988。由汉克歇尔公式得=0.362；最终取=0.350。2推力减额分数t 商赫公式：t=k (2.22)单螺旋桨船，装有流线型舵或反应舵者k=0.50.7，取k=0.6，计算得t=0.21； 汉克歇尔公式： (2.23)最终取t=0.23。二、 船身效率=（1-t）/（1-）=1.185三、 相对旋转效率一般可近似地取=1四、 轴系效率尾机型船=0.98五、 螺旋桨敞水效率取功率储备10%，则螺旋桨敞水收到的功率：其中：进速（kn），；螺旋桨敞水收到的功率（hp）；计算得=7.108，由此可在MAU图谱中查到约为0.515。因而总推进效率考虑到适当裕度取=

13、0.58，所以设计船的有效推功率THP=BHP=2146kW。2.8.2估算设计船的有效功率按母型船比例初步选取为1.787m即1.57%，根据船舶设计原理2187页图5-5知与本船棱形系数相配合的最佳浮心位置为1.5%1.7%，所以取1.787比较合理。用莱普法6估算有效功率曲线，基本参数如下：=114m，B=18.8m，d=7.01m，=11492.99m3，=0.765，=0.988，=0.774，B/d=2.682，/B=6.124，=1.787m，。具体计算过程见表2.3：表2.3 莱普法估算有效功率序号项目数值1V(kn)121314152（m/s）6.176.697.207.72

14、30.650.710.760.824（查图）21.9026.9038.1058.105/B修正值%（查图）6.866.866.866.866修正后的=1+（5）（4）23.4028.7440.7162.0870.0010100.0012400.0017570.002679859218486864153360769088234674023108498.778.818.848.8710桑海公式（船舶原理上165页）0.0016350.0016180.0016030.00158911粗糙度补贴系数（船舶原理上176页）0.00040.00040.00040.0004120.0030450.00325

15、90.0037600.00466813（m2/s2）38.1044.7251.8659.5414(kg)179441.20225380.92301582.69429818.5815B/d修正=（B/d-2.4）5%1.411.411.411.4116(kg)2529.073176.554250.556057.9317(kg)181970.28228557.47305833.24435876.5118(kW)1123.271528.412202.493363.222.8.3绘制有效功率曲线（EHP-V曲线）由表2.2中的数据可画出有效功率曲线，如图2.1：图2.1有效功率曲线2.8.4航速校核由

16、图2.1可知当主机额定功率时，航速为13.94kn13.5kn，满足设计要求。2.9舱容校核对双壳双底型油船容积校核要分层进行校验，即分别对货油舱舱容和专用压载水舱舱容进行校验。及。货油舱能提供的容积，m3；货油区能提供的总容积，m3；货油所需要的容积，m3；压载水舱所需容积，m3。2.9.1双层底高度及双层壳宽度计算按照国内航行海船法定检验技术规则（2004）7对于DW5000t 的油船，必须设双壳双底结构。双层壳宽度不得小于b=0.5+DW/2000或2m取小者；但不得小于1m。双层底高度不得小于=B/15或2m 取小者；但不得小于1m。本船取：b=1m，=1.26m。2.9.2本船所能提

17、供的总容积 (2.24) (2.25) (2.26)式中：总容积利用系数；货油区长度利用系数，为货油区长度，按母型船比例取=78.4m，=0.688；型深高度下中剖面面积系数，=0.992。计算得：=14200 m3。2.9.3货油舱能提供的容积 (2.27) (2.28)式中：货油舱容积利用系数。计算得：=9885 m3。2.9.4压载水舱（即双层壳之间）能提供的容积：2.9.5货油所需容积 (2.29)式中：货油量，7767.5t；货油密度，0.82t/m3；k考虑货油膨胀及舱内构架系数，1.04。计算得：=9852 m3。2.9.6压载水舱所需容积一般取（0.20.5）DW，本船取0.3

18、5 DW=2870 m3。2.9.7污油水舱所需容积按防污染规定不得低于2%3%，本船取0.03=296 m3。2.9.8校核=9885 m3=9852 m3；=4315 m3=2870 m3；综上，本设计船的舱容满足设计要求。2.9.9小结以上性能校核均满足，因而初步拟定的主尺度满足要求。垂线间长 =114m型宽 B=18.8m设计吃水 d=7.01m型深 D=10m浮心纵向位置 =1.787 m排水量 =11851t方形系数 =0.765棱形系数 =0.774中横剖面系数 =0.988水线面系数 =0.8852.9.10技术经济分析船长和方形系数对船舶的快速性有主要关系，而船长对船舶钢料重

19、量又有主要关系，增加船长将使船体钢料及舾装设备的重量增加从而增加造船价格8，因而本次设计从经济性角度考虑，仅简单分析本船的和的选择是否合理。本船是一条8200t级的近海成品油船，设计航速为13.5kn，Fr约为0.208属于中低速船，考虑到当前燃油价格不断上升，经济船长Le应相应加大9，因而本船114m属于同类型船的经济船长范围内。根据Fr0.208查船舶设计原理2107页图4-7可得从阻力上考虑的临界方形系数约为0.74，本船方形系数0.765略大于0.74使船舶的阻力有所增加，但当一定时，适当增大能够使船舶主要尺度适当减小，从而能降低造价。因而的选择也是合理的。3型线设计型线设计时采用改造

20、母型船横剖面面积曲线的方法，本船具有平行中体，且较大，故采用“1-”绘制设计船型线图。3.1绘制母型船横剖面面积曲线选择12000DWT成品油船为母型船由母型船的型线图，利用CAD查询功能查得母型船设计吃水下各站横剖面面积，取竖坐标为各站横剖面面积与最大横剖面面积的比值，取横坐标为剖面距船中的实际距离与的比值，绘制母型船无因次横剖面面积曲线，见图3.1。具体计算过程见表3.1。表3.1 母型船各站横剖面面积及无因次化曲线坐标站号横剖面面积（m2）无因次化横坐标无因次化纵坐标04.82-10.030128.72-0.90.177266.89-0.80.412399.33-0.70.6124126

21、.37-0.60.7795146.13-0.50.9006156.60-0.40.9657160.43-0.30.9888161.87-0.20.9979162.32-0.11.00010162.320.01.00011162.320.11.00012161.990.20.99813160.930.30.99114158.680.40.97815153.340.50.94516141.210.60.87017121.140.70.7461892.580.80.5701974.560.850.4591953.920.90.3322032.800.950.2022014.1110.0873.2用“

22、1-”改造母型船横剖面面积曲线3.2.1母型船横剖面面积曲线各参数用CAD查询功能得母型船棱形系数=0.767，100%-/=100%0.767-0.769/0.769=0.21%0.5%，满足精度要求；浮心纵向坐标=1.967，100%-/=100%1.967-1.975/1.975=0.39%0.5%，满足精度要求；前体棱形系数=0.799，后体棱形系数=0.736。3.2.2根据经验公式估算设计船前后体棱形系数和 (3.1) (3.2)因此，前后体棱形系数变化量： (3.3) (3.4)3.2.3求各站移动的距离及辅助站位置按“1-”法有：船中前各站 (3.5)船中后各站 (3.6)各辅

23、助站距理论站距离为，具体计算过程见下表3.2：表3.2 各辅助站位置站号0-1-0-11-0.9-0.00166-0.901662-0.8-0.00333-0.803333-0.7-0.00499-0.704994-0.6-0.00666-0.606665-0.5-0.00832-0.508326-0.4-0.00998-0.409987-0.3-0.01165-0.311658-0.2-0.01331-0.213319-0.1-0.01497-0.1149710000110.10.039320.13932120.20.034950.23495130.30.030580.33058140.40

24、.026210.42621150.50.021850.52185160.60.017480.61748170.70.013110.71311180.80.008740.8087418.50.850.006550.85655190.90.004370.9043719.50.950.002180.9521820101母型船中部为平行中体故没有移动。 3.2.4绘制设计船横剖面面积曲线根据表3.2中数据，将母型船前体各理论站向前移动相应的距离，后体各理论站向后移动相应的距离，从而得到设计船无因次化横剖面面积曲线，见图3.1。图3.1 设计船横剖面面积曲线3.2.5校核设计船的和利用CAD查询功能得到

25、设计船的=0.77397，=1.87108，由于满足设计要求（误差要求在0.5% 以内），而不满足设计要求（误差要求在0.5% 以 内），故应用迁移法求出满足设计要求的新面积曲线。这时各辅助站又有新的移动距离，则最后的辅助站距理论站的距离为。3.2.6迁移法横剖面面积曲线的形变函数为： (3.7)式中：y面积曲线在x处的竖坐标；b系数。 (3.8)由于面积曲线的x坐标长度为2，因而，=0.77397，故得b=0.00338。第2次移动各辅助移动距离及最终辅助站位置见表3.3。表3.3 第2次移动各辅助站位置站号y0-10.0297100-11-0.90.17694-0.00060-0.0016

26、6-0.902262-0.80.41210-0.00139-0.00333-0.804723-0.70.61192-0.00207-0.00499-0.707064-0.60.77854-0.00264-0.00666-0.609295-0.50.90026-0.00305-0.00832-0.511376-0.40.96478-0.00327-0.00998-0.413257-0.30.98838-0.00335-0.01165-0.314998-0.20.99722-0.00338-0.01331-0.216699-0.11-0.00338-0.01497-0.11836100100011

27、0.110.003380.039320.13594120.20.997990.003380.034950.23157130.30.991480.003360.030580.32723140.40.977570.003310.026210.42291150.50.944690.003200.021850.51865160.60.869970.002940.017480.61453170.70.746320.002530.013110.71058180.80.570370.001930.008740.8068118.50.850.459370.001550.006550.85500190.90.3

28、32180.001120.004370.9032419.50.950.202090.000680.002180.951502010.08695001根据表3.3中数据，将第1次移动后的各辅助站均向后移动相应的距离，从而得到第2次移动后的设计船无因次化横剖面面积曲线，见图3.2。图3.2 设计船横剖面面积曲线3.2.7第2次校核设计船的和利用CAD查询功能得到设计船的=0.77397，误差为0.004%0.5%；=1.78669，误差为0.1%0.5%，两者均满足精度要求。 3.3绘制型线图3.3.1绘制辅助水线半宽图1按设计船主要尺度绘制格子线2绘制纵剖线图的首尾轮廓线参照母型船首尾柱的形状，

29、按设计船的螺旋桨及舵的布置要求绘得侧面图的首尾轮廓线。3在水线图上绘辅助站位置根据表3.3中得到的无因次辅助站位置求得辅助站的实际位置，具体计算过程见表3.4。表3.4 辅助站位置站号0-1-1-570001-0.9-0.90226-514292-0.8-0.80472-458693-0.7-0.70706-403034-0.6-0.60929-347305-0.5-0.51137-291486-0.4-0.41325-235557-0.3-0.31499-179558-0.2-0.21669-123519-0.1-0.11836-674610000110.10.135947748120.20

30、.2315713200130.30.3272318652140.40.4229124106150.50.5186529563160.60.6145335028170.70.7105840503180.80.806814598818.50.850.8550048735190.90.903245148519.50.950.95150542362011570004绘制辅助水线半宽图在辅助站上量取半宽，其中，和B分别为设计船某辅助水线在各辅助站处的型值半宽和型宽，和分别为母型船对应水线上各理论站的型值半宽和型宽。由此得到各辅助水线，设计船辅助站各辅助水线的半宽值见表3.5。表3.5 辅助站各辅助水线半

31、宽值站号理论站位置(距船中)辅助站位置(距船中)半宽（mm）mmmm0470940141018802820376047005640658070500-57000-57000225238461-51300-51429451755932100790682110842726510059922-45600-4586965717752338263228113085346241955449691374213-39900-40303175332163886431746635259580264437326814084274-34200-3473033894884559061356560714175778011

32、8503890190535-28500-29148487764617227778081168503873689529139929693506-22800-23555604975778272872389809200929393529395940094007-17100-17955693082928829914692959394940094009400940094008-11400-12351749386929096931293889400940094009400940094009-5700-67467691882191719345940094009400940094009400940010007

33、691882191719345940094009400940094009400940011570077487691882191719345940094009400940094009400940012114001320075288731910892999384940094009400940094009400131710018652711784678918915592919399940094009400940094001422800241066512804285658864905492769385940094009400940015285002956357257415798283428563886

34、59080926193839400940016342003502847216516709274647723810383738613884591339211173990040503343552735862623165086934723874927746803381851845600459881925366542564612487652765580583760956414663918.548450487351201272832823621391642514531475650205317554419513005148553817542226252127693115335335223671391941

35、2319.5541505423684712421495166920022225230922272209232220570005700036658876510451220127210753580图3.3 辅助水线半宽图3.3.2绘制横剖线图1在辅助水线半宽图中读出理论站上各辅助水线的半宽值，见表3.6。表3.6 理论站各辅助水线半宽值站号理论站位置(距船中)半宽（mm）mm0470940141018802820376047005640658070500-57000225238461-51300472784964104094286211352792515460342-4560070018462418271729033199359643385562698374773-39900185733284002444348005405594765737431820984854-34200354550455758630967317297771581288584895390945-28500502866167381792782538617883090239186932093656-22800618576948370880490479249932793739398940094007-17100703983728885918493189399940094009400