船舶货物的配积载课件.ppt
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1、1,第六章 船舶货物的配积载,主要内容:配积载概念及理论基础件杂货物积载集装箱配积载,2,第一节 基本概念及原理,一、船舶配积载及基本要求 配积载是指配载和积载两个概念。航运中将编制船舶装货计划的工作叫做配载,而将实际装船的工作称为积载。“配载”是“积载”的前提和依据,“积载”是“配载”的继续和具体实施。因此,“配载”与“积载”是既紧密联系又有区别的两个工作阶段。,3,1.船舶配载 船舶配载是根据货物的品种、数量、体积、重量以及到达港口先后次序等因素,在保证船舶和安全、充分发挥船舶载运能力的前提下将货物正确合理地分配到船舶各个部位,并绘制船舶配载图。配载图是装货港指导装船的文件。,4,件杂货配
2、载图一般由船舶大副编制,也可由船公司代理人编制并经船舶大副或船长认可。集装箱配载图由船公司或其代理人编制预配船图,码头配载员根据预配船图编制正式船图,并经船长或大副确认。,5,2.船舶积载 船舶积载是在保证船舶安全、货物完整无损、充分发挥船舶运输能力、有利加速船舶周转和港口装卸作业的前提下,将货物正确、合理地装到船上各个部位,并绘制船舶积载图。积载图是卸货港卸货的依据。是由理货长在装船理货完成后绘制并经船长或大副签字认可的,是货物在船上的实际位置图。,6,3.船舶配积载的基本要求(1)充分利用船舶的装载能力;(2)确保船舶强度不受破坏;(3)保证船舶具有适度的稳定性和吃水差;(5)保证货物运输
3、质量;(6)满足中途港卸货顺序的要求;(7)便于装卸,缩短船舶在港停泊时间;(8)正确合理的实现舱面积载。,7,二、船舶稳性与积载 1.船舶稳性及稳性力矩(1)船舶稳性 船舶的稳性是指船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜但是不倾覆,当外力消失后能自行回复到原来平衡位置的能力。稳性的大小与船体几何形状有关,也与载荷分布状况有关,后者是船舶在积载过程中所要解决的问题。,8,(2)船舶稳性力矩 如图6-1,船舶在外力(倾斜力矩)作用下倾斜一小角度时,重心G0保持在原来位置,浮心由B0点移到了B1,浮心和重心不再位于同一铅垂线上。重力和浮力形成的力偶矩称为稳性力矩(或复原力矩)。,9,稳性力矩MR的计
4、算公式:式中:船舶的排水量(t);GZ复原力臂(m)。,图6-1 船舶的稳性力矩,10,浮力的作用线与中线相交于M点,称为船的稳心。从下图6-2重心与稳心的相对位置关系,可以判断稳性力矩的性质,而稳性力矩的性质决定了船舶原平衡状态的稳定性能。,11,稳定平衡状态(图6-2a)。重心在稳心之下,稳性力矩方向与船舶倾斜方向相反,起着抵抗倾斜力矩的作用,当外力消失后,它能使船舶回复至原来的平衡状态。此时MR定为正值。,图6-2 船舶的三种平衡状态,12,不稳定平衡状态(图6-2b)。重心在稳心之上,稳性力矩的方向与船舶倾斜方向相同,不仅不起抵抗倾斜的作用,反而促使船舶继续倾斜。此时MR为负值。随遇平
5、衡状态(图6-2c)。重心与稳心重合,稳性力矩MR等于零,当外力消失后,船不会回复到原来的位置也不会继续倾斜。,13,2.船舶的初稳性(1)初稳性及其特征 初稳性是指倾斜角小于10o-15o时的稳性,又称为小倾角稳性,如图6-3所示。,图6-3 船舶的小角度倾斜,14,船舶小角度倾斜的特征:倾斜前后排水量不变,即V1=V2。倾斜轴通过初始水线面面积中心,即漂心F。某一排水量时船舶的稳心M点的位置可视作固定不变,浮心B沿着以M为圆心,以稳心半径BM为半径的圆弧轨迹移动。根据上述船舶小角度倾斜所具有的特点,初稳性力矩公式可作如下变换:,15,式中:MR复原力矩(kNm);排水量(t);船舶横倾角的
6、大小;GZ静稳性力臂,也称复原力臂(m);GM初稳性高度(m)。,16,由此可知,当船舶在一定排水量下发生小角度横倾时,复原力矩的大小与初稳性高度GM成正比。初稳性高度GM是衡量初稳性大小的基本标志。要使船舶产生正的复原力矩,必须使GM为正值,即重心点在稳心M点之下。,17,(2)初稳性高度的计算 初稳性高度的计算公式:GM=KM-KG KM为船舶横稳心距基线高度,可根据平均吃水或排水量在静水力曲线图或静水力参数表上查得;KG为船舶重心距基线高度(重心高度),其值与空船重心高度及载荷配置有关,根据力矩合成原理,按下式计算。,18,式中:L空船排水量(t),可由船舶静水力资料 查得;KGL空船重
7、心距基线高度(m),可由船舶静水力资料查得;Pi载荷重量(t);Kgi载荷重心距基线高度(m)。,19,3.船舶初稳性的调整(1)船舶初稳性高度调整 载荷垂向移动调整初稳性高度GM。由于载荷垂向移动前后排水量不变,故初稳心距基线高度KM不变,但可使船舶重心高度改变量,即等同于初稳性高度改变。载荷垂向移动调整初稳性的手段适合于配载图编制阶段,经校核若稳性过大,可将载荷上移,反之将载荷下移。,20,载荷增减调整初稳性高度GM。船舶积载后或航行中在某些情况下可利用载荷增减方法调整稳性。载荷增减调整GM包括未满载时加压载水、吃水较大或满载时排压载水、加装货物及抛货等方法。一般这种调整方法增减的载荷属于
8、少量载荷,可应用相应计算方法予以计算。,21,(2)船舶初始横倾角的调整 当船舶重心偏离中纵剖面时,会出现初始横倾角,它将使船舶稳性力矩减小,从而降低船舶稳性。船舶航行中,应保持横向正浮,按船舶安全航行的技术要求,船舶初始漂浮状态的左(右)横倾角一般应不超过1度,当超过该值时,应予以调整。调整可通过横向移动载荷或在船舶一舷增减少量载荷来实现。,22,三、船舶吃水差与配积载 1.船舶吃水与水尺标志 船舶吃水(Draft)表示船体浸在水面以下的深度,即水线面与船底基平面之间的垂直距离。船舶吃水的大小随排水量改变而变化。船舶吃水大小可根据水尺标志读出,如图6-4。,23,船舶水尺标志是勘绘在船体首、
9、中、尾部的左右两舷的船壳外板上,以数字表示船舶实际吃水的一种标记。水线达到水尺标志上某数字的字底边缘时,即表示该处的实际吃水值。,图6-4 水尺标志,24,2.吃水差 指船舶首吃水dF与尾吃水dA的差值,用符号t表示,t=dFdA。当船舶首尾吃水相等,即吃水差等于零时,称为平吃水;尾吃水大于首吃水时,称为尾倾,俗称尾沉,一般用负值表示;首吃水大于尾吃水时,称为首倾,俗称拱头,一般用正值表示。,25,3.船舶荷载状态下对吃水差的要求 船舶航行时要求有一定的尾倾,以提高推进效率和改善舵效,减少首部甲板上浪,保证主机均衡工作,便于驾驶台瞭望。根据经验,万吨级货轮的吃水差,一般情况下满载时应为0.3m
10、0.5m,半载时为0.6m-0.8m,空载时为0.9 m-1.9m。大吨位船舶满载时通过浅水区时要求平吃水,以防搁浅。,26,4.吃水差的计算原理 一般情况下,吃水差所对应的纵倾角都在小角度范围内,纵向初稳性的假设条件可以得到满足。如图6-5。,图6-5 船舶纵向倾斜,27,船舶纵向复原力矩MRL 可按下式计算:式中:排水量(t);MRL纵向初稳性高度(m);船舶横倾角度数。在小倾角条件下,。同时注意到纵倾力矩与纵向复原力矩达到静态平衡时,纵倾力矩Mt与纵向复原力矩MRL相等,由此可得:,28,纵向初稳性高度G0ML是纵稳心距基线高度KML与船舶重心高度KG0的差值。对于一般船舶,KML与船长
11、处于同一数量级,数值较大。因此 KG0可以用浮心距基线高度KB0代替。由此,使正浮状态下的船舶产生吃水差t 所需要的纵倾力矩Mt为:由此式可知,排水量一定时,纵倾力矩与吃水差成正比。,29,在上式中,令吃水差,则计算所得的纵倾力矩称为厘米纵倾力矩,用MTC 表示,即:,30,显然,对于特定船舶,厘米纵倾力矩MTC随排水量或平均吃水的变化而变化。具体装载状态下的厘米纵倾力矩可根据排水量或平均吃水在船舶静水力资料中查取。因此,如果能求得纵倾力矩Mt,则实际装载状态下的吃水差t 可按下式计算:,31,5.吃水差的计算 由图6-5知,船舶纵倾力矩Mt是由于船舶的重力作用线和浮力作用线沿纵向不在一条垂线
12、上而产生的,纵倾力臂lL 等于重心至浮力作用线的距离。,32,图6-5,33,由于式中:xg船舶重心距船中距离(m),船中前取正,船中后取负;xb船舶浮心距船中距离(m),船中前取正,船中后取负。因此,吃水差的基本计算公式为:,34,根据力矩合成原理,重心距船中的距离Xg可按下式计算:式中:PiXi纵向重量对舯力矩,即包括空船在内的全船所有载荷对船中所取力矩的代数和(9.81kNm)。因此,吃水差为:,35,6.首尾吃水的计算 由图6-5可见,由于吃水差的存在,船舶首、尾吃水与船舶平均吃水(漂心处的吃水)出现了差值,在图中分别以dF与dA表示。根据图6-5下部所示的几何关系,纵倾状态下船舶的首
13、、尾吃水可按以下公式计算:,36,式中:dm船舶平均吃水(m);Lbp船舶垂线间长(m);xf漂心距船中的距离(m),船中前为正,船中后为负。,37,7.吃水差的调整(1)纵向移动载荷 在装货前和装货过程中如发现吃水差或首尾吃水不符合要求,调整配积载方案是一种较为理想的方法。首先确定可移动调整的货载,再确定纵向移动的距离x,然后根据要求调整的吃水差值t,按下式求取需移动的货载重量P:,38,式中:t 要求调整的吃水差值(m),等于要求调整到的吃水差值减去调整前的吃水差值;MTC 每厘米纵倾力矩,根据船舶实际排水量或平均型吃水查取;x 货物载荷纵向移动的距离(m),当货物前移时取正值,后移时取负
14、值。,39,(2)增加或减少载荷 主要是利用注、排压载水来调整船舶吃水差。注、排压载水属于少量载荷变动,如果这时只要求吃水差符合要求,而不考虑首尾吃水的大小,则可用下式确定所需要注入或排出压载水的重量P:,40,式中:xp计划注、排压载水水舱的舱容中心距中距离(m),取值查“液舱容积表”;xf漂心距船中的距离(m),船中前为正,船中后为负。xf 和MTC 的值,根据调整前的船舶排水量 或平均型吃水dM 从船舶静水力资料中查取。,41,四、船舶强度与积载 1.剪切变形与弯曲变形(1)剪切变形 如果单位长度的船体,其前后两端受到大小相等、方向相反的切力的作用,且忽略该段船体上所承受的载荷,则该段船
15、体会出现如图6-6(a)所示的剪切变形。,图6-6 剪切变形与弯曲变形,(a),(b),42,(2)弯曲变形 如果单位长度的船体,其前后两端所受的弯矩大小相等,方向相同,且忽略切力的作用,则该段船体将发生如图6-6(b)所示的弯曲变形。,43,(3)船体的拱垂变形 当船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力时,出现中拱变形,如图6-7(a)。当船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力时,出现中垂变形,如图6-7(b)。,图6-7 船体的拱垂变形,44,2.横向强度 横向强度是指船体结构抵抗横向变形的能力。船体在外力作用下,有可能发生船宽方向的变形。一般货船都有坚固的横向框架来支持船壳板、甲板,
16、很少发生过大变形或断裂的情况。但是集装箱船由于舱口宽大,容易发生过大变形。,45,3.扭转强度 是指船体结构抵抗扭转变形或破坏的能力。主要原因有:(l)由波浪引起。首尾受到方向相反的水压力作用可能产生扭转变形。(2)船舶横摇所引起扭转变形。(3)货物装卸不当引起。如某舱配载不好,使船向一侧横倾,若简单地在其他货舱内向另一侧增加重量,便会使船舶产生扭转变形。,46,4.局部强度 指船体各部分结构抵抗局部变形或破坏的能力,即船体在载荷重力作用下,局部构件抵抗弯曲和剪切的能力。要求船体各部分结构在外力作用下具有抵抗局部变形和损坏的能力,对营运船舶来说,主要应考虑甲板、平台、舱底及舱口盖等载货部位的局
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