5200近海油船方案设计开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

本设计为5200dwt近海油船方案设计。本设计所开发的油船为中小型油船,主要用途为载运闪点不高于60℃的成品油。

根据商务部令2006年第23号文件《成品油市场管理办法》第四条:成品油是指汽油、煤油、柴油及其他符合国家产品质量标准、具有相同用途的乙醇汽油和生物柴油等替代燃料。成品油是人们日常生活中不可或缺的资源,广泛使用于汽车、火车、飞机、轮船等交通工具的动力系统以及人们的日常生活中。基于中国广袤的国土面积以及十四亿的人口基数,成品油的需求量将非常之大。然而由于我国油页岩主要分布于中国西北、华北以及东北地区,西南、华南、东南等地只能借助管道和航运从西部和北部运输成品油。因此,油轮显得尤为重要。载重量在5000dwt左右的成品油船,因其具有载重量相对较大、操纵灵活的特点,成为我国近海油船的主力经济船型。

油船的设计理念是在保证安全不会污染环境的前提下,携带尽可能多的油。因此,单舷侧的油船船型逐步淘汰,大多数油船采用双壳体。此外,油船非常重视消防安全,所用材料均为a级防火材料。可以说,成品油是人类社会交通系统的血液一样的存在。因此,成品油船的市场前景也是一片光明。尽管市场上出现了一些电动汽车如tesla等,但是它们的造价很高,且未健全完整的配套补给设施,因此暂时不会威胁到成品油的市场。

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2. 研究的基本内容与方案


2. 现行规范、规则、标准

本设计依据现行的规范、规则与标准如下:

(1) 中国船级社《国内航行海船建造规范》(2014)

(2) 中国船级社《钢质海船入级规范》(2012)及2013、2014年修改通告

(3) 中华人民共和国海事局(CHINA MSA)《船舶与海上设施法定检验规则》(国内航行海船法定检验技术规则)(2011)

(4) 《金属船体制图标准》

3.航运条件

本船设计航线为上海——青岛——大连,经东海、黄海。

沿线港口:上海港、青岛董家口港区(董家口港)、大连港。

3.1港口条件

上海港航道水深10米以上的占80%,全线可通航水深为8米。

青岛港-董家口港区泊位吃水限制为17.2米。董家口港区近海自然水深平均-15米,距岸1000米水深可达-20米,是不可多得的天然优良深水港。

大连港泊区平均水深大于8米。

大连港拥有30万吨级原油码头和30万吨级矿石码头,可停靠30万吨级油轮,装卸效率每小时达1.2万吨,港区储油罐容量达300余万立方米,年综合通过能力5600万吨以上。

3.2水文及气象

3.2.1水文情况

长江口地区的潮汐属非正规半日浅海潮,一天内高高潮与低高潮可相差0.5米~1.5米,落潮历时约6.5小时~8.5小时,自河口往上游沿程递增;涨潮历时约4小时~6小时,往上游递减。

青岛港-董家口港区属规则半日潮。其最高潮位5.19米,最低潮位-0.15米,平均高潮位4.27米,平均低潮位1.46米,最大潮差4.79米,平均潮差2.94米,平均海平面2.83米。最大流速在青岛高、低潮时,约为1.2节~1.3节。

大连港属正规半日潮和不正规半日潮混合潮港,受风的影响,潮差不等,平均潮差2.1米,大连湾内诸港区最大潮差3.9米。大连港平均高潮间隙10时18分,平均低潮间隙4时1分,大潮升2.87米,小潮升2.28米,平均海面1.63米。大连湾内,一般情况下涌浪甚少。在受台风影响时,东南向涌浪较大。

3.2.2气象情况

1. 风力情况

上海港全年多为东南风,西北及东北风次之,强风向为东北风。风的季节性变化明显,春、夏两季和初秋多南东南风和东南风,晚秋和冬季多北西北风和北东北风。上海地区每年3月-10月间局部地区可能出现龙卷风,主要出现在7、8月,其次是6、9月,其他月份很少。

董家口港区强风向为东东北向,最大风速12.8米/秒,次强风向为东北向,风速11.8米/秒。常风向为西北向,频率11.2%,次常风向为北西北向,频率8.5%。历史上本区曾出现过23米/秒的大风,20米/秒以上的大风多由台风造成。

大连港每年10月至次年3月,多北及西北风。4月—8月多南及东南风。9月为风向转换季节,北及西北风与偏南风交替出现。冬季风力较强,并且多阵时大风,有时6级以上强风持续3天以上。夏季风力较弱,大风日数每月4天~5天,风力一般只有6级。

2. 结冰情况

青岛港-董家口港区受冰的影响较小,一般情况下都可航行。结冰期多在1月中旬到2月上旬,持续时间不长。历史上海面结冰较严重的有3次,1917年结冰面积达90%,1936年大港全封,1947年大港封冻冰厚1米。近年来没有出现冰情。

大连港为终年不冻港。但每年的1月-3月初,各码头区有结冰现象,厚度5厘米~20厘米,一般钢壳船无碍航行。结冰范围自大港港区北防波堤东端至椒金山一线以西水域,其中臭水套与黑咀子区最为严重,冰厚一般在15厘米~20厘米。严重时黑咀子港区影响小型船舶靠离码头。

4.被调查船的情况

4.1船型特点

4.1.1型线及布置特点

1.型线特点

本船型线特点为:首部加球鼻艏,大部分为SV型。尾部水线以上为方尾,水线以下为球尾。

2.布置特点

(1) 区域划分

全船纵向分为三段,为:首段、货舱段、尾段。其中,首段为系泊设备装配区。货舱段主要用于装载闪点不高于60℃的液体货物。尾段分布上层建筑以及机舱和燃油舱,主要用于人员住宿生活以及船舶动力装置和工作区。首段和尾端之间设有联络桥通道,供工作人员使用。

(2) 双壳型式

整个货油舱范围内设置双层底和边舱给以保护;

(3) 机器处所

机器处所必须位于货油舱与污油水舱的后方,两者之间应以隔离舱隔开,隔离舱可以是空舱或货油泵舱或燃油舱或压载舱;

(4) 舱室布置

起居处所和服务处所及控制站应均位于货油舱和污油水舱的后方。上述处所的出入门、开口均不应面向货油区域,且应距离货物区边界端部至少为船长的4%,但不小于3米,也不大于5米。

根据母型船资料,载货量在5000吨左右的油船,货油舱划分为4—5个货舱。中线面处设置一道纵向舱壁,以减小自由液面对船舶稳性的影响。

(5) 横向舱壁

设置多道横舱壁和大型肋骨框架,用以增加横向强度和适装不同品种的油类;

(6) 液体舱设置

设有专用压载舱或清洁压载舱,并设有污油水舱。

3.结构特点

根据MARPOL公约,5000t以上油船需采用双壳体船体,即使用双舷以及双底,加强船舶安全性以及降低油船泄露造成污染的概率。油船一般使用混合骨架式结构,首段采用横向骨架式结构,中部货油段采用纵向骨架式结构。

油船最典型的特点即甲板的骨架为暴露在甲板上,这是由液货船的使用特点决定的。它的主要装载货物为油类等粘性较大的液体,因此如果按照普通散货船的骨架安装方式,不仅会造成货舱区域装载能力变低,而且会造成清舱不便,增加清舱工作量。而油船甲板主要为管道与小开口,骨架在甲板上并不会影响船舶原有的性能。

4.2中小型油船技术参数分析

4.2.1主要技术参数范围

相对于同等级的集装箱船来说,载重量小于1万吨的中小型油船L/B较小、B/d及方形系数Cb较大,属肥胖型船。为增加货舱容积,型深有逐渐增加的趋势。

1.主尺度范围

根据母型船资料统计,载重量在5000t-6200t的油船主尺度范围为:总长Loa:96~118m;垂线间长Lpp:89.8~110m;型宽B:15.8~17.6m;型深D:7~9m;设计吃水d:5.7~6.5m。

2.尺度比统计

尺度比与船舶性能有紧密的联系。中小型油船母型船尺度比统计范围如下:

L/B:5.5~6.75

B/D:1.84~2.24

D/d:1.25~1.6

4.2.2技术参数分析

1.海军系数C

统计中小型油船母型船资料,计算各母型船的海军系数,海军系数分布范围为290~433。由于所需功率越小越经济,因此海军系数越大,船舶的快速性越好。

2.弗汝德数

统计中小型油船母型船资料,弗汝德数分布范围为:0.20~0.22,为中低速船。

4.2.3母型船资料

本设计所收集的主要型船资料如下表1-1所示。

表1-1 型船资料

船名

5500t油船

5800t油船

5000t油船

5000t油船

Loa m

110

118.8

105

104.65

Lwl m

Lpp m

103

110

98

98

B m

17.2

17.6

16.4

16.4

T 结构 m

6.6

6.3

6.7

T设计 m

6.2

6

6.15

6.5

D m

8.8

8.4

8

8.15

Cb

CP

排水量 t

设计吃水载重量 t

5500

5800

4990

5486

结构吃水载重量 t

6000

5765

载油量

船员 人

20

28

20

34

主机型号

MAN/Bamp;W 4L35MC

MAN/Bamp;W 5L35MC

MAN/Bamp;W 4L35MC

6E34/82SDZC

主机持续功率 kW

2600X210r/min

3250X210r/min

2600X211r/min

2205X205r/min

航速 kn

12.5

13.5

13

12.76

航区

近海

近海

近海

LW t

Xg(空船) m

Zg(空船) m

Xg m

Zg m

Zb m

Xb m

货舱数量

10

11

10

10

船名

5500T油船

4000t

5000t成品油船

5000t成品油轮

Loa m

99.6

93.5

96.86

96.9

Lwl m

90.1

92.6

Lpp m

94

88

90.8

89.8

B m

18

14.5

15.8

15.8

T 结构 m

6.5

T设计 m

6

5.3

5.7

D m

9.6

6.98

7.7

7.05

Cb

CP

排水量 t

5537

6655.4

6838

设计吃水载重量 t

5500

3978.4

5079.3

4693

结构吃水载重量 t

6300

载油量

3765.8

船员 人

16

10

12

14

主机型号

Mak 9M25

ZJMD-MAN Bamp;W 6L23/30A

8320ZCd-4

广柴/8320ZCd-4

主机持续功率 kW

2975X750r/min

960X900r/min(2台)

2060

/1765KW/500r/min/1台

航速 kn

12

11(设计航速)

12

航区

无限

无限

近海

近海/A1 A2

LW t

1558.2

1576.1

Xg(空船) m

-5.415

-5.15

Zg(空船) m

4.854

4.903

Xg m

-0.094

1.788

Zg m

4.268

4.633

Zb m

2.817

3.003

Xb m

0.02

1.871

货舱数量

10

船名

5500t油船

5400t油船

5500t油船

4800t油船

Loa m

99.6

105.89

110

96.09

Lwl m

Lpp m

94

9.85

102.7

89.8

B m

18

15.8

16.8

15.8

T 结构 m

6.5

T设计 m

6

5.9

5.8

5.78

D m

9.6

7.8

8.2

6.8

Cb

0.809

CP

0.815

排水量 t

7663.7

7916.1(满)

设计吃水载重量 t

5500

5400

5500

4800

结构吃水载重量 t

6300

载油量

船员 人

16

18

14

主机型号

Mak 9M25

83202CD-4

广州8320CD-6

主机持续功率 kW

2970X750r/min

1765X500r/min

2060X525r/min

2060X525r/min

航速 kn

12(服务航速)

11.5

12

11.5

航区

无限

近海

近海

LW t

Xg(空船) m

Zg(空船) m

Xg m

Zg m

Zb m

Xb m

货舱数量

10

12(2油污兼液货舱)

10(2油污仓)

5、设计内容与主要方法

5.1设计内容

(1) 型线设计及绘制型线图

(2) 静水力计算并绘制相应图纸——静水力曲线图、邦金曲线

(3) 总布置设计及总布置图的绘制

(4) 性能校核

完成稳性、快速性、最小干舷的校核计算。

(5) 设备选择

计算舾装数,并以此为根据,依照法规要求和实际需要选择合适的船舶设备。

5.2主要方法

5.2.1自行设绘法

根据新船的具体要求、型线设计的基本原则和规律,参考相近船型的优良型线资料,经过综合分析和比对不同型线性能的优劣,在对新船型线特征有所把握后,自行设计并绘制型线图。

5.2.2母型船改造

利用与新船相近的优秀母型船的型线资料,应用适当的修改方法,将其改造成符合设计要求的新船型线。

用母型船改造方法生成的型线,可以保持优秀母型船的型线特征,因而对新船的性能比较容易把握。选择母型船时,要考虑到母型船型线的优良性,注意到新船和母型船各项参数的接近程度,否则修改量太大,很难保持母型船的优良性能。

当新船与母型船的主尺度不同时,需作尺度变换,常用的是线性变换;将母型船的横剖面面积曲线作为新船初始得到的横剖面积曲线。

5.2.3系列船型法

选择与新船船型特征相近的系列船型,直接应用系列船型的型线资料,查得设计水线以下及部分水线以上的船体型值,需要时作局部修改。

5.2.4数学型线法

应用数学函数来表达水线或横剖线或船体曲面,控制形状特征参数,由计算机程序完成型线生成工作。

6.结束语

本设计所设计船舶为同时可以运载多种闪点不高于60℃的成品油船。航区为近海航区。本船为钢质、具有连续单甲板、艏楼和艉上层建筑、双壳、双底、单桨、单舵、尾机型、单柴油机驱动。

按照CCS有关法规和规定设计校核。本船设计载重量为5200t。本船试航速度不低于12kn,续航力3500 nmile,自持力12d。主机、辅机拟用低耗油国产或引进专利国内生产柴油机,其型号与功率由设计要求自行选定。并按照规范要求和实际需求选取锚、系泊、舵、工作、救生、消防及航行信号等设备。

设计步骤大致分为型线设计及静力学计算、总布置设计、性能校核、编写结构计算书以及绘制分段结构图与编写设计报告六个阶段,并于其中穿插外文文献的翻译工作,历时十三到十五周。

设计过程中将应用船舶与海洋工程专业所学专业课知识,通过《船舶设计原理》《船舶静力学》《船体制图》《船舶推进》《船舶阻力》等专业课所学,综合分析油船的技术性能和船型特点,根据中国船级社(CCS)《国内航行海船建造规范》(2014);《钢质海船入级规范》(2012)及2013、2014年修改通告;中华人民共和国海事局(CHINA MSA)《船舶与海上设施法定检验规则》(国内航行海船法定检验技术规则)(2011)等规范与法规设计一条具有良好性能的油船。

通过本次设计,我们可以将所有专业课的知识运用在实践中,加深对船舶设计的理解,亲身感受船舶设计中会遇到的各种难题和困难,一一解决。


3. 研究计划与安排

时间

周数

内容

要求

第1周

1.0

通过调研,收集资料,对毕业设计内容进行思考,撰写完成开题报告、布置外文资料翻译任务

提交开题报告

第2周-

1.0

确定船舶主要要素,绘制布置草图

提交尺度确定阶段报告及图纸

第3-4周

2.0

设计与绘制型线图, 完成静力学计算、绘制静水力曲线图、邦金曲线图

提交型线阶段报告及图纸

第5周

1.0

完成总布置设计,绘制总布置图

提交总布置设计阶段报告及图纸

第6周

1.0

1. 计算液体舱舱容要素

2. 完成各种载况下船舶浮态,稳性衡准的计算

进行中期抽查(院系组织专人检查),实行中期淘汰制(第6周末)

第7-8周

2.0

1.计算液体舱舱容要素

2.完成各种载况下船舶浮态,稳性衡准的计算

3.完成快速性预报

4.完成最小干舷计算书

5.完成舾装数计算及设备配置

提交性能阶段计算报告

第9-10周

2.0

编制相应结构计算以及剖面绘制

第11-12周

2.0

翻译外文资料、编写毕业设计报告书

提交全部设计资料

第13周-

返回修改,准备答辩

注:外文资料翻译分散进行。


4. 参考文献(12篇以上)

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