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海安港至海口港42车500客客滚船方案设计毕业论文

 2020-02-18 12:02  

摘 要

本文介绍了海安港至海口港42车/500客车客滚船的方案设计过程,主要包括设计船体主尺度的选择、船体型线设计、总布置设计、静水力计算、浮态调整与稳性校核、螺旋桨设计、舵设计、舱容计算、干舷计算、吨位计算。

全文共分为 10 大章节,对海安港至海口港42车/500客车客滚船的方案设计所需要的过程进行了全面的阐述。根据任务书要求,从安全、可靠、可行、先进等角度出发,针对船型特点,采用有关技术措施,有效解决设计船存在的主要矛盾,使 得本船具有良好的技术性和安全性。

设计船主要参数为:总长 Loa=98.7m,水线长 Lwl=92.63m,垂线间长 Lpp=90.54m, 型宽 B=18.9m,型深 D=6.1m,设计吃水 T=3.9m。在设计载况下,船舶满载排水量△=4545.85t, 浮心纵向位置 Xb=2.89m(舯后),方形系数 Cb=0.66,棱形系数 Cp=0.67,能达到的最大航速为 2.12km/h。

关键词:海安港至海口港;车客滚船;方案设计

Abstract

This paper introduces the design process of 42/500 passenger ro-ro ship from Hai'an Port to Haikou Port. It mainly includes the selection of main dimensions, hull profile design, general layout design, hydrostatic calculation, buoyancy adjustment and stability check, propeller design, rudder design, cabin capacity calculation, freeboard calculation and tonnage calculation.

The full text is divided into 10 chapters, which comprehensively expounds the process needed for the design of 42/500 passenger car ro-ro ship from Hai'an Port to Haikou Port. According to the requirements of the task book, from the angle of safety, reliability, feasibility and advanced, and in view of the characteristics of the ship type, relevant technical measures are adopted to effectively solve the main contradictions existing in the design ship, so that the ship has good technical and safety.

The main parameters of the design ship are: total length Loa=98.7m, water line length Lwl=92.63m, vertical length Lpp=90.54m, shape width B=18.9m, shape depth D=6.1m, design draft T=3.9m. Under the designed loading condition, the ship's full-load drainage (Delta=4545.85t), the longitudinal position of the buoyancy center (Xb=2.89m), the square coefficient Cb=0.66, and the prismatic coefficient Cp=0.67 can reach the maximum speed of 2.12km/h.

Key words: Hai'an Port to Haikou Port; Ro-Ro Vehicles and Passengers; Scheme Design

目录

绪论1

  1. 主尺度确定3

1.1船长(车辆甲板)4

1.2车辆甲板长4

1.3船宽4

1.4吃水4

1.5型深5

1.6方形系数CB5

1.7重量浮性校核6

1.8快速性V6

1.9重新估算6

1.10初稳性7

1.11横摇周期7

第二章 型线设计8

2.1菱形系数Cp8

2.2浮心XB9

2.3平行中体长度10

2.4设计水线的首端形状和半进流角10

2.5首部横剖线形状 10

2.6尾部横剖线形状11

2.7首轮廓线11

2.8尾轮廓线11

2.9绘制横剖面面积曲线11

2.10横剖面面积曲线两端形状12

2.11横剖面面积曲线改造12

2.12迁移法修改横剖面面积曲线13

2.13改造半宽水线图14

2.14绘制型线图14

2.15计算静水力曲线图15

第三章 总布置设计16

3.1主体内船舱的纵向划分16

3.2机舱的部位与长度16

3.3甲板层数与高度17

3.4双层底17

3.5液舱18

3.6上层建筑的划分18

3.7纵倾的调整19

3.8舱室及交通路线的布置21

3.9绘制总布置图22

第四章 螺旋桨设计24

4.1初步设计24

4.2主要要素统计25

4.3可以达到最大航速计算25

4.4空泡校核27

4.5螺旋桨设计总结28

第五章 舵的设计29

5.1舵的类型29

5.2舵面积29

5.3舵高29

5.4舵宽29

5.5舵几何形状的确定29

第六章 舱容计算与舱容要素曲线绘制31

6.1舱容要素曲线的计算31

第七章 各种载况下稳性及浮态计算34

7.1调整浮态34

7.2 空船重量计算34

7.3重量及重心计算34

7.4 自由液面修正38

7.5 各种载况下的浮态及初稳性计算39

7.6进水角计算40

7.7各种载况下静稳性力臂和动稳性力臂计算40

7.8受风面积、面积矩计算43

7.9风压力臂的计算44

7.10稳性衡准数 Kf 计算45

7.11横摇加速度校核45

7.12装载状态45

7.13极速回航时的静倾角45

7.14旅客集中一舷时的静倾角46

7.15稳性总结表46

第八章 吨位丈量48

第九章 干舷计算49

总结50

参考文献51

绪论

琼州海峡是省会海口和新港的必经之路,海南省是连接大陆的门户。海南是旅游业也十分发达的城市,每年都有成千上万的旅客为了在海岛游玩,而乘船来往于琼州海峡之间,旅游业的繁荣也带来了航线繁忙的问题,装载大量乘客的客船是必要的。并且徐闻港区和海口港也是货物吞吐量十分大的港区。每天都有成千上万吨的货物在港区装卸,转运。而这些货物几乎全是由海运而来的。货物在港口的转运速度决定着港区的经济增长速度,能够大量装载货物的货船也是必要的。

货船和客船的增多使得琼州海峡这一航线拥挤不堪,航线的拥挤带来的则是安全事故的多发,和航运效率的下降。那么如何解决这一问题呢?同时能够运载货物与乘客的客滚船便应运而生。能同时运载乘客和货物使得航线的运营效率变得高效,运营速度变得更快。用时也能解决琼州海峡拥挤的现状。客滚船的发展是符合两岸发展和需求的,同时也能为港区带来更大的经济效益。所以发展有足够的安全性和快速性的客滚船是百利而无一害的,此次设计便针对客滚船来进行计划和设计。

客滚船,又叫滚装船。是一种用拖车将行李或者车辆直接韵如货仓甲板的运输船。乘客装运的货物可以通过自己的动力进入仓库,同时运送旅客。常常使用于内河渡轮或者是中近距离的海运。因此,在本课题中,充分适用于航道所要求的船舶的运营以及国家的需要。

客滚船的特点是装卸效率高,船回转速度快,水陆直通运输方便,一小时就可以运输1000吨至2000吨货物。同时,实现了从发送处到接收处直接运输。减少了运输中的货物损失和错误。另外,因为船和港口都不必设置起重设备,所以即使港口没有设备帮助,客滚船也能高效装卸。因此,客滚船成为快速发展的新船形。同时,满足海口港和海安港的实际发展和经济状况,可以大幅度提高经济效益。同时,船舶转速快,与水陆直通联络方便,海口港和海安港航线中的交通压力也得到缓和。

但是问题是,客滚船船体甲板层数太多,一般可达2-6层。有方便货物运输单元配置的多层甲板。各甲板之间还设置有斜坡和升降平台,用于车辆通行。为了不妨碍车辆在船内行驶,船内没有设置横隔壁,船内的支柱也很少,导致甲板和甲板之间结构强度和沉降性较差。同时重心高,稳定性差。而近年来琼州海峡客流量和客滚船的载车量日益增加,将客滚船的容量扩大是迫在眉睫的问题,但客滚船的船型特点导致在扩大容量的同时,可能会导致安全性的不足,本课题的设计研究中也诣在改善其船型缺点,使设计船舶有充分的安全性,同时有足够的容量满足市场所需的经济运营的要求。

在琼州海峡的客运量和载货量日益剧增的现在,设计大容量的客滚船对于缓解航线压力和提高两岸的人员与物资交流速度是十分必要的,而大容量的客滚船设计需要安全性,与稳性的支持,船舶只有在足够安全的状况下才能达到最大的经济效益,因此在同时兼顾载客量与载货量的同时对船舶的方案设计是十分必要的,相信此次42车/500客客滚船的方案设计定可解决一些问题。

  1. 主尺度确定

1.1船长(车辆甲板)

对于双通道车客渡船

LOA=M*lM (M-1)C l0

lM——车辆长度

M——载车行数

C——纵向间隙,一般0.3m

L0——首尾预留长度,一般2m-6m。

LOA=98.7m

参照母型船按照比例计算水线长,与垂线间长

Lwl=92.63

Lpp= LOA/K=90.54m

K——系数,根据不同船长可取为1.07~1.12

在对船长各种各样的限制条件下,设计初期对船长的设计可以考虑总布置,浮力,快速性这三个基本的因素并且设计,通常情况下大的船长对阻力性能有正面作用,而对经济方面有负面作用。同时考虑操纵性,耐波性,总纵强度,破舱稳性这几个方面对船长都有较大的改变。

根据草图,在车行数为11,根据实际调查现在25t(包括自重)的重型卡车大约长7~8m,所以一个车位取9m长,由于设计时按重卡设计,为确保车在船内的灵活度,我预留6m长,考虑到客滚船船型,依照母型船K取1.09。

1.2乘客甲板长

L=104.39

依照母型船比例计算取值,根据基本布置要求画布置草图,依据规范进行大概的客位,以及运营所需的各个舱室的布置以及规划,详细见布置草图。

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其中设置了497个座位,每个座位0.45*0.55m;设置了8个卧铺,房间大小为3*4m,每个舱室是指两个卧铺;根据人数设置了14个厕所,男女各7个,尺寸为0.8*1m;浴室设置为8个,尺寸为1*1m;餐厅内有16桌,每桌8人;还设置有盥洗室,医药室,厨房等运营所需的各个舱室。

1.3船宽

B=bN1 (N1-1)M 2b0

b—— 车到宽度

N1——舷侧通道范围内车道数

M——车道间隔

b0——舷侧的通道宽,一般可取1.6~2.2m

B =18.9m

对船宽尺度有许许多多限制的条件,在考虑船宽时需要考虑的基本因素是阻力、总布置和初稳性高。稳性下限条件和总布置这两个关键问题要求所确定最小船宽,对于小型船舶和布置地位型船舶是两个重要的考虑点。

船宽比船长对空船重量的影响程度小,为了考虑经济性,在同时满足浮力和总布置的这两个条件下,在减小 L、增大 B的情况下有利。假若B过大 (L/B太小)会产生快速性上的损耗(比如风浪中的阻力增大)的结果,此外B若太大还可能会导致初稳性高过大的不利因素,致使横摇加剧,尤其是在吃水受限制情况下B/d会过大,更会发生这种事。于是结合起来 L和d的选择相互考虑,使得 L/B B/d 参数在一个比较合理的范围内,才能确定B 大小,。

如果 CB相对于Fn 的合理配合值假若较大大时,从快速性方面来分析.适当的增加B 这样 CB会减小,通常是在阻力上有好处的。 满足浮力的要求在吃水量限制的情况下,大多是情况下较大的船宽。这种船称为宽浅吃水船。

市面上重卡宽度经测量大约为2.2~2.3m,取车道宽为2.5m,,考虑到车辆会有系泊设备固定,车道与车道之间应有间隔,其间隔取0.5m,依据草图有5条车道且有舷侧通道,考虑到方便卡车的周转取2.2m通道宽。此船为载客型船,为保证乘客的舒适度应使初稳性大,因此宽度不宜过小。

1.4吃水

T=3.9

保证螺旋桨有足够大直径及浮力是设计吃水的选择的主要两个方面考虑。考虑浮力方面.如果增加T来减小B和L ,对减轻空船重量和快速性等诸多方面都是有好处的,当然都必须满足稳性和总布置等关键点。所以说,倘若吃水没有限制的话,一般比较大的吃水对载重型船舶取有好处;如果有对吃水的限制条件,为了不影响B和L以及满足其他要求。吃水的选择一般都是尽量越大越好。吃水的大小与螺旋桨直径有息息相关关系。吃水太小的话,螺旋桨的直径大小会不够,推进效率会被严重影响。

船舶的吃水在我国大部分航道和港口都有限制。为了确定吃水的大小和限制条件时,做详细的调查研究是必要的,应当谨慎对待。航道如果只有浅滩而且距离短时,候潮航行是不错的选择,以便充分利用水深。结构吃水 ds和设计吃水d是这种船在设计时经常采用两个吃水。在另外一种情况下,船舶会采用这两种吃水来设计,当在其他各种各样各种因素影响下设计吃水有富余干舷时,通常可以将最小干舷的吃水当做结构吃水来设计,当船舶装的货比较多时可以增加载重量,船舶的装载能力会得到充分提升,船舶来用两种吃水后,在规范的规定和执行法规时,都应以结构吃本来校核,在这种情况下,船舶稳性、结构强度等都要符合各项规定。

据调查两个港口的泊位水深为4m,因此满载吃水不应大于4m,其中海安港最高潮位3.06m,最低潮位-0.09m;海口港最高潮位3.4m,最低潮位-0.09m,同时要注意不要让船搁浅,考虑到快速性使螺旋桨直径尽量大,取值应接近4m。

1.5型深

D=6.1m

型深的选择,可根据以下两种情况综合考虑。

1)比如舱容要求如果不高的载重型船舶,可先根据最小干舷的要求这一方面来选取型深,在通过较核舱容以及考虑其他因素之后来确定。要是需要比较大舱容的情况(比如装载轻货) ,可以先从满足舱容要求的角度来选取型深。型深的改变在主尺度之中对空船重量的影在船宽和船长之中要小得多。型深的改变在性能等方面,除了稳性之外对其他性能没有太大的影响。

2)而有些船舶对布置地位有要求的,型深要根据舱内的安装地位来选择,就像集装箱船的船舱舱内集装箱的层数,客船滚装船乘客甲板像这样的等等各类甲板之间的高度。主机吊缸高度对型深的限制对小型船舶来说都应注意。任何一种船舶都要满足最小干舷的要求在型深的选取的方面。

型深对稳性的影响要考虑各种各样的情况。大风压倾侧力距和重心升高等结果,增加型深会产生,甲板入水角增大的结果是增加稳性复原力臂曲线的积分面积和最大复原力臂对应横倾角是型深加大。为了对大倾角稳性可能会有有利作用,增加型深会导致重心升高并因此减小初稳性高是有效的。初稳性如果不足,可以通过增加船宽的手段来解决。但是考虑总纵强度这一方面来看,因为增加型深会十分大的加大船体剖面模数,所以对总纵强度的强化很有好处。由于总纵强度问题在相同船舶之中是不一样的,所以增加型深对改变船体钢料重量大小也不同,通常小船有比较大影响,大船没什么影响。

此船的型深为车辆甲板到船底的高度,为使车辆能顺利上下船,应使型深与港口相搭配,是车辆能尽量平缓行驶,且L/D为保证有足够的强度不应过小,经调查港口距离水面高2.2m,而且考虑到机舱高度2000KW主机高度约为为4m要留有足够的操作空间,综合考虑型深为6.1m。

1.6方形系数CB

浮力和快速性两个基本因素是在方形系数的选择上是需要考虑的.在通常选择 CB 时,很大的总纵CB对耐波性、操纵性等性能会有较大的的影响。

因为载重型船舶需要较大的浮力,选择大的 CB, B及L就可以减小,空船重量就可以减轻。但是CB的大小会严重影响阻力,所以,通常是选取不显著引起阻力增加的值,这样就可以配合Fn,通过这样的方式选择的CB也称为"经济方形系数"。确定"经济方形系数"来不让阻力增加,由经验公式来估算算是一种简单的方法。

经计算Fn=0.2417

由经验公式Cb=C-1.68*Fn=0.65

此船载重量较大为确保浮性,应选取较大的方形系数,同时此船对操纵性和快速性有较高要求不能过大,此船0.2lt;Fnlt;0.3为高速船,综合考虑取方形系数为0.65.

1.7重量浮性校核

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