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119.98m敞口集装箱船毕业论文

 2020-02-18 12:02  

摘 要

本文主要介绍了119.98m沿海敞口集装箱船的总体设计以及静水力、阻力、干舷、总吨以及完整稳性的计算。本次设计在充分分析了国内航运市场需求、航线特点以及设计任务书要求的基础上完成了船舶主要要素的确定,完成了型线设计以及总布置设计,利用CAD软件完成了型线图和总布置图的绘制,利用COMPASS软件完成了邦戎曲线计算、静水力计算以及典型载况下的完整稳性计算,采用图谱法完成了螺旋桨设计。

本船为沿海航区的敞口集装箱船,建造简单,装卸货物速度快,建造和营运成本低,符合我国沿海地区的航运行业发展现状。经过详细计算,本船在不同载况下的完整稳性以及干舷完全满足法规要求。

关键词:总体设计;性能计算;敞口集装箱船;沿海航线

Abstract

This paper mainly introduces the overall design of the 119.98m coastal open container ship and the calculation of hydrostatic force, resistance, freeboard, gross tonnage and complete stability. This design completed the determination of the main elements of the ship on the basis of fully analyzing the domestic shipping market demand, route characteristics and design task book requirements, completed the design of the line and the overall layout design, and completed the line drawing and total with CAD software. The layout of the layout drawing was completed by COMPASS software. The calculation of the state of the state, the hydrostatic calculation and the complete stability calculation under typical loading conditions were completed. The propeller design was completed by the map method.

The ship is an open container ship in the coastal navigation area. It is simple to construct, has fast loading and unloading speed, and has low construction and operation costs, which is in line with the development status of the shipping industry in China's coastal areas. After detailed calculations, the complete stability of the ship under different load conditions and the freeboard fully meet the regulatory requirements.

Key Words:Overall design; performance calculation; open container ship; coastal route

目录

绪论 1

第一章、设计任务书分析 2

1.1任务书分析 2

1.1.1船舶入级 2

1.1.2敞口集装箱船特点 2

1.1.3设计时的中心问题 2

1.1.4设计思想 2

第二章、全船说明书 4

2.1船型、航区及用途 4

2.2载箱量 4

2.3规范 4

2.4主要要素及性能 4

2.4.1主要尺度及船型系数 4

2.4.2航速、续航力及自持力 5

2.4.3船员定额 5

2.4.4稳性及干舷 5

2.4.5液舱容积 5

2.5总布置 5

2.6船体结构 5

2.6.1设计依据 5

2.6.2结构形式 6

2.6.3骨材间距 6

2.7舾装设备 6

2.7.1锚泊设备 6

2.7.2系泊设备 6

2.7.3救生设备 7

2.7.4消防设备 7

2.7.5信号设备 7

2.8动力装置 7

2.8.1主机 7

2.8.2减速箱 8

2.8.3螺旋桨 8

第三章、船舶主要要素的确定 9

3.1设计要求 9

3.2母型船资料 9

3.3主尺度初步估算 10

3.3.1船长L 10

3.3.2船宽B 10

3.3.3型深D与吃水d 11

3.3.4方形系数CB 11

3.4空船重量及载重量估算 12

3.4.1空船重量LW估算 12

3.4.2载重量DW估算 13

3.5主要性能估算 15

3.5.1浮性校核 15

3.5.2快速性校核 15

3.5.3初稳性校核 15

3.5.4横摇周期估算 16

第四章、型线设计 17

4.1型线设计思想 17

4.2型线设计方法以及步骤 17

4.3主要型线要素的确定 18

4.3.1棱形系数CP和舯横剖面系数CM的选择 18

4.3.2浮心纵向位置 18

4.3.3平行中体长度与位置 18

4.4型线绘制 19

4.4.1母型船型线改造 19

4.4.2作图步骤 19

4.5主要参数 20

第五章、静水力计算 21

第六章、总布置设计和舱容计算 22

6.1总布置设计 22

6.1.1概述 22

6.1.2总体规划 22

6.1.3主体舱室划分 22

6.1.4上层建筑 23

6.2舱容计算 23

第七章、螺旋桨设计 26

7.1船舶阻力估算 26

7.2螺旋桨设计 28

7.2.1螺旋桨形式的确定 28

7.2.2已知条件 28

7.2.3螺旋桨设计 29

7.2.4空泡校核 31

第八章、干舷校核 34

8.1基本干舷 34

8.2干舷修正 34

8.2.1方形系数对干舷的修正 34

8.2.2上层建筑和凸形甲板对干舷的修正 34

8.2.3非标准舷弧对干舷的修正 35

8.2.4甲板线位置对干舷的修正 36

8.3夏季干舷 36

8.4最小船首高度 36

第九章、吨位与舾装数计算 37

9.1吨位计算 37

9.1.1总吨位计算 37

9.1.2净吨位计算 38

9.2舾装数计算 38

第十章、完整稳性计算 40

结论 47

参考文献 48

附录 49

附录A邦戎曲线图和静水力曲线图 49

附录B静水力计算数据 50

致谢 57

绪论

近年来,随着我国沿海地区经济贸易的不断发展,集装箱港口数量迅速增长,吞吐量迅速上升,集装箱码头发展迅速,与世界上的一些发达国家的差距越来越小。随着海上港口贸易运输的迅猛发展,大量陆运散货开始转为海上集装箱运输,许多海上运输路线也纷纷与铁路、公路接轨,使得货物能够做到“陆—海—陆”式运输,而海上集装箱运输作为中间环节就显得尤为重要。

国内航行集装箱经过近十几年的发展,适合采用集装箱运输的货物已经从以前单一的货源,逐步发展到目前以粮食、矿石等低值重货为基础货源,其他货种为辅的货源结构。国际航行与国内航行的集装箱船在航线上有很大的不同,国际航线普遍较长,停泊的港口少,相对而言港口停泊时间较短,因此对最大货运量和航行速度要求都比较高,而国内沿海航线的集装箱船具有航线短,停泊港口多,靠岸时间长的特点,因此港口费和折旧维修费占比比较大,装卸货物速度越快,靠岸时间越短,港口费就越低,对于盈利就越有利。因此国际航行集装箱船并不适合用于国内海上集装箱运输,设计建造适合我国近海航区和我国国内营运特点的集装箱船已经成为了国内航运企业的迫切需求。

集装箱船船型根据开口形式可分为敞口集装箱船型和非敞口集装箱船型,根据有关文献资料,在同等主尺度下,虽然敞口集装箱船的最大装箱量和最大装箱重一般要略低于非敞口集装箱船,但敞口集装箱船装载货物灵活,装卸速度快,码头停靠时间短,故港口费远远低于非敞口集装箱船。从建造成本来讲,两种船型的主船体、上层建筑及甲板室结构以及甲板机械、主要舾装设备基本一致,船体建造成本基本相同,建造成本的差异主要来源于舱口盖。非敞口集装箱船的舱口盖上要堆放集装箱,故为重型舱口盖,用料较多,制作安装精度要求高,运输吊装困难,需要多工种协同作业,故建造成本要相对高些。相比较而言敞口集装箱船的建造成本和营运费用较低,而这些优点正是沿海航线集装箱运输所需要的,因此,敞口集装箱船是国内沿海航线集装箱运输的一个很好的选择。

此次设计船为钢质、单甲板、尾机型、119.98m敞口沿海集装箱船,航行于中国沿海航区,主要用于集装箱运输,既迎合了国内海上集装箱运输市场的需要,又符合我国沿海航线的特点,其设计与制造具有重大意义。

第一章 设计任务书分析

1.1任务书分析

1.1.1船舶入级

本船按“CCS”有关规范和法规设计,入级中国船级社。

1.1.2敞口集装箱船特点

  1. 为便于集装箱在货舱内的布置,提高舱室连续性和舱容利用率,多采用尾机型;
  2. 主尺度的选择很大程度上受到集装箱布置的制约,必须以满足集装箱布置要求作为主尺度选择的首要条件;
  3. 对于敞口集装箱船而言,快速性和稳性十分重要,必须在设计初期就确保其满足要求;
  4. 由于敞口集装箱船没有舱口盖,故必须有足够的干舷和船首高度,并具有满足要求的排水能力。

1.1.3设计时的中心问题

本船是一条集装箱运输船,在满足法规和钢规的各项规定的前提下,满足设计任务书的各项要求,达到应有的货运能力和航行性能,是设计时应当解决的首要问题。

1.1.4设计思想

本船为沿海敞口集装箱船,属于布置地位型船舶,在确定船型和总布置之后,应当首先保证任务书所要求的集装箱数能够合理布置,并以此确定船舶主尺度。然后估算船舶排水量和船舶重量,并进行浮性校核,若不能满足,则需要修改主尺度,直到船舶满足浮性方程。浮性校核完成后,对船舶进行快速性、初稳性等一系列性能校核,若不能满足要求,则需要修改主尺度或调整船舶总体布置,直到得出满足要求的最佳方案。

重量=

满足

重量≠△

修改排水量

或修改总体布置

修改主尺度及系数

不满足

图1.1 布置地位型船设计流程图

本船拟采用尾机型,从而保证货舱连续性,便于集装箱布置。由于敞口集装箱船对于稳性要求较高,故在舷侧和舱底设置压载水舱,以降低船舶重心,保证船舶具有足够的稳性和调整浮态的能力。

第二章 全船说明书

2.1船型、航区及用途

设计船为钢质、单甲板、艉机型沿海敞口集装箱船,航行于中国沿海航区,主要用于集装箱运输。

2.2载箱量

本船设计船舶箱位数480 TEU。

2.3规范

本船的船体、机械、设备的设计和制造主要是基于下述规则、规范进行:

  • 中国船级社(CCS)《国内航行海船建造规范》(2015)及其2016、2017修改通报
  • 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)及其2012、2014、2016修改通报
  • 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》(敞口集装箱船检验暂行规则2008)

2.4主要要素及性能

2.4.1主要尺度及船型系数

总 长: 119.98 m 方 形 系 数: 0.8575

垂 线 间 长: 115 m 水线面系数: 0.9558

水 线 长: 116.15 m 舯横剖面系数:0.9589

型 宽: 20.8 m 棱 形 系 数: 0.8942

型 深: 8.7 m 排 水 量: 10537.7 t

设 计 吃 水: 5 m 艏 舷 弧: 0.2 m

梁 拱: 0.2 m 尾 舷 弧: 0.4 m

2.4.2航速、续航力及自持力

静深水条件下试航速8 Kn,续航力1400 n mile,自持力14 天。

2.4.3船员定额

船 长:1人 轮机长:1人

大管轮:1人 大 副:1人

二 副:1人 三 副:1人

船 员:8人 合 计:14人

2.4.4稳性及干舷

稳性、干舷满足中华人民共和国海事局于2011年颁布的《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)及其2012、2014、2016修改通报以及于2008年颁布的《船舶与海上设施法定检验规则》(敞口集装箱船检验暂行规则2008)要求。

2.4.5液舱容积

根据COMPASS-RULES(Ver.2010)计算结果,本船压载水舱总容积3490.09m3,柴油舱总容积443.32m3,淡水舱总容积177.57m3,冷却水舱总容积42.11m3

2.5总布置

本船采用倾斜式艏柱,简易的闭式尾型,水平龙骨,双桨双舵尾机型,设有首楼、尾楼。全船共设7道水密横舱壁,分别位于FR2、FR6、FR20、FR61、FR117、FR156、FR162肋位;双层底自FR162肋位一直延伸至FR6肋位,它们与甲板、平台把全船分隔成下列一些空间和舱室。

2.6船体结构

2.6.1设计依据

本船船体结构材料、结构形式、骨材间距、构件尺寸、连接方式以及焊接规格等均按照“规范”的相关要求进行设计。

2.6.2结构形式

本船主船体及上层建筑和甲板室均为钢质全焊接结构。载货区域设双层底。船体结构采用混合骨架式,即载货区域为纵骨架式,其他区域为横骨架式。

2.6.3骨材间距

  1. 肋骨间距

尾~FR20, FR58~FR63,FR113~FR119,FR153~首 600 mm

其余肋距 700 mm

  1. 纵骨间距

船底及内底纵骨 615mm

甲板纵骨 550 mm

舷侧外板及内壳板 560/550/525 mm

2.7舾装设备

2.7.1锚泊设备

根据《钢质海船入级规范》(2018)计算得本船舾装数N=1232。

首锚采用斯贝克锚2口,每口锚重3540 kg;

配备CCSAM3级有档电焊首锚链,链径Φ46mm,总长度为522.5m。

2.7.2系泊设备

根据《钢质海船入级规范》(2018),配备:

  1. 拖索1根,36 ZAB 6×37S IWR 1670 ZS 770钢芯镀锌钢丝绳,破断负荷为770kN,长200m。
  2. 系船索4根,Φ48×8股丙纶长丝,每根长180m。

2.7.3救生设备

根据《国内航行海船法定技术检验规则》(2014),本船上甲板左右两舷各设一个15人自扶正气胀救生筏并各配登乘绳梯1部。首楼甲板配备6人气胀式救生筏1只,登乘绳梯1部。全船配备21件救生衣,救生服16件,救生圈10只。

2.7.4消防设备

根据《国内航行海船法定技术检验规则》(2014),全船设有19个消火栓和配19个水龙带箱,9L手提式泡沫灭火器7只、备用7只,手提式干粉灭火器5kg的13只、备用12只;机舱内配手提式泡沫枪1支,45L推车式泡沫灭火器1个。

2.7.5信号设备

根据《国内航行海船法定技术检验规则》(2014),本船罗经甲板上设后桅1根,钢板焊接结构,其上设有后桅灯1盏、桅顶式操纵用闪光灯兼雾灯1盏、信号灯6盏、失控灯2盏等必需的航行通导信号设备。

首楼甲板上设前桅1根,钢板焊接结构,其上设前桅灯1盏、前锚灯1盏。

信号设备除号灯、闪光灯设于指定位置外,号型、号旗、声响信号器具等按《国内航行海船法定技术检验规则》(2014)要求配齐。

2.8动力装置

2.8.1主机

本船配备YC6C820L-C20型主机两台,其主要参数如表2.1所示:

表2.1 主机参数

型号

YC6C820L-C20

持续功率/转速(kW(Ps)/r/min)

603(820)/1200

超负荷功率/转速(kW(Ps)/r/min)

663(900)/1238

最低燃油消耗率(g/kW•h)

≤195

机油消耗率(g/kW•h)

≤0.5

曲轴旋转方向(面向功率输出端)

逆时针

净质量(kg)

4700kg

外形尺寸(长×宽×高)(mm)

2482×1113×1968

2.8.2减速箱

本船配备HCT1600型减速箱,减速比为6.585:1。

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