1800 TEU远洋支线集装箱船动装设计毕业论文
2021-05-15 11:05
摘 要
本文对1800TEU远洋支线集装箱船进行了主推进动力装置，以及机舱设备的计算和选型，做了细致的计算说明。可作为同类型支线集装箱船的动装设计的模板。
船舶动力装置设计主要包括两个部分：一是主推进动力装置设计，二是机舱设备选型与布置。主推进动力装置设计中包括船舶阻力的计算、主机选型。船舶阻力计算是推进动力装置设计中关键的一步。船舶主机和螺旋桨匹配设计中,在设计的初期或不安排船模试验时,只能采用阻力近似计算的办法。船舶主机选型是根据船舶阻力通过初级匹配和终结匹配最终确定主机型号和螺旋桨要素。机舱设备选型与布置，是根据经验公式和船舶的设计规范将燃油管系、滑油管系、冷却水系统、压缩空气系统、舱底水系统、压载水系统、消防系统、生活水系统和机舱通风系统等分别进行计算和设备选型[1]。
最后根据选定的主机和机舱设备，完成机舱设备的布置，生成轮机说明书、机舱布置图和管系图。
关键词：支线集装箱船 动装设计 主机选型 机舱设备布置
Abstract
This paper deals with the propulsion power plant of 1800 TEU ocean region al container ship , including the calculation of engine room equipment and the slection of these equipments, which is made by a detailed calculation. It can be used as the homologous type feeder dynamic loading of the container ship design templates.
Marine power plant design mainly includes two parts: one is the main propulsion power plant design, the second is the cabin equipment selection and arrangement. In the design of main propulsion power installation includes the calculation of ship resistance, the host selection. Calculation of ship resistance is a key step in the design of propulsion device. Ship host and propeller matching design, in the early stages of the design, will not be arranged ship model test, so the approximate calculation method of resistance is the only method to be adopted. Ship's host selection is based on the ship resistance through both the primary and finalize match to finally determine the host type and propeller elements.Cabin equipment selection and arrangement, is based on the empirical formula and design specification of the ship to do the calculation and equipment selection respectively of the fuel pipe, oil pipe, cooling water system, compressed air system, bilge water system, water ballast water system, fire fighting system, life system and engine room ventilation system [1].
According to the selected host and machinery, complete engine room equipment arrangement, generating turbine manual, cabin layout and piping diagram.
Key words: regional container ship dynamic designing main engine selection machinery arrangement
目录
目录 12
摘 要 14
1 绪论 16
2 主机选型及论证 16
2.2 给定技术参数 17
2.3 主机功率计算 17
3 机械设备估算及选型 22
3.1 船舶主要数据 22
3.2 航行设备 23
3.3 动力系统的计算 25
4 设备明细表 38
5轮机说明书 51
5.1 机舱布置及轴系 51
5.2 主要机械设备和油水舱柜 52
5.3 动力管系 57
5.4 滑油管系 60
5.5 压缩空气管系 61
5.6 船舶系统 63
致 谢 67
1 绪论
船舶主推进装置的优化与设计在船舶动力装置的设计中占据了十分重要的位置，它包含了动力机械及相关的船舶动力装置设备。船机桨匹配设计和主机优化选型设计都是推进装置设计中的十分重要的组成部分[2]。
柴油机仍然是当前水路运输载具的主要动力，而且也将在之后比较长的一段时间内将保持这种趋势。根据近几年的资料来看，这几年船舶的建造90%以上都是采用柴油机作为船舶的主要动力推进装置[3]。本文使用船舶阻力计算中的爱尔法计算，对于需要进行设计的船舶的有效功率Pe进行估算，而其中的关键在于得出并修正最后有效功率计算公式中的设计船型的C0值[4]。从而最终得到船舶的有效功率Pe，然后再进行相关的机桨初级和终级匹配设计运算并进行主机选型[5]。
2 主机选型及论证
2.1 螺旋桨相关参数的确定
2.1.1 螺旋桨直径的估算
通过查阅资料，对于单螺旋桨船舶，螺旋桨直径估算可使用书上提供的公式进行计算，螺旋桨直径一般为：D=（0.7~0.8）T，取系数为0.72，通过计算可得D=0.72×9.5=6.8m。
2.1.2 螺旋桨数目的选择
关于螺旋桨数量的选择，对其影响的因素也有很多，主要决定因素有以下几个方面：船舶的用途；船舶线型数据以及船舶吃水深度；主机型式、尺寸、布置位置和船舶轴系的高度；通过伴流分数、推力减额分数t和相对旋转效率可把孤立螺旋桨和孤立船体联系起来。因此，在选型之前应首先根据船型估计伴流分数、推力减额分数t和相对旋转效率，然后利用螺旋桨敞水系列图谱进行下一步的机桨匹配设计[6]。
2.1.3 推进系数
本船设计为单螺旋桨船，所以船舶伴流系数ω，可通过书本提供的公式计算得出：ω=0.50Cb-0.05，ω=0.285；
同时，推力减额系数t，可通过公式计算得出：t=kω ，k=0.50~0.70（流线型舵或反应舵) ，经计算得t=0.7×0.285=0.20。
2.2 给定技术参数
表2.1主尺寸与要素
名称 | 数据 | 名称 | 数据 |
总长 | 174.30m | 设计吃水 | 9.5m |
设计水线长 | 172.50m | 方形系数 | 0.67 |
垂线间长 | 167.00m | 排水体积 | 29300m3 |
型宽 | 27.60m | 续航力 | 8000nm |
型深 | 15.90m | 设计航速 | 19kn |
2.3 主机功率计算
2.3.1 船舶阻力计算
船舶阻力计算方法，采用《船舶原理》上册中给出的经验公式估算阻力大小，具体采用爱尔法计算。
表2.2爱尔法有效功率估算表
水线长 Lw1=172.50m 垂线间长 Lbp=167.00m 型宽 B=27.60m 吃水 T=9.5m 排水量（海水）∆=29300t | 宽度吃水比数 B/T=2.905方形系数 Cb=0.67 纵向浮心位置 xc=0.5船后 L/∆1/3=5.35 ∆0.64=722 |
（续）表2.2
速度v（Kn） 傅汝德数vs/√gL 标准C0，查图7-3 标准Cbc，查表7-5 实际Cb（肥或瘦）（%） Cb修正（%）： Cb修正数量∆1 已修正Cb之C1 B/T修正（%）= B/T修正数量，∆2 已修正B/T之C2 | 19 0.244 400 0.65 0 0 0 400 -6.06 -2424 -2024 |
标准xc，%L，船中前或后，查表7-5 实际xc，%L，船中前或后 相差%L，在标准者前或后 xc修正（%），查表7-7（b） xc修正数量，∆3 已修正xc之数量C3 长度修正（%）= 长度修正数量，∆4 已修正长度C4 | 0.12船后 0.5船后 0.38后 1.6 2631.2 607.2 0.77 4.7 402 |
6860 9100.99 |
参考《船舶原理》上册一书，盛振邦、刘应中主编，上海交通大学出版社出版
2.3.2 初步机桨匹配设计
初步匹配设计使用MAU型螺旋桨图谱得到相关数据，采用定螺旋桨的方法：定螺旋桨直径D=6.8m。选为MAU4-55型螺旋桨，4叶桨，盘面比为0.55。推力减额分数t=0.20，伴流分数w=0.25，轴系传递效率ηs=0.98，相对旋转效率ηr= 0.98[7]。以下为初步匹配的相关步骤与匹配图：
表2.3
序号 | 名称 | 单位 | 数据 | |||
1 | 螺旋桨直径D | m | 6.8 | 6.8 | 6.8 | 6.8 |
2 | 船身效率 | 1.12 | 1.12 | 1.12 | 1.12 | |
3 | 进速 | kn | 14.25 | 14.25 | 14.25 | 14.25 |
4 | 有效功率Pe | kW | 9100 | 9100 | 9100 | 9100 |
5 | 假定一组转速n | r/min | 75 | 95 | 115 | 135 |
6 | 直径系数 | 35.79 | 45.33 | 54.88 | 64.42 | |
7 | 查图谱，由等值线与最佳效率曲线的交点P/D | 1.03 | 0.90 | 0.81 | 0.73 | |
8 | 敞水效率 | 0.73 | 0.69 | 0.63 | 0.56 | |
9 | 2.98 | 3.80 | 4.70 | 5.80 | ||
10 | 敞水收到功率 | kW | 6221.540 | 9982.115 | 15941.573 | 26827.478 |
11 | 主机功率 | kW | 6478.072 | 10393.706 | 16598.889 | 27933.651 |
（续）表2.3
12 | 桨克服的有效功率 | kW | 5086.731 | 7714.090 | 11248.374 | 16826.194 |
图2.1选定D，求n与
根据匹配图得到初级匹配结果：转速n=100r/min，由此可得=47.72查图谱得=4.2代入敞水收到功率计算公式得Pd=13444.13算得标定功率Ps=13998.46kW，以此数据进行下一步计算。
2.3.3 主机比较选型
主机选型要根据所设计船舶的需求来确定，本文所设计的为1800 TEU支线集装箱船，所以要选用低速柴油机，然后根据初步匹配设计的要求转：n=100r/min标定功率Ps=13998.46kW，在众多现有主机中选择最合适的主机。同时，在选择主机时，应该考虑以下的几点因素：
- 主机的重量，主机的重量对船舶的载重有一定的影响，由于所设计的是集装箱船，所以要将主机选择重量较为轻的，减轻空船的重量。
- 主机的尺寸，主机尺寸小，可减少机舱体积，为货舱腾出空间
- 燃油滑油消耗低
- 主机寿命长及维修方便
- 主机的噪声低，震动小
- 主机启动迅速，运转可靠灵活
- 主机的缸数竟可能的少，行程长，以达到提高柴油机效率的目的
- 主机造价低
通过查阅资料，最终决定选用中基日造柴油机有限公司所制造的柴油机，通过调查其产品信息得到以下几款船舶主机数据，将在其中几款柴油机中进行柴油机主机的选择：
- ZHD-MAN低速柴油机 8L60ME-C8 缸径：600mm 转速：123r/min 功率：18720kW活塞行程：2022mm 重量426t 燃油消耗率：172g/kW·h
- ZHD-MAN低速柴油机 7L60ME-C8 缸径：600mm 转速：123r/min 功率：16380kW活塞行程：2022mm 重量354t 燃油消耗率：172g/kW·h
- ZHD-MAN低速柴油机 6L60ME-C8 缸径：600mm 转速：123r/min 功率：14040kW活塞行程：2022mm 重量326t 燃油消耗率：172g/kW·h
- ZHD-MAN低速柴油机 5L60ME-C8 缸径：600mm 转速：123r/min 功率：11700kW活塞行程：2022mm 重量286t 燃油消耗率：172g/kW·h
- ZHD-MAN低速柴油机 8L60MC-C8 缸径：600mm 转速：123r/min 功率：18720kW活塞行程：2022mm 重量453t 燃油消耗率：175g/kW·h
通过综合考虑，确定选择主机型号为：ZHD-MAN低速柴油机 6L60ME-C8，转速：123r/min，功率：14040kW，活塞行程：2022mm，重量326t，燃油消耗率：172g/kW·h，尺寸10182×3490×9675mm3的主机用以进行机桨匹配。
2.3.4 机桨终结匹配
终结匹配设计是根据所选定机型的主机功率及转速、桨效率、船身效率等来计算所能达到的航速和螺旋桨的最佳工况。以下为机桨终结匹配设计计算步骤：
