论文:七万四千吨散货船总体性能研究.pdf
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1、上海交通大学硕士学位论文 七万四壬吨散货船总体性能研究 上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究七万四千吨散货船总体性能研究 摘要七万四千吨散货船是江南造船(集团)有限公司自行设计建造的巴 拿马型散货船,是国际船舶市场上具有较高竞争力的散货船型之一。本文结合七万四千吨散货船叙述了散货船的特点,对各类散货船的总 体设计具有一定的参考意义。本文对如何根据船舶的设计要求,确定船舶的总体设计方案、重 量重心的估算、船舶阻力及航速的计算、船舶浮态及稳性计算等进行 了分析研究,总体方案的确定是一个逐步完善的过程;考虑总体方案 设计时,需同时考虑船舶在各种工况下的浮态及稳性;考虑稳性时,需考虑
2、船舶在各种工况下的完整稳性及蟹穆性。总体性能的研究与船舶的使用性能和安全性能有着密切的联系,而且是至关重大的。总体性能的某项指标达不到要求,对船舶的设计 来说,都将是致命性的失败。关键词:七万四千吨,散货船,总体豉计,总体性能,稳性/、/1上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究ENTIRETY PERFORMANCE RESEARCH FOR74000 DWT BULK CARRIERABSTRACT74000 DW T Bulk Ca r r ier is the Pa na ma s bulk ca r r ier designed a nd built by JIAN G
3、N AN SHIPY ARD.It is one of mor e competitive bulk ca r r ier s on inter na tiona l ship ma r ket.This pa per expounds the entir e per for ma nce of the bulk ca r r ier ta ken the 74000 DW T bulk ca r r ier a s a n exa mple.It ha s r efer enced va lue fbr entir ety per for ma nce r esea r ch of a ny
4、 bulk ca r r ier.How to deter mine a ll of the design a nd gener a l a r r a ngement a ccor ding to the dema nds,how to ca lcula te the r esista nce a nd the speed,sta bility in inta ct a nd flooding condition a r e a na lyzed a nd r esea r ched in this pa per.The deter mina tion of the entir ety de
5、sign is a gr a dua lly per fected pr ogr ess.The floa ting condition a nd sta bility of the ship on a ll loa ding conditions should be ta ken into a ccount on designing the gener a l a r r a ngement.The ca lcula tion of the sta bility of the ship must include the inta ct a nd da ma ged condition on
6、a ll loa ding conditions.The r esea r ch of entir ety per for ma nce ha s oscula ting a ffilia tion w ith the ship use per for ma nce a nd it is ver y impor ta nt.Any fa ctor could not sa tisfied w ith the r equest w ill br ing dow n the fa ta l fa ilur e on the designing of the ship.KEY WORDS:74000
7、 DW T,bulk ca r r ier,entir ety design,entir ety per for ma nce a ndsta bility上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究第一章前言1.1 概述随着世界经济的发展,钢铁和能源需求的增长越来越快,这已经影响到动力煤,铁 矿砂等散货的海运量的增长,同时谷物在散货运量中所占的比例也越来越大。这必然会 为全球干散货船队的扩展提供机遇,1999年一万至不足五万载重吨级的散货船,增加了 百分之一点五。新增的运力有三百五十万载重吨,总计运力为一亿一千九百三十万载重 吨。五万至不足八万载重吨级的散货船,增加了百分之三点七。
8、新增的运力有四百万 载重吨,总计运力为七千三百四十万载重吨。八万载重吨以上的散货船,增加了百分 之六点一。新增的运力有六百一十万载重吨,总计运力为八千三百二十万载重吨。整体 而言,1999年全球干散货船队扩大了百分之三点四,达二亿七千五百九十万载重吨。新 建吨位为一千三百六十万载重吨。2001年共交付116艘巴拿马型散货船。而2000年全 年才交付65艘.根据英国海运咨询公司(OSC)分析,未来15年,全球造船业将出现一派繁忙景 象,OSC在分析报告中指出,在今后15年中,世界新船年均需求量为2770万总吨,高 于20世纪90年代的2520总吨的水平,其中2004-2005年新船需求量最大,达
9、到2890 万总吨;在船型分类方面,油船所占比例最大,20002005年占总需求量的41%,达到 715万总吨;散货船占20%。2005-2010年油船所占比例将下降至3 2.5%,散货船升至27%.未来15年,全球运力年将增长40%。为了适应船舶市场的发展,增强企业的市场竞争力,江南造船厂开发设计出74000 吨巴拿马型散货船.与国际船舶市场上同类型的船舶相比,该船型快速性指标先进,具 有优越的技术性能、安全性和很高的经济性,在船舶市场上受到广大船东的好评,1999 年江南造船厂就先后接到香港、德国、希腊和中国远洋公司等国内外船东对该船型的定 单12艘.江南造船厂从八十年代就开始进行巴拿马型
10、散货船的开发设计及建造,先后为德 国、美国、希腊、新加坡及港台地区等多家航运公司建造了 70000吨级巴拿马型散货船。这种优良的船型在世界航运业受到很高的赞誉,被航运界誉称为“中国江南型”。74000 吨散货船就是以70000吨级“中国江南型”散货船为母型开发设计出的新船型.这艘74000吨散货船是江南造船厂为德国MPC公司建造的,设计要求如下:4上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究航区:本船设计航区为无限航区.本船按ABS规范设计,入ABS级定员:33人航速:压载状态(32000吨排水量),主机SMCR,1 6.4节满载状态,主机CSO(15%裕度),1 4.4节续航力:2
11、3000海里上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究第二章总体设计2.1主尺度确定1.母型船资料江南造船厂自行开发设计的70000吨巴拿马型散货船是一个较成熟的船型,该船型 快速性指标先进,设计合理,是一种经济高效的船舶。设计船在船型和结构上与该船型 具有很大的相似性。为了达到和超过它的各项优良指标,设计船取该船型作为母型船.母型船的主要参数为:船长 Lpp:21 5.00 米船宽B:3 2.26米型深D:1 8.7米设计吃水Td:1 2.5米结构吃水Ts:1 3.6米2.主尺度确定从船舶主尺度确定方法的不同特点来看,可分为两类问题,第一类船舶主尺度确定 的主要影响因素是船舶的总
12、布置,称为布置型问题;第二类船舶主尺度确定的主要影响 因素是重量、容量;称为非布置型问题。解决布置型主尺度确定问题的一般过程是:首先根据总布置要求初步拟定长、宽及 型深的最小值,然后根据尺度比的适宜值对长、宽、型深作适当调整,计算重量,选择 吃水,计算方形系数,最后进行性能校核,根据性能校核的结果,再调整主尺度,最后 确定主尺度。散货船的货物外形没有规则,主要的矛盾是容积是否满足要求,属典型的非布置型 问题,解决这类问题的一般思路是:根据母型船或系列船初步选定主尺度,然后从重量 入手,估算排水量,最后进行性能校核,确定最优主尺度方案。在本船主尺度确定时,为提高其经济性,主要从以下两方面去考虑:
13、第一,在满足 容积及布置要求的情况下,力求减小其主尺度,特别是力求缩短船长,以便减小船体钢 料的消耗量,降低造价.第二,在主机功率一定的情况下,力求获得较高的航速,以便 缩短航次的航行时间,提高运输能力。为此,尽量选择阻力较低而推进系数较高的主尺 度方案。但上述两点是有矛盾的,降低钢材消耗及造价要求船长较短,而提高航速则可 上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究能要求船长加长.因而在设计过程中可以这样考虑,即在满足航速不低于1 4.4节要求 及满足容积要求的情况下,选择尽量小的船长。设计船因巴拿马运河对船宽的限制,在主尺度方案比较时取四种船长和型深组成十 六个方案进行计算,计算
14、结果见表2.1.1。各方案的空船重量L,均由初始方案换算得到。换算中假定木作艇装重量W。及机电设备重量保持不变,各方案均与初始方案相同,该 两项重量之和一律取为23 90t.为了较准确的反映主尺度变化对钢料重量的影响,各方 案的钢料重量即是由初始方案的钢料重量。按模数LpLBD2换算得到的,即Wh.-Wh.xLpp/-W 7(UoL5BoDo0-5)各方案的容积由初始方案按模数LBD换算,即V产VxLR/(LoDo)各方案的机舱长度,首尾长度不变,长度变化仅为货舱区域的长度变化。在初始方案中 各专用容积计算为:货物舱所需容积:Vl=Wcx u XK=71 000 x 1.48 x 1.005=
15、105600 m3式中为除去油水以后的载货量一71 000tU为要求的最大货物积载因数一1.48 m7tK为舱内构件系数一L 005压载水舱所需容积根据压载航行状态的浮态要求确定。根据尾吃水全浸螺旋桨,最 大尾倾AO.01 5L,首吃水达到2.5 3%Lpp的要求,压载水舱所需容积约为V2r7600 M根据续航力及主机耗油量计算主机燃油总量应为24303主机燃油所需舱容为 V3=243 0/0.98=2480 m3,其中机舱区域深油舱等可提供约800 舱容,则在货舱区需提 供1680 nf舱容。则货舱区域所需总容积为V=1 24880 m航速估算根据兰泼法进行阻力计算所得有效马力曲线进行计算。
16、7上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究表 2.1.1方案号Lpp(m)D(m)B(m)T(m)Lpp15BDq 5wH(t)w0+wM(t)LwDW(t)(t)CBV(m3)VA(Kn)1215.0019.03 2.2614.0443 3 0093 4023 901173 0740008573 00.85612273 014.412215.0019.23 2.2614.044560093 9023 901178074000857800.85712403 014.403215.0019.53 2.2614.0449100946023 901185074000858500.858
17、12596014.3 94215.0020.03 2.2614.0454800958023 901197074000859700.85912919014.3 85217.0019.03 2.2614.0449500947023 901186074000858600.850123 88014.526217.0019.23 2.2614.0451800952023 901191074000859100.85112518014.517217.0019.53 2.2614.04553 00957023 901196074000859600.85212713 014.508217.0020.03 2.2
18、614.0461100971023 901210074000861000.85313 093 014.499220.0019.03 2.2614.0458800966023 901205074000860500.84012559014.7110220.0019.23 2.2614.0461200972023 901211074000861100.84112691014.6911220.0019.53 2.2614.0464800979023 901218074000861800.84212889014.6812220.0020.03 2.2614.0470700992023 90123 107
19、4000863 100.84313 220014.6713222.0019.03 2.2614.0465100980023 901219074000861900.83 412673 014.8214222.0019.23 2.2614.0467500985023 901224074000862400.83 512806014.8115222.0019.53 2.2614.0471200993 023 90123 2074000863 200.83 613 006014.7916222.0020.03 2.2614.04772001005023 901244074000864400.83 713
20、 3 40014.78通过计算和比较,设计船最后的主尺度方案确定为:船长 Lpp:21 7.00 米船宽B:3 2.26米型深D:1 9.20米设计吃水Td:1 2.50米结构吃水Ts:1 4.00米2.2总体布置总布置设计是船舶设计中一项非常重要的任务.总布置的结果对船舶的使用效能、航行性能、安全性能以及结构工艺性能有直接影响。总布置设计也是后续设计和计算的 主要依据.因此,在方案构思、排水量及主尺度确定和型线设计时,就需对船的总布置 有所设想。在总布置设计当中,会涉及到许多方面的矛盾,必须抓住布置中的主要矛盾,在解决好主要矛盾上下工夫,同时也要注意兼顾解决好非主要矛盾。在总布置工作中,除了
21、注意各类船舶布置上的特殊要求以外,还应遵循各类船舶在布置上的一般原则:首先应最大限度地提高船舶的使用性能,在对货船的布置设计中,应从保证货舱容 积、提高装卸货效率、保证货物运输中不受损伤等方面考虑;其次应注意对船舶原理性能、结构性能和安全性能的影响.在对货船的货舱布置设 计时,要注意解决好稳性和适航性间的矛盾,保证船舶在各种装载情况下有适宜的浮态 和稳性。从降低受风面积和重心高度以及改变开口位置等方面解决好大角稳性,合理的 布置水密舱壁以改善船舶的抗沉性和结构性能.保证良好的驾驶视线,合理的布置航行 和信号设备,以减少航行事故.此外,在布置上还要注意当事故发生时便于船员的施救8上海交通大学硕士
22、学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究和逃生等措施;在总布置设计中,还应该注意便于建造、修理、检查、保养以及设备的更换。在布 置各项设备时,除考虑设备自身占据的空间地位外,还要给予操纵、检查、维修等必要 的空间地位。确定结构空间(如双层底高度)要注意焊接工艺和装配的方便。确定机舱 开口时,要考虑到机器零件拆换时,吊出和吊入所需要的空间;最后,在经济、实用的前提下,适当注意造型美观和大方。在住舱和工作舱室的布 置时,还要适当注意船员生活的舒适性。本船设置一层连续甲板,八道水密横舱壁,双层底结构,双层底结构船中设置管弄 通道。在总体布置上按货舱区、机舱区、生活区来划分。首部F245防撞舱壁前设置首
23、 尖舱。货舱区F3 7至F245设置六道槽型水密横舱壁,七个货舱,顶边舱作为压载水舱,5号和6号货舱双层底内设置燃油舱,其余双层底舱均为压载水舱,4号货舱在风暴航 行时可作为压载水舱。机舱区F1 1至F3 7设置两层平台,布置主机、发电机等机器设备 及燃油深舱、柴油、滑油、汽缸油等小型油水舱柜。尾部F1 1后设置尾尖舱、淡水舱、饮用水舱及舵机房,生活区设置五层上层建筑。详细布置如图2.2.1,图2.2.2(一)主甲板布置F245之前为系泊设备布置区,左右舷各设有一台电动锚机及一 只9.9吨斯贝克锚。F3 7至F245为货舱区,共七个货舱及舱口盖,在5号和6号舱口之 间左舷设有甲板储藏室。在5号
24、货舱两舷外侧各设有一套引水员梯。FH至F3 7为居住 区,设有理货员办公室、防火控制站、苏伊士船员休息室、健身房、甲板工作间、低级 船员洗衣间、水手室、轮机员更衣室、医务室、冷库、操作间、食品储藏室、油漆灯间,空调间、氧气瓶储藏室和乙块瓶储藏室。F1 1以后为系泊设备布置区,左右舷各设有一 台电动绞缆机,尾部设有抛落式30人救生艇。(二)A甲板A甲板左舷设有一只6人救助艇,左右舷各有两只16人救生筏。生活区设有压载 控制室、高级船员休息室、高级船员餐厅、配餐间、低级船员休息室,低级船员餐厅、三个水手、厨房间、厨工室,A甲板左舷后部设有应急发电机室。(三)B甲板B甲板尾部设有一台4吨食物吊、机舱
25、棚及四只风机间。B甲板生活区设有大管轮室、机匠室、水手长室、大副间、木匠室、三管轮室、4人实习生室、大厨室、高级船员洗衣间.9上海交通大学硕士学位论文:七万四千吨散货船总体性能研究(四)C甲板为了工作方面的需要,船长室通常布置在驾驶室的后面或下一层的右舷,驾驶部门 人员也尽可能集中布置在右舷,轮机部门人员则相对集中于左舷。因此C甲板生活区右 舷设有船长室、船长办公室、二副室、三副室,右舷设有轮机长室、轮机长办公室、二 管轮室、电机师室。(五)驾驶甲板为了保证驾驶人员的视线少受阻挡,驾驶室一般位于最上层的驾驶甲板。海图室设 在驾驶室内的后部,与驾驶室没有固定的围壁分隔。驾驶甲板后部设有引水员室、
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