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船舶排水量的确定

发布时间:2019-07-10 07:22 来源:未知 编辑:admin

  船舶排水量的确定_工程科技_专业资料。船舶排水量的确定 船在某一装载情况下的总重量就是此时的排水量 ? , 它由各部分重量组成。 通 常咋设计中将排水量分成空船重量和载重量两部分,即 ? ? LW ? DW 式中: LW——空船重量(t

  船舶排水量的确定 船在某一装载情况下的总重量就是此时的排水量 ? , 它由各部分重量组成。 通 常咋设计中将排水量分成空船重量和载重量两部分,即 ? ? LW ? DW 式中: LW——空船重量(t) ,民船设计中通常将其分为船体钢料重量 WH 、舾装重量 WO 和机电设备重量 WM 三大部分,即 LW ? WH ? WO ? WM ; DW——载重量(t) ,包括货物、旅客、船员、行李、油水(燃油、滑油、淡 水等) 、食品、备品、供应品以及压载水等的重量。 1 空船重量的估算 一般将空船重量 LW 分成船体钢料重量 WH、 舾装重量 WO 和机电设备重量 WM 三大部分,下面分别对各部分重量进行估算。 (1)船体钢料重量的估算 WH 在初步拟定了新船的主尺度,并对船的布置特征有了初步设想,而其他设计 尚未开展的情况下,可以根据母型船的重量资料用粗略的方法估算钢料重量值。 下面采用平方模数法估算 WH 平方模数法 平方模数法是假定比例于主船体机构的面积,主要着眼于结构材料的数量, 其面积一般仅用 L、B、D 的某种组合来表示。平方模数法的一般表达式为 WH ? C H 1 L(aB ? bD ) 式中:a 和 b——系数,根据船型特征决定,如双层连续甲板船,a 取为 2,船 侧卫双壳体时建议 b 取为 2; WHO ,其中下标“O”表示为 LO (aBO ? bDO ) CH1 ——系数,取自母型船,即 CH 1 ? 母型船。 计算得 CH 1 ? WHO LO (aBO ? bDO ) WH ? CH1L(aB ? bD) t 1 (2)舾装重量的估算 Wo 的统计估算公式可以在相关文献中找到,由于舾装重量的离散性较大,因 此统计公式的估算结果很可能有较大的差异。 下面根据文献资料可以得到 Wo 的统 计公式: 多用途船 2 3 WO ? C( O LBD) (3)机电设备重量的估算 机电设备主要包括主机、辅机、轴系、动力管系、电气设备等项。 机电设备重量 WM 的估算方法也可以分为粗略的估算方法和较详细的估算方 法。这里采用粗略的估算方法,即按照主机功率估算 WM。 根据统计,机电设备的重量可以近似地按主机功率的平方根的关系进行换算。 对于主机为柴油机的机电设备重量 WM 可用下式初估: 0.5 WM ? C M (PD /0.7355 ) 式中: PD——主机功率 MCR(KW) CM——系数,可用母型船资料换算,缺乏母型船资料时,CM 可按以下范围取 值:对于中速主机,CM=5-6;对于低速主机,MCR 在 10000KW 以上时,CM=7-8, MCR 在 10000KW 以下时 CM=8-9. (4)排水量裕度 一般而言,在初步设计阶段,排水量裕度可取空船重量 LW 的 4%-6%,或者对 船体钢料重量 WH 取 3%-5%,对舾装重量 Wo 和机电设备重量 WM 各取 8%-10%. WH 取 3%,Wo 取 8%,WM 取 8% 1 载货量的估算 在载重量包括了货物、旅客、船员、行李、油水(燃油、滑油、淡水等) 、食 品、备品、供应品以及压载水等的重量。DW 已知,本船为 76000t,估算出除载货 量 WC 以外的各部分重量 Wi 以后,有 WC ? DW ? ?Wi 。 (1)人员及行李 人员重量是指旅客和船员的重量。在我国船舶设计中人员的重量通常按每人 平均 65kg 计算,人员所携带的行李根据航程和航线及不同人员的具体情况而定, 一般,每人行李的重量约为: (2)食品及淡水 根据人数、自持力天数及有关定量标准按下式计算: 2 总储备量 ?自持力(d) ? 人员数? 定量 (kg /(d ? 人)) 式中: 自持力 ? R VS ? 24 (d) R——续航力(n mile) ; VS ——服务航速(kn) 。 其中: ①食品定量通常按每人每天 5~4.5kg 计算。 ②淡水(包括饮用水和洗涤用水)的定量标准与航程、航线的气候条件(客 船还考虑其等级标准)等因素有关。通常海船取每人每天 100~200kg。远程航行船 如人身备有制淡装置,其淡水储存量也可相应减少。 (3)燃油、滑油及炉水的重量 ①燃油 对于一般运输货船,粗估时 WF 可按下式近似计算: 、 ?3 WF ? g 0 P 1 ? t ? k ? 10 式中: g 0 ——一切燃油装置耗油率 [kg /(kW ? h)],可近似取主机耗油率的 1.15~1.20, ; P1 ——主机常用额定功率(kW) t——航行时间(h) ,t ? R VS , k——考虑风浪影响的系数,一般可取 1.1~1.2 。 ②润滑油 重量估算中润滑油的储量按下式进行: W L ? ?W F 式中:对一般柴油机, ? ? 0.02 ~ 0.05,主机功率大航程远的船取小值。 ③炉水 炉水是指锅炉用水,其储备量仅需考虑蒸汽的漏失量。 (4)备品、供应品重量 备品是指船上备用的零部件、设备与装置,包括锚、灯具、损管器材、油漆 等。供应品是指零星物品,如生活用品、炊具、办公用品、医疗器械等。国外有 3 时将这部分放在空船重量内,我国一般将其放在载重量内,通常取为(0.5%~1%) LW。 3 排水量的初步估算 在已知载重量的情况下,排水量的第一次近似通常可应用载重量系数的方法 初步确定,即 ?? DW ?DW 式中: ? DW ——载重量系数 ? DW 的估算: 根据相关文献资料给出散货船? DW 的统计公式: ? DW ? 0.7666? 0.1304 ( DW DW 2 DW 3 ) - 0.0775 ( 5) ? 0.1294 ( 5) 5 10 10 10 DW 4 DW 5 - 0.1441 ( 5) ? 0.0469 ( 5) 10 10 该式适用于 DW=1t 4 船舶主尺度的修正 根据重力与浮力的平衡方法来修正之前初步拟定的主尺度,以使船舶重力与 浮力达到平衡。 所采用的计算公式及过程如下: ? ? WH ? WO ? WM ? DW 则 ? 的增量 ?? ? ?WH ? ?WO ? ?WM ? ?DW ? ?( W WH W )?? ? ?( O )?? ? ?( M )?? ? ?DW ? ? ? 整理归并后有 ?? ? ?DW W W ? ? W 1 ? ?? H ? ? O ? ? M ? ? ? ? ? ? ? N ? ?DW 式中 N 即为诺曼系数 4 N? 1 W W ? ? W 1 ? ?? H ? ? O ? ? M ? ? ? ? ? ? 在民船设计中,对各重量项与排水量之间的幂次关系可以作如下假定,大致 符合实际情况: 船体钢料重量正比于排水量的一次方; 舾装重量,其中 3/5 正比于 ?2/3 ,1/5 正比于 ?1/3 ,1/5 与排水量无关,即正比 于 ?0 机电设备重量,其中 3/5 正比于 ?2/3 ,2/5 与排水量无关 因此有: N? ? ? ? ? ? WH - 2/3?3/5 (WO ? WM) - 1/3?1/5?WO ? ? ? WH ? 0.467 WO ? 0.4WM 3 主机选型 新船的快速性估算在不同的阶段可以采用不同的方法,在本阶段,即方案构 思阶段一般采用简便、粗略的方法。这里,使用海军系数法对本船快速性进行估 算,并推出主机功率值,由此选定主机。 海军系数: C? ?2 / 3V 3 P 式中: ? ——排水量(t) V——航速(kn) P——主机功率(KW) C? ?O VO PO 2/3 3 4 航速校核: 有效功率的估算,采用兰普法进行,计算结果及步骤列于下表。 船中剖面系数 Cm ? 0.08 Cb ? 0.93,浮心位置 X b 取为船中前 2% L p p 处。 5 再用螺旋桨设计的通常方法,利用 MAU 图谱估算出本船在航速为 15 节左右 时推进系统的总推进系数约为 0.61 左右,考虑适当裕度,取为 0.608,则主机发出 功率为 11880KW,折算成推进功率为 表 2-3 有效功率计算 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 项目 v/kn v s /(m/s) 数值 VS / Cpd Ld ? r ?103 Ld/B ? r ?103 ? ?1 ? (5)?? (4) C Rt ?103 v ? Ld C FS ?103 CA ?C FS ? CA ?103 ? (9) ? (10) ? Cti ?103 ? (7) ? (11) vs /(m / s) 2 1/2?v s S / kg 2 2 R ti ? (12) ? (14) ?10?3 / kg B/d修正 ? (B / d ? 2.4) ? 5% R t ? (15) ? ?1 ? (16)? / kg v s / 75 /(m / s) 6 19 EHP ? (17) ? (18) ? 0.736/ KW 5 重心估算 船舶重心 G 的 X 轴坐标用 X g 表示,重心的 Y 轴坐标用 Yg 表示,因通常船的 左右舷重量分布是对称的,故一般 Yg ? 0 ,重心的轴坐标 Zg (即重心在基线以上的 高度)习惯上用 KG 表示。 由于缺乏母型船更详细的重量重心资料,现阶段采用粗略的方法估算船舶重 心的垂向高度。采用公式如下: Zg ? ?D 其中: D——型深 ? ——系数,取自母型船, ? 值得一般数值范围如下表 2-4: 表 2-4 船型 最小干舷船 富裕干舷船 客船 拖船 拖网渔船 油船 ? 取值范围 状态 空船 满载 0.62~0.65 0.60~0.65 0.62~0.68 0.58~0.68 0.65~0.80 0.70~0.85 0.75~0.83 0.60~0.66 0.70~0.80 0.70~0.78 0.55~0.59 6 稳性校核 稳性校核包括初稳性校核和大倾角稳性校核。 初稳性高度的估算按初稳性方程式进行。 GM ? Z b ? r ? Z g ? ?h 式中 7 GM ——所核算状态下的初稳性高度 Z b ——相应吃水下的浮心高度 r ——相应吃水下的横稳心半径 Z g ——所核算状态下的重心高度 ?h ——自由页面对初稳性高度的修正值,一般可直接取自母型船或按实际情 况估算 浮心垂向高度 Z b 和稳心半径可用近似公式估算 Z b ? a1d , r ? a2 B2 d CW ? ( 1 ? 2CB) /3 薛安国公式: a1 ? 0.948? 0.68 C CB ? 0.23( W ) 2 CW CB a2 的近似取值采用薛安国公式 0.083 CW a2 ? CB 因此,求得 1.81 Zb ? a1d , r ? a2 B2 d GM ? Z b ? r ? Z g ? ?h 我国《船舶与海上设施法定检验规则》 (国内,2004)对客船、货船、油船的 最低初稳性高度规定其 GM ? 0.15m ,本船符合相关要求。 7 横摇周期的估算 8 横摇周期 T? 随 GM 增大而减小,横摇周期短,摇幅大,会影响船舶安全作业, 因此,设计中总是在保证初稳性高度下限的同时力求船舶的横摇和缓。 T? 近似计算式 T? ? CB / GM 式中: C——系数,对于货船一般为 0.73~0.81(满载状态取较大值) 我国完整稳性规则(非国际航行船舶)中,横摇周期按照下式估算: T? ? 0.58f B2 ? 4 KG 2 GM 0 式中: f—— B / d ? 2.5 时的修正系数,在法规的规定中 f 以表列数据给出,近似关系 为 f ? 1 ? 0.07( B / d ? 2.5) , B / d ? 2.5 时,f 取 1.0 GM 0 ——未计及自由液面修正的初稳性高。 本船 B / d ? f ? 1 ? 0.07( B / d ? 2.5) B2 ? 4 KG 2 T? ? 0.58f GM 0 8 舱容校核 假定以下数值: 梁拱 f ? B / 50 中剖面系数 Cm ? 0.08 Cb ? 0.93 棱形系数 C p ? 平均舷弧: 8.1 上甲板以下的总型容积计算 Vh ? CbD L pp B ( D ? 1 f ? Sm ) 2 Cb Cm 式中: 9 Vh ——上甲板以下总型容积; Cb D ——吃水为型深时的方形系数。 D?d 3d 1 Vh ? CbD L pp B( D ? f ? S m) 2 CbD ? Cb ? (1 ? Cb ) 8.2 各种用途舱室容积计算 (1)上甲板以下货舱所需型容积 货舱所需的容积 VC 与要求的载货量、货物的种类和包装方式以及装载形式等 有关,按下式计算: VC ? WC ? ? c / kC 式中: VC ——货舱所需的型容积( m3 ) WC ——载货量(t) ?C ——货物的积载因素( m3/t ) k C ——容积折扣系数 表 2-5 部分货物的积载因素 ?C 货物种类 煤 型式 散 散 小麦 袋 散 大豆 袋 1.34 ~ 1.45 1.17 ~ 1.45 1.34 ~ 1.64 — 标准值 1.43 m /t 3 ?C /( m3/t ) 1.17 ~ 1.34 1.39 ~ 1.48 1.22 ~ 1.34 休止角/(°) 30° ~ 45° 备注 随产地及含水量而异 煤粉 35° ~ 37° — 标准值 1.34 m /t 标准值 1.49 m /t 3 3 考虑亏舱,一般舱容的亏损量大致如下表 2-6。 表 2-6 舱容的亏损量 10 一般包装的杂货 散装货 木材 10% ~ 20% 2% ~ 10% 5% ~ 50% 表 2-7 舱室结构折扣系数 双层底舱 液舱 首尖舱 尾尖舱 深舱 0.97 ~ 0.98 0.975 ~ 0.985 0.96 ~ 0.97 0.985 ~ 0.99 货舱 端部货舱 中部货舱 甲板尖舱 冷藏舱 0.98 ~ 0.99 0.99 ~ 0.995 0.985 ~ 0.99 0.7 ~ 0.8 对于装载燃油、滑油、成品油等油料的液舱,由于油料受热会膨胀,不能装 载,因此这类舱最大装载容积为净容积的 97% ~ 98%。包装容积通常取净容积的 90% ~ 93% (2)机舱容积 VM 机舱所需容积实际上由机电设备布置地位所需的机舱长度 LW 和机舱位置所决 定,已知机舱所需长度 LW 和位置时可按下式估算机舱容积: VM ? K M LM B( D ? hDM ) 式中: K M ——机舱段体积丰满度系数,丰满船机舱在中部的可近似取 1.0,中尾机 和尾机型可参照母型船资料选取 hDM — — 机 舱 双 层 底高 度, 一 般 中 等 大小 的 船为 1.2 ~ 1.5m , 小 型船舶 0.9 ~ 1.2m,也可以参考母型船选取。 (3)压载水舱容积 V B 船舶在营运中,有不少情况是无货航行,为了保证船舶空放航行时所需的适 航性能,通常需要压载。 设计初期,压载水量可按照下式估算: Wb ? kb DW 11 式中 k b ——系数,一般取 0.2-0.5,可取自相近母型船。 压载水舱型容积 V B 可按下式计算: Wb ?k 对于海船,通常用海水作压载水,其密度 ? 为 1.025,而型容积利用系数 k 为 Vb ? 0.975, ? 与 k 相乘接近于 1,故有: Vb ? Wb ? kb DW (4)油水舱容积 VOW 船上油水舱包括燃油舱、淡水舱、滑油舱,污油水舱等,这些舱所需容积可 按储存量来计算: VOW ? ? Vi Vi ? Wi ?i ? kCi 式中: Wi ——油水等储存量(t) ? i ——油水的密度,一把重油取 0.89 ~ 0.9,轻油(柴油)取 0.84 ~ 0.86,淡水 取 1.0 kCi ——容积折扣系数,对于水舱可取结构折扣系数,对油舱再考虑膨胀系数 0.97 ~ 0.98,重油舱内因需设置加热管系,故还要占去 3%左右的容舱,实船设计 中该系数的取值还应注意与轮机部分的设计相互协调。 ①淡水: 淡水储备 W1 ? 淡水舱舱容 V1 ? ②燃油 燃油储备 W2 ? WF 其中 20%为轻柴油, 重度为 0.84, 其余为重柴油, 重度为 0.91。 燃油舱舱容 V2 ? W1 ?1k1 W2 。 ? 2 k2 12 ③滑油 滑油储备 W3 ? W 滑油舱舱容 V3 ? ④锅炉水 锅炉水储备 W4 ? 锅炉水舱舱容 V4 ? 综上油水舱容积 W4 ? 4 k4 W3 ? 3 k3 VOW ? V1 ? V2 ? V3 ? V4 8.3 校核 现阶段,本船容积校核采用较为粗略的全船容积校核方法来对舱容进行校核: VC ? VM ? VB ? VOW ? Vh , 13 14 参 考 文 献 [1]刘寅东.船舶设计原理[M].北京:国防工业出版社,2010.8 [2]王运龙,纪卓尚.林焰.散货船现状及其发展趋势[J].船舶工程,2006 年第 1 期 [3]林焰,陈明,王云龙,王世连.船舶设计原理(第三版)[M].大连:大连理工大学出 版社,2011.8 [4]林肇富.70000 吨级散货船设计建造的改进与展望[J] .沪东技术情报,1996 年 .第 1期 [5]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册(总体分册)[M].北京:国防工业出版社, 1998 [6]中国船舶工业集团公司第 708 研究所. 船舶规则规范参考[M]. 北京: 国防工业出版社, 201 8 [7]刘颂军.75000 吨巴拿马型散货船总体设计[D].哈尔滨工程大学工程硕士论文,2008 [8]朱美琪,潘伟文,李树范.运输船舶设计特点[M].大连市:大连海运学院出版社,199 12 [9]中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京:人民交通出版社,2012. 15 致 谢 本次 76000DWT 散货船的设计,使我对于船舶的设计流程与理念有了全面的 了解。在设计过程中,我回顾了大学四年的主要课程,通过温习掌握了学习过的 知识,同时也为解决各种问题学习了新的内容,弥补了我在专业知识上的不足。 本次毕业设计的完成,首先要感谢张爱锋老师和甄春博老师。两位老师不仅 在论文工作伊始便提供给了许多参考素材与珍贵的文献材料,还在观点、方法、 规范与诸多细节上都给予了我悉心的指导。在此谨向张爱锋老师和甄春博老师致 以诚挚的谢意和崇高的敬意。 同时,我要感谢我们专业的全体老师,是他们传授给我各方面的知识,拓宽 了我的知识面,对毕业设计的完成不无裨益。 最后,还要感谢同组的同学们,正是因为有你们的支持与帮助,本次毕业设 计才能顺利完成。 16 附录 1 型线

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