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1、500吨油船方案设计1设计任务书1.1 船舶用途，航区本船为川江成品油船本船航行于武汉重庆的长江航线，经过三峡库区本船航区满足B，C，K级航区，J2级航段本船为尾楼，双螺旋桨，柴油机油船1.2 设计和建造规范本船按照钢质内河船舶入级建造规范(2002)和内河船舶法定检验技术规则(1999 中国船检局)进行设计和建造1.3 船舶的主要尺度及型线本船设计平均吃水为2.20m，其他尺度根据最佳型线及经济性选定1.4 载重量及货油舱船舶满载时载重量为500t ，货油密度按0.84t/计，船舶货油舱长及位置满足规范及1973年国际防止船舶造成污染公约及其1978年议定书，设置双底双壳，有专用压载舱，其容
2、积符合公约要求1.5 航速与续航力满载速度不小于16km/h，续航力为2800km1.6 稳性与适航性本船应满足我国船检局稳性规范对B级航区，J2航段的要求，各种装载情况横摇周期不小于10s，首尾吃水差不大于0.015L(m)，螺旋桨全部埋入水中，满载航行时无首倾1.7 船体结构船体结构采用纵横混合骨架形式1.8 船舶设备及甲板机械对货油装卸设备，安全，消防设备，救生设备，管系设备，锚机，舵机，绞缆机等都提出较详细规定(从略)1.9 动力装置主机:采用淄博柴油机厂Z6170ZLC-2，260KW2台锅炉:设全自动燃油锅炉一台1.10 电气设备对电源种类，配电系统，电缆及照明，通讯导航设备等方面
3、的要求(从略)1.11 船员定额及舱室布置船员定额为18人船员中由船长，轮机长，水手，厨工，报务员等组成对船员舱室布置要求:船长，轮机长为单人房间，其余均为四人间对公共舱室的要求:小餐厅一间，公共厕浴室一间2 主尺度的确定2.1 母型船资料为了解决设计要求中吨位小，装载量大和主机功率小，吃水浅而航速要求高这两大矛盾，本文广泛收集了国内外现有中小型油船的资料并加以分析，从中吸取其优点与本设计船相近载重量的母型船主尺度资料如表2.1所示,其详尽资料见附录一.2.1母型船资料300t 600t 700t 1200t 2000t 2000t 2560t 3000t Lwl49.44 55.00 Lpp
4、4046.00 53.90 72.00 82.00 78.70 83.00 85.80 B10.510.60 7.80 13.60 13.60 13.60 13.80 14.80 D2.13.60 4.00 3.20 4.10 4.00 4.50 4.80 T1.32.40 3.60 2.40 3.20 3.20 3.60 3.80 Cb0.75 0.77 0.77 0.80 0.80 Cm0.9850.9640.9690.974Cp0.7850.7980.8230.817L/B3.81 4.34 6.91 5.29 6.03 5.79 6.01 5.80 B/T8.08 4.42 2.17
5、5.67 4.25 4.25 3.83 3.89 D/T1.62 1.50 1.11 1.33 1.28 1.25 1.25 1.26 L/T19.05 12.78 13.48 22.50 20.00 19.68 18.44 17.88 排水量.1028.50 1147.07 载货量280.00 600.00 783.45 0.58 0.61 0.74 0.77 0.77 2.2 空船重量计算空船重量LW按船体钢料重量Wh舣装设备重量Wf及机电设备重量Wm三大项来估算船体钢材重量采用混合模数法 Wh=Ch*(L*B*D+L* (B+D) 取Ch=0.090舣装设备重量采用平方模数法 Wf=Cf
6、*L*(B+D) 取 Cf=0.029机电设备重量Wm=Cm*BHP 取Cm=0.129 其中 BHP为主机额定功率，本船主机采用2260KW柴油机.(注:在空船重量计算中采用的系数都是根据母型船资料确定)2.3重力浮力平衡及主尺度的确定采用诺曼系数法进行重力浮力平衡(其具体方法参阅 大连理工大学出版社)诺曼系数 N = 当|DW-DW|1t时，不满足，保持Cb，D，d 不变，改变Lpp和B，其改变量按下式计算:其中， DW为任务书规定的载重量 DW为设计方案的载重量根据空船重量，诺曼系数法过程编制程序(见附录一)选择七个不同的主尺度的初始方案，得到的结果如表2.2表2.2主尺度方案方案Lpp
7、(m)B(m) (m)Cb(m)方案1初定46.000 10.600 0.700 终定47.134 10.860 0.667 749.000 0.665 方案2初定47.000 10.400 0.700 终定48.198 10.665 0.666 750.648 0.638 方案3初定48.000 10.000 0.700 终定49.072 10.223 0.670 746.163 0.650 方案4初定49.000 9.500 0.700 终定49.880 9.670 0.676 740.000 0.670 方案5初定50.000 9.500 0.700 终定51.054 9.700 0.6
8、72 744.361 0.657 方案6初定51.000 9.500 0.700 终定52.285 9.739 0.666 750.234 0.644 方案7初定52.000 9.500 0.700 终定53.528 9.779 0.661 756.200 0.631 :设计一条新船，要保证浮性，稳性，快速性，容量，布置等技术要求，要满足船坞，船台，航道等限制条件，还要得到最佳的经济效益.本船的设计主要考虑的是船舶的经济性，即在一定的主机功率(2260KW)下达到较高的航速.在估算设计船的航速的时候采用海军部系数法，在7个不同的方案中，取航速较高，且各尺度比合理的作为最终方案海军部系数法中，
9、采用内河船设计手册546页长江B级航区油船为参考母型船c=690.87v= 分析海军部系数法，我们不难看出，对于同一条母型船，在相同的主机功率下， 越小，则速度越大，而越小同时可以在相同载重量下空船重量也越小，从而降低船舶的造价，出于以上考虑，故选择方案4为本船主尺度的最终方案，具体数据如下:两柱间长 = 49.880 m 水线间长 = 1.03= 51.38 m 型 宽 B = 9.67 m型 深 D = 3.00m 吃 水 d = 2.20m 排水量 = 740 t 载重量系数 = 0.676方形系数 Cb = = 0.670其中 =1.00是水的密度 中横剖面系数 Cm=0.965根据P
10、117由Cb选取棱形系数 Cp = = 0.6943 性能校核3.1 航速校核本船采用海军部系数法进行航速校核，取内河船设计手册546页长江B级航区油船为参考母型船c=690.87v=16.38km/h满足航速要求3.2 容积校核本船的容积校核采用与P138相近的方法进行计算本船采用双底结构，按2002版钢质内河船舶入级与建造规范，双层底的高度h取800mm， 双层壳厚度取800mm.若使本船容积满足要求则有: 及 (-)式中， 为货油舱能提供的容积， 为货油区能提供的总容积， 为货油所需的容积， 为压载所需容积， 本船能够提供的总容积按下式统计式计算:=BD =0.6596+0.6747-0
11、.3022=1-d/D(1-)式中， =0.983为货油区长度，本船取为31m为货油区长度利用系数， =/Lpp=31/49.88=0.621则 =0.6596+0.67470.7730-0.30220.7048=0.9681=1-2.2/3(1-0.983)=0.988本船能提供的总容积 =BD =0.96813511.443.000.988=1149本船货油舱能提供的容积按下式计算: =(0.25+0.702)(0.95+0.018b)= (0.250.670+0.702)(0.95+0.0180.8) = 1.094 = (B-2b)(D-h)= 1.09431 (9.67-1.6) (
12、3-0.8) = 603本船主机燃油消耗率为198g/kWh，航程为1370km，航速为16.38km/h，燃油储备10%，则双程燃油重量为:226021981370/16.38/1000=19t滑油重量占燃油的10%，为1.9t淡水10吨船员备品及食品7吨余量10吨载货量Wc =500-19-1.9-10-7-10=452吨本船货油所需容积=k/式中， k = 1.01，考虑货油膨胀及舱内构架系数 = 452t，载货量 = 0.84，货油密度则=1.01449/0.84=542压载水容积为=0.4DW=200综上，经计算可知 -容积满足要求3.3 干舷校核夏季最小干舷F按下式计算: F =
13、+ (mm)式中 ，船的基本干舷，mm；船长小于100m的船舶的干舷修正，mm；方形系数对干舷的修正，mm；型深对干舷的修正，mm；有效上层建筑和围蔽室对干舷的修正，mm；非标准舷弧对干舷的修正，mm；(1) 基本干舷按中有关规定该船为 A型船舶 ，查P70表3.8得其基本干舷 =443 mm(2) 船长小于100m的船舶的干舷修正 按公约仅对B型船进行修正，对于本船= 0 mm(3) 方形系数对干舷的修正 =(+)() (mm)本船 =0.670，可得 =3mm(4) 型深对干舷的修正 =(D - )R (mm)本船 D=3.00m ， L=49.88m，R=L/0.48由于D - 干舷满足
14、规范要求3.4稳性校核初稳性高度的估算按初稳性方程式进行。GMZbrZgh式中，GM 所核算状态下 的初稳性高度；Zb 相应吃水下的浮心高度；r 相应吃水下的横稳心半径；Zg 所核算状态下的重心高度；h 自由液面对初稳性高度修正值，可取自母型船。本船采用近似公式估算Zb和r. Zb=a1d r=a2B2/d系数a1， a2采用王彩当近似公式估算 a1 0.850.3720.6700.770.526a2=(0.1363 C-0.0545)/Cb=(0.13630.77-0.0545)/0.670=0.075Zb = a1d=0.5262.2=1.158mr =a2B2/d=0.0759.672/
15、2.2=3.2mZg =0.6D=0.63=1.8mh =0故得到初稳性高GM= ZbrZgh=1.158+3.2-1.8=2.558m0.15m稳性满足要求.4 型线设计4.1 绘制横剖面面积曲线梯形作图法首先梯形ABCD，使AB=Am，AD=Lwl，然后作等腰梯形AEFD，若面积AEFD=本船的水下体积，则 BE=FC=Lwl(1-Cp)得到的等腰梯形AEFD浮心纵向位置位于船中，如果浮心位置Xb不在船中，则可对AEFD进行改造，得到梯形AD，其中E=F，等腰梯形AEFD，面积心G的高度为 OG= 此时梯形AD的面积与AEFD相同，其面积心位于G点.得到斜梯形AD后，可按照面积相等原则绘制
16、出横剖面面积曲线，式中B=(1-Cp)Lwl + C=(1-Cp)Lwl - 求解各站横剖面面积采用程序进行，在程序中计算020站，包括0.5，1.5，18.5，19.5站，其面积用Ai/Am表示.本船浮心纵向坐标暂定为船前2%根据P189，本船进流段长度暂取45%，平行中体10%，去流段45% 经程序计算可得各站的Ai/Am数值如表4.1:表4.1站号00.511.523456Ai/Am0.03650.11470.22510.30610.38020.52470.65960.77950.8787站号789101112131415Ai/Am0.95170.99291110.99130.96570
17、.91930.8485站号16171818.51919.520Ai/Am0.74970.61910.4530.35560.24790.12950其中Am=BdCm=1144022000.983=24740144()绘制横剖面面积曲线如图4.1.图4.1 横剖面面积曲线横剖面面积曲线绘制完成后，重新计算其形心即设计船的浮心纵向坐标正好在船中，即0%4.2 半宽水线的绘制 半宽水线根据母型船半宽水线，由型宽比换算得到，具体形状见型线图4.3 横剖线的绘制同样由程序可得前体各站横剖面的型值，源程序见附录二,其原理如下:前体各站的横剖面形状可看作是一条三次曲线，在基线处斜率为0，而半宽值可由母型船换算
18、得来，同时横剖面的面积是已知的，因此三次曲线的四个参数就可以确定.后体的横剖面形状在保证面积与横剖面面积曲线上数值相等的前提下参照母型船的形状绘制，具体形状见型线图.4.4 水线图的绘制在横剖线完成后，在各站横剖线不同水线处量取半宽值，在水线图上绘制出不同水线的水线图， 具体形状见型线图4.5 纵剖线的绘制纵剖线根据已经得到的半宽水线绘制， 具体形状见型线图4.6 编制型值表在横剖面图、水线图、纵剖线图绘制完毕后，量取型值，编制型值表，注字及标注很必要的尺寸及符号具体见型线图5总布置设计本船属于川江及三峡库区500吨成品油船，由于实践经验不足，总布置设计主要参考1000吨级简易原油船和川江及三
19、峡库区2000吨级成品油船总布置设计图5.1 货油舱区按照防污染公约的要求，本船货油区采用双底双壳结构，双底双壳处设置压载水舱，双层底的高度为800mm，双壳的宽度为800mm，肋骨间距为600mm货油舱占船长的比例较大，考虑到装卸货物的需要，本船采用尾机型，货油舱区从22至75，中间加一条纵舱壁，两侧货油舱对称分布，纵向分为5对货油舱。其分布如下:NO.5对货油舱 22#33#NO.4对货油舱 33#44#NO.3对货油舱 44#55#NO.2对货油舱 55#66#NO.1对货油舱 66#75#货油舱舱容计算如下:货油舱各断面的剖面形状如图5.1图5.1 货油舱各断面的剖面各货油舱断面面积经
20、测量如表5.1:表5.1货油舱断面的面积(单位，)22#6站7站8站9站10站11站1720081017200810179692801830066018356520183565201835652012站13站14站15站16站17站75#1828890018087510177229501716729016053030142903918793706绘制舱容曲线如图5.2图5.2舱容曲线得到货油舱区的总容积为550，满足容积要求5.2 其它舱区 首尖舱位于76#81# 货油舱两端各设一道隔离舱，长度为一个肋位 污油舱位于19#21#燃油舱位于15#19#机舱位于 6#15#. 主机:采用淄博柴油机
21、厂Z6170ZLC-2，260KW2台尾尖舱兼做清水舱，位于6#至船尾5.3 上层建筑及舱室本船尾部上层建筑共有三层，至下而上分别为艇甲板，驾驶甲板和顶棚甲板,本船共有船员18人，分别居住于驾驶甲板，艇甲板和主甲板上。具体布置看总布置图6 满载出港情况下的浮态及初稳性计算6.1 满载出港情况下的浮态计算在下表中，空船的重心位置根据2000t母型船资料由型深比换算而得，母型船的数据附表；人员食品及备品，燃料，淡水，余量的重心位置由总布置图量取，货油的重心纵向坐标由舱容曲线的形心确定，如表6.1表6.1序号项目重量(t)垂向纵向距基线距船中（前）距船中（后）力臂(m)力矩(t m)力臂(m)力矩(
22、t m)力臂(m)力矩(t m)1空船2402.48595.20 3.27784.80 2人员食品及备品75.6139.27 19.5136.50 4燃料191.83534.87 13.58258.02 5滑油21.93.80 15.6431.28 6淡水102.121.00 23230.00 7货油4521.96885.92 4.5022034.90 8余量10330.00 18.94189.40 总计7402.18 1610.0 -0.547 -404.90 本船静力水曲线由程序根据船体型值计算得到数据，自行绘制后如附录三.本船在满载出港情况下浮态及初稳性计算如表6.2(表中数据取自表6.
23、1和静力水曲线)表6.2 序号项目单位符号及公式数值1排水量t7402排水体积m37403平均吃水m2.2154重心距船中m0.5475浮心距船中m0.746纵倾力臂m-0.1937纵倾力矩t m-143 8每厘米纵倾力矩t m16.959纵倾值m-0.084 10漂心距船中m-0.419 11首吃水变化m-0.043 12尾吃水变化m0.041 13首吃水m2.157 14尾吃水m2.241 15重心距基线m2.1416横稳心距基线m6.2617初稳性高m4.1218自由液面修正值m019修正后的初稳性高m4.12图6.16.2最小倾覆力臂 本船航行于B级航区，应用计入横摇影响后的动稳性曲线
24、来确定最小倾覆力臂 (1)横摇角 本船在计算横摇角时，考虑波浪对船舶横摇的影响，按下式计算: 系数按船舶自摇周期及航区选取， 按下式计算: =式中 所核算载况下船舶最大水线宽度，m，本船为9.67md所核算载况下船舶的型吃水，m，本船为2.2m所核算载况下船舶未计及自由液面修正的初稳性高，m，本船为4.12m则=4.08根据P6-5表格， 为0.179系数按下式计算:=式中 d 所核算载况下船舶的型吃水，本船为2.2mKG所所载况下船舶重心到基线的垂向高度，本船为2.18m则=0.468系数按下式计算: =式中 当时，取=10.本船为4.40 f 按船舶自摇周期选取.为 P6-6表格，本船为0
25、.00855则=0.01955系数按舭龙骨面积由P6-6表格选取，本船选为0.98， 则=0.98综上，本船的横摇角=10.08(2) 稳性插值曲线和静稳性曲线本船稳性插值曲线由程序计算得到数据，插值后得表6.3:表6.3横倾角（度）0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ls（从稳性横截曲线上查得）0.00 0.43 0.80 1.08 1.28 1.46 1.61 1.75 1.86 1.96 sin0.00 0.09 0.17 0.26 0.34 0.42 0.50 0.57 0.64 0.71 (KG-KS)sin0.00 0.19 0.38 0.56 0.75 0.9
26、2 1.09 1.25 1.40 1.54 l=ls-(KG-KS)sin(m)0.00 0.24 0.42 0.52 0.53 0.54 0.55 0.52 0.48 0.42 弧度值0.00 0.09 0.17 0.26 0.35 0.44 0.52 0.61 0.70 0.79 横倾角（度）50 55 60 65 70 75 80 85 ls（从稳性横截曲线上查得）2.03 2.07 2.08 2.08 2.04 2.00 1.93 1.83 sin0.77 0.82 0.87 0.91 0.94 0.97 0.98 1.00 (KG-KS)sin1.67 1.79 1.89 1.98
27、2.05 2.11 2.15 2.17 l=ls-(KG-KS)sin(m)0.36 0.28 0.19 0.10 -0.01 -0.11 -0.22 -0.34 弧度值0.87 0.96 1.05 1.13 1.22 1.31 1.40 1.48 根据以上表格绘制静稳性曲线如图6.2:图6.2(3)动稳性曲线查静稳性曲线，列表6.4:表6.4横倾角（度）静稳性臂l(m)成对和自上至下和i动稳性臂ld=1/2i(m)00.00 00050.24 0.24 0.35 0.015 100.42 0.66 0.90 0.039 150.52 0.94 1.84 0.080 200.53 1.05 2
28、.89 0.126 250.54 1.07 3.96 0.173 300.52 1.06 5.02 0.219 350.50 1.02 6.04 0.264 400.46 0.96 7.00 0.306 450.42 0.88 7.88 0.344 500.36 0.78 8.66 0.378 550.28 0.64 9.30 0.406 600.19 0.48 9.78 0.427 650.10 0.30 10.07 0.440 70-0.01 0.10 10.17 0.444 75-0.11 -0.11 10.05 0.439 80-0.22 -0.32 9.73 0.425 85-0.3
29、4 -0.56 9.17 0.400 动稳性曲线如图6.3: 图6.3已经求得本船横摇角为10.08，进水角由程序计算得出为35.56则可求得最小倾覆力臂，如图6.4所示:图6.4得最小倾覆力臂为0.324m6.3风压倾侧力臂风压倾侧力臂按下式计算: =m式中 p单位计算风压，Pa所核算载况下船舶的受风面积， 所核算载况下船舶受风面积中心到基线的垂向高度，m d 所核算载况下船舶的型号吃水，m 所核算载况下船舶的排水量，t 修正系数计算过程如表6.5表6.5项目满实系数流线型系数受风面积实际受风面积面积中心距水线面面积中心距基线高面积静矩主船体、舷墙、上层建筑（甲板室）1.001.0098.4
30、5998.4592.0294.244417.860艏桅及其支杆1.000.600.6590.3953.1055.3202.104艉桅及其支杆1.000.601.1620.6979.49711.7128.166烟囱1.000.607.2914.3755.5697.78456.753旗1.000.601.0070.6045.3897.6047.657救生筏1.000.601.7051.0234.3336.54811.164船名灯1.001.000.6040.6047.4119.6265.813梯子1.001.000.1890.1893.0125.2270.988栏杆0.201.000.3880.0
31、781.4393.6541.418其他0.601.000.4780.2877.5319.7464.659总计106.7114.841516.581由上表计算得出：Af=106.711m2 Zf=4.841m Zf d=2.626m由Zf d查表2.1.4.2得出在B级航区单位计算风压p=259.3 pa修正系数4.40=0.96则=0.01035m6.4 稳性衡准数航行于B级航区的船舶，其稳性衡准数应符合下式: =1式中 计入横摇影响的最小倾覆力臂， m 风压倾侧力臂，m本船=0.324 m =0.01035m，计算可得 =1 满足要求6.5水流倾侧力臂本船航行于J级航段，应考虑急流对船舶横倾
32、的影响.船舶受急流影响的水流倾侧力臂按下式计算:=式中 所核算载况下船舶的水线长度，本船为49.88m d 所核算载况下船舶的型吃水，本船为2.2m 所核算载况下船舶的排水量，本船为740tKG所核算载况下船舶重心至基线的垂向高度，本船为2.18m按船舶的由P6-8表格选取本船为4.40，则=0.500急流系数按系数f由P6-8表格选取f=，其中为计算速度，根据规定本船=4.44m/s，则f=3.80由P6-8表格=0.311综上，本船水流倾侧力臂=0.0499 m 已知不计横摇影响的最小倾覆力臂为0.409m则对于航行于J级航段的船舶,其稳性衡准数=0.409/0.04991满足规范要求7中
33、横剖面设计7.1 基本情况1 运输货物种类本船主要用于成品油运输2 结构形式本船货油舱范围采用双舷双底结构形式，甲板无升高围阱，船底、甲板、舷侧均为纵骨架式结构。为了便于清舱，货油舱纵、横舱壁扶强材垂直布置，不设水平桁肋骨和横梁间距0.60m，甲板纵骨间距 0.60m，船底纵骨间距0.60m，舷侧纵骨间距 0.60m，货油舱范围双层底内肋板间距为1.80m全船结构材料采用普通强度钢，屈服极限235 N/mm23 适用规范本船结构设计依据中国船级社钢质内河船舶入级与建造规范（2002）(以下计算中，所依据的钢质内河船舶入级与建造规范条款号用括号加以表示，如(1.1.1.2)表示所依据的是规范1.
34、1.1.2条)结构设计应满足B级航区和J2级航段的要求，半波高r=0.75m4主尺度垂线间长 L 49.88m 型宽 B 9.67m 型深 D 3.00m 吃水 d 3.20m双层底高 0.80m 舷舱宽 0.80m主尺度比值L/D=16.63，B/D=3.32，符合 (10.1.3.1)规定范围7.2 货油舱结构(1) 外板及内底板船底外板 按（10.3.1.1），中部船底板厚度t应不小于按下式计算所得之值： t=a(L+s+) L船长，m；s肋骨或纵骨间距，m；a航区系数，A级航区船舶取a1，B级航区船舶取a0.85，C级航区船舶取a0.7；、系数按骨架型式由下表选取本船船底、甲板、舷侧均
35、为纵骨架式结构，故中部船底板厚度t应不小于t=a(L+s+)=0.85(0.06549.88+5.500.6+0.30)=5.814mm实取t=8mm机舱范围为单壳结构，(10.3.1.2)单壳油船的船底板厚度尚应不小于按下式计算所得之值： mm 式中: s肋骨或纵骨间距，m； h计算水柱高度，m； 取内底板至甲板以上1.0m或围阱甲板以上0.5m或溢流管顶端距离，取大者，但应不小于2.0m实取t=6mm 舷侧外板按（10.3.2.1），舷侧外板的厚度应不小于船底板厚度的O.9倍:t=0.96.84=6.156mm实取t=7mm舷侧顶列板舷侧采用纵骨架式，舷侧顶列板的厚度可以与舷侧外板的厚度相同舷侧顶列板厚度实取7mm内舷板 按（10.3.4.1），双壳油船内舷板的厚度应与舷侧外板的厚度相同，且应满足（10.9.2.1）要求:实取主甲板下内舷板厚度7mm 内底板 按（10.3.5.1），双壳油船船中部的内底板厚度t应不小于按下列两式计算所得之值： t=0.038L+5s+1.5=7.40mm 实取内底板厚度8mm(2) 甲板强力甲板平甲板油船货油舱区域