船舶排水量的确定

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、舾装重量WHWLW,W，W，W和机电设备重量三大部分，即; WOHOMM 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L分成船体钢料重量W、舾装重量W和机电设备重量WWHOM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W H 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。 W下面采用平方模数法估算 H 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的某种组合来示。平方模数法的一般表达式为 W,CL(aB，bD) HH1 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; WHOC,——系数，取自母型船，即，其中下标“O”表示为CH1H1L(aB，bD)OOO 母型船。 计算得 WHOC, H1L(aB，bD)OOO t W,CL(aB，bD)HH1 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 23W,C(LBD) OO (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W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M 法。这里采用粗略的估算方法，即按照主机功率估算W。 M 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W可用下式初估: M 0.5W,C(P/0.7355) MMD 式中: PD——主机功率MCR(KW) C——系数，可用母型船资料换算，缺乏母型船资料时，C可按以下范围取MM值:对于中速主机，C=5-6;对于低速主机，MCR在10000KW以上时，C=7-8，MMMCR在10000KW以下时C=8-9. M (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L的4%-6%,或者对W 船体钢料重量W取3%-5%，对舾装重量Wo和机电设备重量W各取8%-10%. HM W取3%，Wo取8%，W取8% HM 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。D已知，本船为76000t，估算出除载货W WWW,DW,,W量以外的各部分重量以后，有。 CiCi (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按下式计算: 2 总储备量,自持力(d)，人员数，定量(kg/(d,人))式中: R (d) 自持力,V,24S R——续航力(n mile); V——服务航速(kn)。 S 其中: ?食品定量通常按每人每天 5~4.5kg计算。 ?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 ?燃油 W可按下式近似计算:、 对于一般运输货船，粗估时F ,3W,gP,t,k,10 F01 式中: g——一切燃油装置耗油率，可近似取主机耗油率的1.15~1.20， [kg/(kW,h)]0 ——主机常用额定功率(kW); P1 Rt——航行时间(h)，t,， VS k——考虑风浪影响的系数，一般可取1.1~1.2 。 ?润滑油 重量估算中润滑油的储量按下式进行: W,,W LF 式中:对一般柴油机，，主机功率大航程远的船取小值。 ,,0.02~0.05 ?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: ——载重量系数 ,DW 的估算: ,DW 根据相关文献资料给出散货船的统计公式: ,DW DWDWDW230.76660.1304()-0.0775()0.1294(),，，,DW555101010 DWDW45-0.1441()，0.0469()551010 该式适用于DW=10000-100000t 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: ,,W，W，W，DW HOM ,则的增量 ,,,,,,,W，W，W，DWHOM WWWHOM ,,(),,，,(),,，,(),,，,DW,,, 整理归并后有 ,DW,,,,N,,DW WWW，，HOM1,，，,,,,,,,,，， 式中N即为诺曼系数 4 1 ,NWWW，，HOM1,,，,，,,,,,,，， 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; 2/31/3舾装重量，其中3/5正比于，1/5正比于，1/5与排水量无关，即正比,, 0于 , 2/3机电设备重量，其中3/5正比于，2/5与排水量无关 , 因此有: ,,N,, ,,,,W-2/33/5(W，W)-1/3，1/5，W,,W,0.467W,0.4WHOMOHOM 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: 2/33V,C, P 式中: ,——排水量(t) V——航速(kn) P——主机功率(KW) 2/33V,OOC ,PO 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。 LXC,0.08C，0.93船中剖面系数，浮心位置取为船中前2%处。 ppbmb 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 项目 数值 1 v/kn /(m/s) v2 s V/CL3 Spdd 3 4 ,，10 r 5 L/B d 3 ,,,，10,1，(5)，(4)6 r 37 C，10Rt v,L8 d 3C，10 9 FS C10 A 3，，C，C，10,(9)，(10) 11 FAS 3C，10,(7)，(11) 12 ti 22v/(m/s)13 s 2 1/2,vS/kg14 s ,315 R,(12)，(14)，10/kg ti B/d修正,(B/d,2.4)，5%16 R,(15)，,,1，(16)/kg 17 t v/75/(m/s) 18 s 6 EHP,(17)，(18)，0.736/KW 19 5 重心估算 XY船舶重心G的X轴坐标用表示，重心的Y轴坐标用表示，因通常船的gg Z左右舷重量分布是对称的,故一般，重心的轴坐标(即重心在基线以上的Y,0gg 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: Z,,D g 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 取值范围 , 状态 船型 空船 满载 最小干舷船 0.62~0.68 0.62~0.65 富裕干舷船 0.58~0.68 0.60~0.65 客船 0.65~0.80 拖船 0.70~0.85 0.70~0.80 拖网渔船 0.75~0.83 0.70~0.78 油船 0.60~0.66 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，r,Z,,h bg 式中 7 ——所核算状态下的初稳性高度 GM Z——相应吃水下的浮心高度 b ——相应吃水下的横稳心半径 r Z——所核算状态下的重心高度 g ——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,h 况估算 Z浮心垂向高度和稳心半径可用近似公式估算 b 2BZ,ad， ra,b12d C,(1，2C)/3WB 薛安国公式: CC2WBa,,，0.9480.680.23()1CC WB的近似取值采用薛安国公式 a2 1.81C0.083W a,2CB 因此，求得 Z,ad， b1 2B,ra 2d GM,Z，r,Z,h,bg 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 GM,0.15m最低初稳性高度规定其，本船符合相关要求。 7 横摇周期的估算 8 T横摇周期随增大而减小，横摇周期短，摇幅大，会影响船舶安全作业，GM, 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: 22B，4KGT,0.58f ,GM0 式中: f——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B/d,2.5 为,时，f取1.0 f,1，0.07(B/d,2.5)B/d,2.5 ——未计及自由液面修正的初稳性高。 GM0 B/d,本船 f,1，0.07(B/d,2.5) 22B，4KGT,0.58f ,GM0 8 舱容校核 假定以下数值: 梁拱 f,B/50 C,0.08C，0.93中剖面系数 mb Cb棱形系数 C,pCm 平均舷弧: 8.1 上甲板以下的总型容积计算 1V,CLB(D，f，S) hbDppm2 式中: 9 ——上甲板以下总型容积; Vh C——吃水为型深时的方形系数。 bD D,dC,C，(1,C) bDbb3d 1 V,CLB(D，f，S)hbDppm2 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 V货舱所需的容积与要求的载货量、货物的种类和包装方式以及装载形式等C 有关，按下式计算: V,W,,/k CCcC 式中: 3V——货舱所需的型容积() mC W——载货量(t) C 3,——货物的积载因素() m/tC k——容积折扣系数 C ,表2-5 部分货物的积载因素 C 3,m/t/() 货物种类 型式 休止角/(?) 备注 C ~~1.171.34 30?45? 随产地及含水量而异 煤 散 ~1.391.48 煤粉 3~~散 1.221.34 35?37? m/t标准值1.34 小麦 3~袋 1.341.45 — m/t标准值1.49 ~散 1.171.45 大豆 3~袋 1.341.64 — m/t标准值1.43 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 10%20% ~ 散装货 2%10% ~ 木材 5%50% ~ 表2-7 舱室结构折扣系数 双层底舱 0.970.98 端部货舱 0.980.99 ~~ 首尖舱 0.9750.985 中部货舱 0.990.995 ~~液舱 货舱 尾尖舱 0.960.97 甲板尖舱 0.9850.99 ~~ 深舱 0.985~0.99 冷藏舱 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 L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和机舱位置所决W L定，已知机舱所需长度和位置时可按下式估算机舱容积: W V,KLB(D,h) MMMDM 式中: K——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M 和尾机型可参照母型船资料选取 ~h——机舱双层底高度，一般中等大小的船为1.21.5m，小型船舶DM ~0.91.2m,也可以参考母型船选取。 (3)压载水舱容积 VB 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: W,kDW bb 11 式中 ——系数，一般取0.2-0.5,可取自相近母型船。 kb 压载水舱型容积可按下式计算: VB Wb V,b,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,0.975，与k相乘接近于1，故有: , V,W,kDW bbb (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: V,V ,OWi Wi, Vi,,kiCi 式中: ——油水等储存量(t) Wi ~~——油水的密度，一把重油取0.890.9，轻油(柴油)取0.840.86，淡水,i 取1.0 k——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Ci ~0.970.98，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。 ?淡水: 淡水储备W, 1 W1V,淡水舱舱容 1,k11 ?燃油 燃油储备其中20%为轻柴油，重度为0.84，其余为重柴油，重度为0.91。 W,W2F W2V,燃油舱舱容。 2,k22 12 ?滑油 滑油储备 W,W3 W3滑油舱舱容 V,3,k33 ?锅炉水 锅炉水储备 W,4 W4锅炉水舱舱容 V,4,k44 综上油水舱容积 V,V，V，V，VOW1234 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: V，V，V，VCMBOW, ,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 型线图 附录2 总布置图 附录3 螺旋桨总图 附录4 基本结构图 17