船舶重量与载重线计算

船舶重量重心与载重线第一节概述第二节空船重量的分析与估算第三节载重量的估算第四节重心的估算第五节载重线..第一节概述⒈平衡条件：①重力等于浮力；②重力与浮力的作用线在同一垂线上⒉浮性方程：式中：ρ—水的密度，海水为1.025、淡水为1k—附体系数，通常为1.002~1.006（大船取小值、小船取大值）—方形系数.㈢典型排水量民用船舶⒈空载排水量：△≈LW系指空船重量+动车用油水⒉满载排水量：△=LW+DW系指设计满载出港状态⒊压载排水量系指无货加压载状态军用舰艇⒈空载排水量系指空船自重⒉排水量系指湿重，即空船重量+管系中油水⒊正常排水量系指油水一半时的排水量⒋满载排水量⒌最大排水量.四种典型载况满载出港——设计排水量状态；满载到港——这时船上的油水等消耗品重量规定为设计状态储备量的10%。压载出港——船上不装载货物，但有所需的压载水，油水储备量为设计状态之值；压载到港——船上不装载货物，但有所需的压载水，油水储备量为总储备量的10%。.船舶重量与重心⒈船舶重量(△)可分为空船重量(LW—船舶的一项重要指标)和载重量(DW—反映船舶的装载能力)即：△=LW+DW式中：LW—包括船体钢料重量、舾装重量和机电设备重量　　　　DW—包括货物、人员、油水、备品等⒉船舶的重心位置关系到船的浮态和稳性⒊在船舶的各个设计阶段，重量与重心的估算或计算都是一项必不可少的工作，并随着设计阶段的深入，逐步近似，由粗到精。⒋减少估算误差的必要性.减少估算误差的必要性船舶重量估算误差过大，势必造成：一是当重力大于浮力时，实际吃水将超过设计吃水，船舶有可能不能在预订航区中航行，干舷和储备浮力减小，甲板易上浪，抗沉性和结构强度也可能不满足要求；二是当重力小于浮力时，尾吃水可能不足而影响螺旋桨推进效率，海船耐波性变差，改变预定的稳性和横摇性能。.第二节空船重量的分析与估算㈠空船重量的分析⒈估算空船重量的重要性⒉空船重量的分类㈡空船重量的估算⒈载重量系数法⒉分项估算法①船体钢料的分析与估算②舾装重量的估算③机电设备重量的估算④固定压载与排水量裕度.(一)空船重量的分析⒈估算LW的重要性浮性方程：LW决定造价DW反映了船的装载能力LW直接影响到船舶的技术性能和经济性能.⒉空船重量的分类①各类船舶LW占满载排水量的比重②空船重量的构成③船体钢料和舾装重量占LW的比重.①各类船舶空船重量与满载排水量之比.②空船重量的构成----船体钢料重量----舾装重量----机电设备重量.空船重量——船体钢料重量的构成壳板甲板及平台舱壁及首尾封板船底骨架舷侧骨架甲板骨架货舱结构首尾柱及轴包套机座及座架上层建筑钢料支柱及桁架等焊料.空船重量——舾装重量的构成船体木作船舶属具船舶设备及装置舾装木作生活设施及用品水泥及磁砖油漆及敷料船舶管系通风及冷藏等.空船重量——机电设备重量的构成主、辅机械设备轴系动力管系机炉舱设备船舶电气船舶操纵及遥控设备.③船体钢料重量及舾装重量与空船重量之比.㈡空船重量的估算在设计初期，空船重量可采用以下方法：⒈载重量系数法式中：----载重量系数，可按表或统计公式计算⒉百分数法式中：----系数，可参照母型船选取(或按表选)⒊分项估算法①船体钢料重量的估算②舾装重量的估算③机电设备重量的估算④固定压载与排水量裕度.载重量系数统计公式适用于DW=0.5~6万吨级散货船适用于DW=0.5~2.5万吨级多用途货船适用于DW=1~10万吨级油船及矿砂船.①船体钢料的分析与估算影响船体钢料重量的主要因素⑴主尺度及方形系数⑵布置特征⑶使用要求⑷其他因素船体钢料重量的估算⑴粗估法⑵统计分析法⑶较精确估算法⑷精确计算法.钢料重量的影响因素——主尺度及方形系数船长：从构件数量和强度条件两个方面来分析，船长对空船重量的影响最大。从构件数量和几何尺寸看，船上大部分构件都与L有关；从强度条件看，L越长，船在水中所受的纵总弯矩越大，要求船体构件尺寸大。船宽：B对纵向构件影响不大，但对横向构件的强度影响较大。从构件数量看，B主要与船底、甲板、舱壁等有关。型深：一般来说，D的增加会引起构件数量的增加。但从总纵强度来看，D大，船体梁的剖面模数W也大，对强度有利。对于大船，增加型深，增加D后对W的贡献相当程度上抵消了构件数量的增加，其总的钢料增加甚微或不增加；对于小船，会造成钢料增加。吃水：吃水的变化不影响构件的数量，但对局部强度有一定的影响。方形系数：方形系数对船体构件的数量和尺寸影响甚微，但根据规范，对船体梁的剖面模数有影响。.钢料重量的影响因素——主尺度及方形系数船舶主尺度及系数对船体钢料的影响可用以下指数形式来表示：式中：α、β、γ、σ、τ称为主尺度对船体钢料重量的影响系数，且大体有α＞β＞γ和σ、τ，其中α＞1（在1.1~1.9之间），其他均小于1。.船体钢料重量指数形式的回归系数.钢料重量的影响因素——布置特征甲板层数：取决于使用要求和布置特点舱壁数量：分舱及破舱稳性、结构强度上层建筑和甲板室：长、宽、高、层数布置决定的结构形式：单舷/双舷、单底/双底.钢料重量的影响因素——使用要求使用年限：考虑钢板的腐蚀量航行区域及船级：冰区加强，不同船级社的要求局部加强的附加量：散货船内底板的加厚等.钢料重量的影响因素——其他因素结构：普通钢/高强度钢，铝合金等船体的特殊形状：球首球尾的采用、单桨/双桨（双尾、双尾鳍、常规双桨尾）建造加工因素：对小船尤为突出（焊接、避免校平）.钢料重量估算——粗估法百分数法平方模数法立方模数法指数法（Wc为常数）以上：----为钢料系数，可按母型船选取；a、b----系数，双层连续甲板a=2；双壳时b=2；----相当型深；S----舷弧升高部分面积；、----各上层建筑（甲板室）的长度和高度.各种方法的适用情况平方模数法（适用于新船与母型船船长相似，且船体结构特征相似的情况）立方模数法（适用于比较大的丰满型船舶）指数法（这种方法从理论上讲更符合主尺度与Wh之间的关系）.钢料重量估算——统计分析法对于一些常规船舶，如常规的散货船，油船，多用途船，集装箱船等，已经有大量的实船资料。将与新船同一类型（包括吨位相似）的型船重量资料进行统计分析，其结果可用于新船重量的估算。即选择某种适用的表达船舶主尺度（或尺度比）与船体钢料重量关系的基本函数关系，以型船重量资料作为样本，用数学回归方法求取公式中的有关系数，从而得到重量估算的回归公式。（这种回归公式特别适用于新船主尺度论证中对不同尺度的重量估算）.钢料重量估算——统计分析法对于一些常规的船型，可采用回归分析的方法，得出回归公式（要注意其的适用范围，这里的船长通常取垂线间长）散货船（1－5万吨）：干货船：油船（3－10万吨）：l为最大舱长，l/L=0.07-0.2b为中舱宽，b/B=0.48-0.8k=0.261-0.273(双底）k=0.276-0.345(双底双壳）集装箱船（LW=7000-20000吨）：.钢料重量估算——较精确的估算法修差法（加减法）：根据设计船与母型船主尺度差别进行修正得出新船的钢料重。每米船长重量法：a.根据横剖面图以单元长度（横骨架式为一个肋距、纵骨架式为强横框架距离）来计算全船性构件重量，分别得出设计船和母型船的每米船长重量，再加以换算。对于局部重量应逐项加以修正。b.在缺乏母型船资料时，计算出新船每米重量以后，可近似估算全船性结构钢料重：（丰满型船）（瘦长型船）分项换算法：如母型船有详细的分项资料，就可以将船体构件分成组，再逐项进行换算。.钢料重量估算——精确的计算法当设计进行到某一阶段时，就可以根据该阶段的图纸进行逐项计算。该方法计算工作量大。.②舾装重量的分析与估算⑴影响舾装重量的因素舾装分内舾装(舱室内装）和外舾装（甲板设备）。该部分的重量特点是：项目繁多，且各自独立，规律性差。特别是有些舾装件的型号、规格、技术参数变化和更新很快，增加了重量估算的难度。⑵舾装重量的估算从舾装重量占整个空船重量比例来看，大型干货船和油船相对较小，但小船，特别是客船所占比例较大。.⑴影响舾装重量的因素与船的排水量和主尺度有关的重量：锚泊设备、系泊设备、舵设备、消防设备、船舶管系、油漆等。与生活设施的标准、人员数量有关的重量:舱室木作、家具、卫生设备、救生设备等。与船的使用特点有关的重量：货船的起货设备及舱口盖；拖船的拖带设备；渔船的捕捞及加工设备等。特殊要求的重量：如减摇装置、侧推装置等。.⑵舾装重量的估算百分数法（相对于排水量）平方模数法（较适用于货船）立方模数法统计公式法油船：多用途货船：大型散货船：较详细的估算法（根据总布置图分系统来估算）.③机电设备重量的分析与估算⑴影响机电设备重量的因素机电设备重量包括主机、辅机、轴系、动力管系（也有的包括船体管系）、电气设备等。⑵机电设备重量的估算粗估法较详细估算法（分项估算）.⑴影响机电设备重量的因素主辅机的类型及技术特征：转速的高低，有无增压装置，结构特点等。船型及所载货物类型:如客船和冷藏船将赠加发电装置和制冷装置；油船需设加热及蒸气洗舱用的锅炉装置等。机舱位置及螺旋桨数目.⑵机电设备重量的估算粗估法a.根据主机功率：式中：----主机功率，kw----系数，按母型船或中速机为5-6、低速机为7-9。b.分组估算：主机及齿轮箱、轴系、螺旋桨、辅机、其他重量（管系及泵、电气设备等，可取为（0.04-0.07）、特殊重量（冷藏装置、惰性系统等）。逐项比较法：选择主辅机相同的母型船，进行逐项比较分析，相同的照用，不同的修正，没有的除取。该方法较可靠。较详细估算法：根据设计已确定的各项设备重量进行汇总。对有些设备应用湿重来计算。.④固定压载与排水量裕度固定压载：是固定加在船上的压载，一般为生铁块、水泥块或矿渣快等，也有用压载水的。它们在任何载况下都是不变的，属于空船的一部分中量。（区别于航行时用的压载水）设固定压载的考虑：稳性不足、加大吃水和排水量、调整浮态。通常，固定压载只是在某些特定的船舶（拖船、渡船、海洋调查船、客船）上加载对货运船舶，设计时加固定压载是不允许的。排水量裕度（加在空船重量中）留排水量裕度的原因：设计中重量估算误差、设备重量的增加、材料和设备的代用引起空船重量增加。裕度大小：在初步设计阶段，可取空船重量的4%～6%。或对钢料取3%～5%、舾装和机电设备重量各取8%～10%。.第三节载重量的估算载重量=载货量+㈠货物、人员及行李、食品及淡水㈡燃油、润滑油及炉水㈢备品及供应品（四）压载水.的构成人员及行李食品及淡水燃油润滑油炉水备品及供应品（1~2%LW）.㈠人员及行李、食品及淡水⒈人员及行李人员重量：65公斤/人船员行李：35~55公斤/人长途旅客行李：25~35公斤/人短途旅客行李：10~20公斤/人⒉食品及淡水总储备量=自持力（天）*人数*定量（公斤/天*人）自持力=续航力/（24*服务航速）淡水定量：海船全部带足100~200公斤/人*天、内河船可适当少些食品定量：2.5~4.5公斤/人*天人数包括船员和旅客.㈡燃油、润滑油及炉水⒈燃油燃油储备量根据主机功率P、续航力R、航速V及油耗率等来定。对于货船可按下式来算：式中：----一切用途的油耗率(kg/kw*h)，其值为主机额定油耗的1.15-1.20----考虑风浪影响的系数，取为1.1-1.2⒉滑油滑油量可取燃油量的一个百分数，即：式中：ε----对于柴油机为2-5%，主机功率大、航程远的船取小值。.㈡燃油、润滑油及炉水⒊炉水炉水是指锅炉用水，其储备量仅需考虑蒸汽的漏失量。对于内燃机船，船上设的辅助锅炉仅用于燃油(或货油)的加热和生活用汽，其储备量可按：式中：G----锅炉额定蒸发量（t/h)t----航行时间(h)ε----蒸汽漏失率，辅锅炉取为0.05-0.06对于小型船舶，因炉水所需量较小，在淡水储备量中考虑适当裕度后，可不计炉水的重量。.㈢备品及供应品备品：是指船上备用的零部件、设备和装置，包括锚、灯具、易损管件、油漆等。供应品：是指零星物品，如生活用品、炊具、办公用品医疗器材等。国外有时将这部分放在空船重量中，我国一般将其放在载重量内：备品和供应品一般取（0.5%~1%)LW。.排水量的初步估算排水量=空船重量+载重量排水量的初步估算重力与浮力的平衡方法.排水量的初步估算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△=DW/ŋŋ——载重量系数适用范围：适用于载重量较大的船舶，如散货船、油船、多用途船等运输货物。对于客船、车客渡船、拖船、科学考察船等，由于载重量占排水量的比例较小，误差较大。变化规律：对于同类型的运输船舶，随着载重量的增大，ŋ也随之增大。估算：多用途货船散货船油船.重力于浮力的平衡方法根据浮性方程式如果已知粗估所得的新船排水量，又根据各种因素初步选取了L、B、D、d后，就可根据这些初选的主尺度要素估算出空船的重量LW，并按前面所述的方法计算出载重量DW（或由任务书给定）。经过上述步骤估算所得的重力（LW+DW）与由主尺度决定的浮力一般不会相等，需要调整。（一般调整主尺度）.第四节重心的估算船舶的重心用、、来表示（通常为零），因此重心估算主要指（影响浮态）和（影响稳性）㈠重心高度⒈空船重心高度⒉载重量重心高度⒊新船重心高度裕度㈡重心纵向位置⒈空船重心纵向位置⒉载重量重心纵向位置.船舶重心位置示意图.重心高度——空船重心高度的估算①粗估法：通常假定空船重心高度比例于型深，即：或②分项估算法：分项可以分成、、三项或更细。或.、、重心高度的估算①或也可以再分成主船体和上层建筑两项计算②干货船：油船：③一般运输船：也可以分成大件设备来估算，剩余的杂项按母型船资料换算。.重心高度—载重量重心高度的估算①货物的重心高度a.初估时：式中：----取自母型船，或干货船取0.62－0.65、液货船取0.53左右----双层底高度b.较精确估算时：以货舱容积形心高度。②油水的重心高度以各自舱柜容积的形心高度；双层底内的油水重心高度取其高的3/5。③人员及行李重心高度人员及行李的重心高度取所在甲板以上1米。.重心高度—新船重心高度的裕度①必要性在船舶设计中，同留排水量裕度一样，重心高度也要有一定的储备。这是因为：a.重心估算的误差b.重量的变化及位置的改变c.提高船舶的安全性②储备量取在1.2Zg处新船重心高度的裕度一般应提高0.05－0.15米。.重心纵向位置—空船重心纵向位置的估算①初估时，空船重心纵向位置可按母型船比例于船长，即：②分项计算时，可分成机电设备、主船体钢料、舾装设备、上层建筑和甲板室等。.重心纵向位置—载重量重心纵向位置的估算载重量DW各部分的重心纵向位置，可根据总布置图上各部分载重量所处的位置并考虑船型特征进行估算，汇总后可求得载重量的重心纵向位置。.海船法规的相关内容——概述1、法定检验为保证船舶和海上人命、财产的安全，防止水域环境污染以及保障起重设备安全作业等，按照《船舶与海上设施法定检验规则》（简称“法规”）和政府的法令、，对船舶进行所规定的各项检查和检验，以及在检查和检验满意后签发和签署相应的法定证书。法定检验必须是强制的。.海船法规的相关内容——概述2、入级检验按照船级社规定的船舶入级和建造规范（简称“规范”）来检验船舶是否符合规定，若符合就授予相应的入级标志，并载入该船级社的船舶录。由船级社执行。.第五节载重线载重线是法规对船舶最大装载吃水线以及船体开口封闭条件的规定。船舶最大装载吃水决定了干舷的大小。㈠CCS法规基本内容㈡干舷计算的步骤和方法㈢载重线标志、载重线与甲板线㈣设计中的一些考虑.干舷、干舷甲板干舷F：是指船舶浮于静水面时，自水面至露天甲板上表面舷边处的垂直距离。它通常是指船中点处载重线上的距离，即：F=D-T+t式中：t—甲板边板厚度船舶具有足够的干舷一方面可以保证有一定的储备浮力，另一方面可以减少甲板上浪。干舷甲板：通常是指最高一层露天全通甲板，该甲板上所有露天开口设有永久性的关闭装置，其下所有的舷侧开口设有永久性的水密关闭装置。.㈠CCS法规(非国际航行)的基本内容⒈基本干舷的确定⒉方形系数、上层建筑和舷弧对干舷的修正⒊最小船首高度⒋最小干舷的计算.⒈基本干舷的确定基本干舷：K----系数，分A、B船型及船长选取----计算型深，型深加板厚A型船舶⒈为载运散装液体货物而设计的一种船舶；⒉其露天甲板具有高度完整性，货舱仅设有小的出入口，并以钢质或等效材料的水密填料盖封闭；⒊载货的货舱具有较低的渗透率。B型船舶达不到关于A型船舶各项规定的船舶。.⒉方形系数、上层建筑、舷弧对干舷的修正.⒊最小船首高度最小船首高度：.⒋最小干舷计算夏季干舷：热带干舷：从F中减去夏季吃水的1/48淡水干舷：从各季节干舷的海水干舷中减去△/40T.㈡干舷计算的步骤和方法首先要按规范的定义，来确定干舷甲板及相关计算参数、航行区域等。然后计算夏季最小干舷，再对其进行修正得出其它季节区域干舷。.㈢载重线标志、载重线与甲板线甲板线：系指长为300、宽为25的水平线，该线勘划于船中的左右舷，其上边缘一般应经过干舷甲板的上表面向外延伸与船壳板外表面的交点。载重线标志：系由一圆环和一水平线相交组成，其圆环的中心在船中处，水平线上边缘通过圆环中心。圆环中心至甲板线上缘的垂直距离为夏季干舷。.㈢载重线标志、载重线与甲板线载重线：系船舶按其航区和季节而定的载重水线，分别以水平线段表示，勘划在圆环前方。各载重线均以线段上边缘为准。标X的线段表示夏季载重线，其上边缘通过圆环中心。标R的线段表示热带载重线。标Q的线段表示夏季淡水载重线。标RQ的线段表示热带淡水载重线。..㈣设计中的一些考虑最小干舷船对载运积载因数小的重货船，其干舷可为最小干舷，并据此来确定型深D，这类船称为最小干舷船。富裕干舷船对载运积载因数大的轻货船，按最小干舷所确定的D，其舱容往往不能满足货舱容积的要求，因而D需根据舱容来定，从而实际干舷大于最小干舷，这类船称为富裕干舷船。.㈣设计中的一些考虑变吃水船对于富裕干舷船，可根据最小干舷求得最大装载吃水。当装载重货时，船的吃水可达最大吃水。根据这种要求设计的船称为变吃水船。结构吃水如结构按最大装载吃水设计，则此时的吃水称为结构吃水。.设计初期对干舷的考虑通常，在设计初期决定主尺度时，可参照母型船或统计资料，选取适宜的D/T值，然后核算舱容和最小干舷。随着设计的深入，应注意规范对船壳及甲板开口的密封性及甲板泄水的顺畅性和保证船员安全的规定，并在总布置图和结构设计中加以贯彻。.复习思考-21、民船空船重量由哪几部分组成？2、载重量由哪些重量构成？它们怎样估算？3、船体钢料与哪些因素有关？排水量相同的甲乙两船，船宽与吃水基本相同，甲船的船长大方形系数小，乙船相反，问哪艘船的钢料重，为什么？4、当设计船与型船在排水量、甲板层数、上层建筑等方面不同时，如何加以修正。5、舾装和机电重量分别由哪些重量构成？6、影响舾装和机电设备重量的因素有哪些？7、如何估算舾装重量和机电设备重量？8、设计初期如何估算船舶的重心？9、为什么要留排水量和重心高度储备？10、船舶最小干舷的大小取决于哪些因素？干舷计算中对方形系数和L/D等的修正，其实质是什么？11、什么叫干舷甲板、最小干舷船、富裕干舷船和变吃水船？.