武漢理工船舶設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)20000T近海散貨船設(shè)計(jì)

20000T近海散貨船設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)本船為鋼質(zhì)、單甲板、艉機(jī)型國(guó)內(nèi)航行海上散貨船。常年航行于沿海航線，屬近海航區(qū)；主要用于干散貨運(yùn)輸。本船設(shè)計(jì)載重量20000t，積載因素經(jīng)調(diào)研確定。按“CCS”有關(guān)規(guī)范入級(jí)、設(shè)計(jì)和建造。并滿足中華人民共和國(guó)海事局有關(guān)國(guó)內(nèi)航行海船的相關(guān)要求。滿載試航速度不低于11kn，續(xù)航力5000nmile。第一部分主尺度的確定主要內(nèi)容：1.根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式及圖表資料初步確定船舶主尺度2.通過(guò)重力與浮力平衡來(lái)調(diào)整船舶主尺度3.主要性能的估算4.貨艙艙容的初步校核1.初步確定船舶主尺度船舶主尺度主要是指船長(zhǎng)L（一般是指垂線間長(zhǎng)Lpp)、型寬B、型深D和設(shè)計(jì)吃水d，通常把方形系數(shù)及主尺度比參數(shù)也歸為主尺度范圍。1.1船長(zhǎng)L由統(tǒng)計(jì)公式（5.3.2）散貨船（10000t<DW<100000t）Lpp=8.545DW0.2918得L=154m1.2船寬B和吃水d

由統(tǒng)計(jì)公式（5.3.17）和（5.3.18）

散貨船（DW>10000t）

B=0.0734L1.137d=0.0441L1.051得

B=22.5md=8.9m1.3型深D參考常規(guī)貨船尺度比參數(shù)關(guān)系圖，取d/D=（0.7-0.8）得D=12.51，取D=12m。1.4方形系數(shù)CB

由統(tǒng)計(jì)公式（5.3.29）散貨船

CB=1.0911L-0.1702B0.1587d0.0612Vs-0.0317得CB=0.8031.5基本干舷的校核保證船舶具有足夠的干舷一方面可以保證有一定的浮力，另一方面可以減少甲板上浪。如果干舷太小，航行中甲板容易上浪，從而造成的后果是船舶的重量增加，重心升高，初穩(wěn)性降低，并可能沖壞甲板上的某些設(shè)備，也影響船員作業(yè)和人身安全。干舷的大小直接關(guān)系到船的儲(chǔ)備浮力，如果甲板上浪來(lái)不及排掉，或者船體開(kāi)口的封閉設(shè)施被破壞而導(dǎo)致海水灌入船體，此時(shí)如儲(chǔ)備浮力不足，就容易下沉，所以發(fā)生沉沒(méi)或傾覆，所以保證船舶具有足夠的干舷很重要。國(guó)際規(guī)定船舶都必須滿足所規(guī)定的最小干舷。這里只進(jìn)行基本干舷的計(jì)算，因?yàn)檫@是初步校核干舷是否滿足，而且對(duì)基本干舷的修正值一般相對(duì)基本干舷都很小。查表2.2.4該船基本干舷是2.396m<3.1m(12-8.9),（這里也沒(méi)計(jì)入甲板厚度），初步校核滿足干舷的要求。1.6排水量的初步估算△=kpCBLBd=1.003×1.025×0.803×154×22.5×8.9=25458t1.7空船重量LW的估算空船重量通常將其分為船體鋼料重量WH、舾裝重量Wo和機(jī)電設(shè)備重量WM三大部分，即LW=WH+Wo+WM（1）WH的估算散貨船WH的統(tǒng)計(jì)公式（3.2.11）和（3.2.8）WH=3.90KL2B（CB+0.7)×10-4+1200K=10.75-[(300-L)/100]3/2WH=4010t（2）Wo的估算由統(tǒng)計(jì)公式（3.2.23）及圖表3.2.5Wo=KBL查圖3.2.5K=2.3得

Wo=797t

（3）機(jī)電設(shè)備重量的估算WM

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)電設(shè)備重量可以近似地按主機(jī)功率的平方根（PD0.5）的關(guān)系進(jìn)行換算。對(duì)于主機(jī)為柴油機(jī)的機(jī)電設(shè)備重量WM可用下式初估WM=CM（PD/0.735）0.5

主機(jī)功率可以用海軍系數(shù)發(fā)估算。海軍系數(shù)

C=△2/3v3/P

根據(jù)母型船可以算得海軍系數(shù)C，從而可以估算出主機(jī)功率。

型船資料-海船系數(shù)如表

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，選取海軍系數(shù)C=392

∴P=△2/3V3/C=254582/3×113/392=2938kw

根據(jù)此功率選擇鎮(zhèn)江船用柴油機(jī)廠中速柴油機(jī)9L27/38，該主機(jī)額定功率為3060kw,轉(zhuǎn)速800rpm,凈重噸40.6t.發(fā)電機(jī)組功率2970-2820km，轉(zhuǎn)速750rpm。

取CM=8.5

∴WM=8.5×（3060/0.7355）0.5=548t

∴LW=WH+Wo+WM=4010+797+548=5355t2.重力與浮力的平衡初估的主尺度決定的排水量△=25458t，而估算所得的空船重量LW=5355t,這樣總重量：LW+DW=5343+20000=25355t.∴誤差為：∣25458-25355∣/25458×100%=0.4%在允許誤差1%范圍之內(nèi)，可不進(jìn)行調(diào)整。若相差較大，則要對(duì)主尺度進(jìn)行調(diào)整。3.主要性能的估算3.1快速性的估算①海軍系數(shù)法②按排水量換算③統(tǒng)計(jì)回歸公式：V=2.42Lpp0.17273B-0.22589d-0.06644CB-0.41631(p/0.736)0.205N-0.010333.2初穩(wěn)性的估算初穩(wěn)性高GM=KB+BM-KG浮心高度KB∝d，橫穩(wěn)心半徑BM∝B2/d,重心高度∝D。所以有GM=a1d+a2B2/d-a3D其中，a1、a2可以用近似公式得到，a3可以按母型船換算得到。

由《船舶設(shè)計(jì)原理》表5.3.4公式估算：

a1=0.52a2=0.0834a3=0.6457(母型船換算)

∴GM=0.52×8.9+0.0834×22.52/8.76-0.6457×12=1.63m

3.3橫搖周期的估算我國(guó)法規(guī)的完整穩(wěn)性規(guī)則(非國(guó)際航行船舶)中，橫搖周期按下列估算：f=1.0048(經(jīng)修正)所以算得f=12.5s4.貨艙艙容的校核4.1載貨量的估算（載貨量的重量應(yīng)該等于載重量重量減去載貨量以外的重量）(1)人員及行李的重量:此船按20名船員配置∴W1=65*20+45*20=2200kg=2.2t(2)食品及淡水的重量:總儲(chǔ)備量=自持力(d)×人員數(shù)×定量(kg/(d·人))自持力=R/Vs·24=5000/（11.15*24）=18.1（R－續(xù)航力）定量取每人每天定量150kg

∴總儲(chǔ)備量W2=18.1*20*150=54300kg=54.3t

(3)燃油、滑油及爐水的重量

燃油儲(chǔ)備量WF=t(g1P1+g2P2+g3)·k·10-3(相關(guān)參數(shù)具體含義見(jiàn)課本)

∴WF=448.43×(0.185×3060+0.185×2800+108.4)×1.2×10-3=641.7t

(4)潤(rùn)滑油的重量

潤(rùn)滑油的儲(chǔ)量WL近似地可取為燃油儲(chǔ)量的某一百分?jǐn)?shù)，即：WL=aWF

對(duì)一般柴油機(jī)a取0.02-0.05，主機(jī)功率大航程遠(yuǎn)的船取小值，這里我們?nèi)?.03.

∴WL=0.03×641.7=19.25t

(5)爐水的重量爐水的重量一般不大，在這里我們不做專(zhuān)門(mén)計(jì)算，將其考慮到備品、供應(yīng)品重量中。(6)備品、供應(yīng)品的重量

備品、供應(yīng)品的重量通常取為(0.5%-1%)LW,

∴W3=0.75%×5300=39.75t

∴載貨WC=20000-2.2-54.3-641.7-19.25-39.75=19242.8t

4.2新船所需貨艙容積Vc

貨艙所需的容積Vc與要求的載貨量、貨物種類(lèi)和包裝方式以及裝載形式等有關(guān)，按下式計(jì)算：Vc=Wc/kc

此船裝載貨物為煤，積載因數(shù)取1.2，容積折扣系數(shù)取0.92.

∴Vc=25100m3

4.3新船所能提供貨艙容積的估算

對(duì)于典型剖面的貨艙艙容可以用下式估算：

VTC=LCACKC=(LPP-LA–LF-LM)ACKC

尾尖艙LA=0.04LPP=6.16

首尖艙LF=0.06LPP=9.24

機(jī)艙長(zhǎng)度根據(jù)主機(jī)型號(hào)估算，主機(jī)長(zhǎng)度6415mm，所以估算LM=(6.5+11)=17.5m

AC–船中處貨艙橫剖面積：貨艙區(qū)設(shè)邊艙時(shí)；AC=(B-2b)(D-hD),其中b為舷側(cè)寬度，hD為雙層底高度。

根據(jù)《2006鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》第二篇8.1.4.2，船長(zhǎng)150m及以上、貨艙區(qū)域采用雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)，且舷側(cè)外板與內(nèi)殼板的垂直間距不小于1000mm的散貨船。

這里取b=1m，hD=0.8m

∴AC=(22.5-2)×(12-0.8)=229.6

KC–考慮舷弧、粱拱、艙口圍板內(nèi)體積以及型線首尾收縮等影響的系數(shù)，可用下式估算：

KC=0.135+1.08CB

KC=0.135+1.08×0.803=1.00224

∴VTC=(154-6.16-9.24-17.5)×229.6×1.00224=27871m3>25100m3

∴貨艙艙容滿足。

∴最后確定船舶主尺度為：

L=154mB=22.5mD=12md=8.9mCB=0.803

排水量=25458tDW=20000t

第二部分型線設(shè)計(jì)橫剖面面積曲線橫剖面面積曲線是控制型線的重要要素，型線設(shè)計(jì)通常從確定橫剖面面積曲線入手。橫剖面面積曲線的特征數(shù)，如棱形系數(shù)CP、浮心縱向位置XB、平行中體長(zhǎng)LP、進(jìn)流段長(zhǎng)度LE和去流段長(zhǎng)度LR、最大剖面位置以及曲線形狀等，都必須加以正確地加以選擇和設(shè)計(jì)。橫剖面面積曲線下的面積相當(dāng)于船的型排水體積，豐滿度系數(shù)等于船的縱向棱形系數(shù)CP，面積形心的縱向位置相當(dāng)于船的浮心縱向位置XB。棱形系數(shù)CP和中剖面系數(shù)CM的選擇該散貨船F(xiàn)N=0.145，屬低速船，興波阻力占總阻力比例不大，選取較小的CP總是有利的，則CM較大。一般運(yùn)輸貨船CM為0.98-0.99。該貨船取CM=0.99，所以CP=0.811.直接生成面積曲線先作一個(gè)滿足棱形系數(shù)和浮心縱向位置的梯形橫剖面面積分布曲線，先求出進(jìn)流段LE和去流段長(zhǎng)度LR.LE=LPP(1-CPF)LR=LPP(1-CPA)CPF=CP+6CPXB/(4CP-1);CPA=CP-6CPXB/(4CP-1).根據(jù)CP查較佳浮心縱向位置范圍圖，去xB=1.8%L。得到LE=23.1mLR=35.1m∴LP=154-23.1-35.1=95.8m由于棱形系數(shù)CP較大，橫剖面面積曲線兩端形狀均采用直線。根據(jù)這些就可以畫(huà)出滿足條件的橫剖面面積曲線。橫剖面面積曲線橫剖面面積曲線橫剖面橫剖面圖橫剖面圖將橫剖面面積曲線分成20站，量出每一站的面積，并記錄下來(lái)。然后根據(jù)母型船的橫剖面圖每一站型線的大致形狀，畫(huà)出新船的橫剖面圖，是新船的每一站型線形狀與母型船差不多且每一站的面積等于橫剖面面積曲線上量取的一樣。橫剖面橫剖面圖根據(jù)橫剖面圖畫(huà)出半寬水線圖和縱剖面圖，并進(jìn)行光順修改。縱剖面圖縱剖面圖半寬水線圖半寬水線圖光順后量出型值，導(dǎo)入freeship再進(jìn)行光順，光順后再在freeship里生成橫剖面圖和半寬水線圖及縱剖面圖。Project:Designer:Filename:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\唐廣寧\修改1.fbmDesignlength:158.80[m]Lengthoverall:158.80[m]Designbeam:22.515[m]Beamoverall:22.513[m]Designdraft:8.900[m]Midshiplocation:79.400[m]Waterdensity:1.025[t/m3]Appendagecoefficient:1.0000Volumeproperties:Displacedvolume:24595[m3]Displacement:25210[tonnes]Totallengthofsubmergedbody:158.746[m]Totalbeamofsubmergedbody:22.513[m]Blockcoefficient:0.7733Prismaticcoefficient:0.7936Vert.prismaticcoefficient:0.8641Wettedsurfacearea:5265.6[m2]Longitudinalcenterofbuoyancy:78.788[m]Longitudinalcenterofbuoyancy:-0.385[%]Verticalcenterofbuoyancy:4.719[m]Midshipproperties:Midshipsectionarea:195.22[m2]Midshipcoefficient:0.9743Waterplaneproperties:Lengthonwaterline:158.75[m]Beamonwaterline:22.501[m]Waterpla