曾敏一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计解析.docx
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曾敏一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计解析
高等教育自学考试
毕业设计（论文）
题目一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计专业班级姓名曾敏指导教师姓名、职称所属助学单位
2013年03月10日
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目录
摘要........................................................................4
Abstract....................................................................5
1绪论......................................................................6
1.1研究意义..............................................................6
1.2国内外多用途工作船的发展..............................................6
1.3课程设计技术任务书....................................................7
1.4课程设计的主要工作内容和基本要求......................................8
1.5方案构思..............................................................8
1.6母型船资料............................................................9
2船舶主尺度及排水量的初步估算.............................................11
2.1确定主尺度应考虑的因素...............................................11
2.2主尺度选择的一般步骤.................................................12
2.3.1根据统计资料和近似计算公式来确定船长范围........................12
2.3.2船宽的初步估算..................................................13
2.3.3型深D和吃水d的确定............................................13
2.3.4方形系数的估算..................................................13
2.3.5其它船型系数的确定..............................................13
2.3.6船舶重量估算及载重量的估算......................................14
2.3.7船舶重量估算....................................................143绪论....................................................1错误！
未定义书签。
3.1舱容及重力与浮力平衡校核............................1错误！
未定义书签。
3.1.1舱容校核.......................................1错误！
未定义书签。
3.1.2重力与浮力平衡校核..............................................16
3.2初稳性校核...........................................................17
3.2.1初稳性高度及横摇周期估算........................................17
3.3自由航速校核.........................................................18
3.3.1计算有效马力曲线................................................18
3.3.2总推进系数计算..................................................20
3.4干舷校核.............................................................21
3.5本章小结.............................................................22
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4主尺度方案的确定.........................................................23
结论.......................................................................24
致谢.......................................................................24
参考文献...................................................................24
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摘要
随着集装箱船舶的发展，船舶国际公约的修订和船级社规范的更新，船舶动力装置中的船舶管系的设计面临更高的要求。
深入研究和分析船舶管系，对提高船舶管系的设计和优化具有实际指导意义。
船舶的设计分为三个阶段：
初步设计阶段、详细设计阶段和生产设计阶段。
本文所探讨的内容属于详细设计阶段，对3300TEU集装箱船船舶管系的整体设计起着承上启下的关键作用，既要完全体现基本设计阶段所确定的基本内容，又要很好的为生产设计阶段做好铺垫。
对3300TEU集装箱船船舶管系的研究和分析，在详细设计层面为此类船舶的管系设计提供了参考模版，具有一定的指导意义。
船舶管系是为全船服务的管路系统，全船所有管路组成的系统，用于流通液体，燃油，淡水，冷却水，或者一些气体。
要包括压载水系统、舱底水系统、消防系统、透气测深系统和生活用水系统等。
船舶管系设计有其特殊的方面，即管系的设计必须符合国际公约的要求，必须满足船级社规范的要求。
关键词：
管路系统管系设计压载水系统
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Abstract
Withthedevelopmentofthecontainership,theupdatedrevisionoftheshipofinternationalconventionsandclassificationsocietiesnorms,theshipintheshippowerplantpipingdesignfacinghigherrequirements.In-depthresearchandanalysisofthepipingsystem,shippipingdesignandoptimizationofpracticalguidingsignificance.
Theshipdesignisdividedintothreestages:
thestageofpreliminarydesign,detaileddesignstageandproductiondesignstage.Thispaperdiscussesthecontentsbelongtothedetaileddesignstage,3300TEUtheoveralldesignofthecontainershipofthepipingsystemplaysakeyrolenexus,itisnecessarytofullyreflectthebasicdesignstagetodeterminethebasiccontent,butalsogoodfortheproductiondesignstagegoodbedding.The3300TEUresearchandanalysisofcontainershipsshippiping,thepipingdesignofsuchvesselsinthedetaileddesignleveltoprovideareferencetemplate,withsomeguidingsignificance.Thepipingsystemisapipingsystemofservicesforthewholeship,thewholeshippipingsystemfortheflowofliquidfuel,freshwater,coolingwater,orsomegas.Toincludeasystemofballastwater,bilgewatersystems,firesystems,ventilationsoundingsystemanddomesticwatersystems,etc..Hasitsspecialaspectsofthepipingsystemdesign,pipingdesignmustmeettherequirementsofinternationalconventions,mustmeetthespecificationrequirementsofclassificationsocieties.Keywords:
pipingsystems,pipingdesign,ballastwatersystem
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一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计
1绪论
本课程设计是船舶与海洋工程专业主干课程《船舶设计原理》课程配套的实践性课程。
它的任务是通过课程设计来加深对船舶设计原理理论知识的理解，重点是培养学生综合分析问题、解决问题的能力和实践动手能力。
本课程设计要求按照技术任务书，在船舶设计原理的基础上，结合一学期所学内容，综合分析计算出所要求的船只,完成一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计。
主尺度计算主要是通过母型船的公式，估算和校核基本依照书本所给的公式。
通过最后调试和校核，最后得到是满足所给主机功率的各项数值。
1.1研究意义
随着海上石油和天然气开发工程的迅速发展，为海上工程提供各种服务的特种工作船舶，已成为海上石油和天然气勘探和开采工程不可缺少的一个组成部分。
其主要用途是：
a作为钻井、采油、修井作业等各类平台或海上其他大型漂浮物远距离拖航的主拖船，执行拖带等作业任务；
b执行钻井、采油、修井等各类平台或海上其他大型构筑物的安全守护、抢险救助任务；
c执行钻井、采油、修井等各类平台供应燃油、淡水、钻井水、钻采器具、液态泥浆、水泥等物资；
d为钻井、采油、修井等各类平台、浮吊进行起抛锚、移位、就位等生产施工作业。
简单的说，就是物资载运、拖带、供油、供水、供水泥、消防等。
这要求船舶有较好的操纵性，能够适合在各种风浪、流条件下靠离平台，适合在复杂海况下拖带平台就位。
该类船上除了具备通用的拖轮设备外，安装的专用设备主要有：
导管式或喷水式推进器、全回转螺旋浆、首侧推装置、大功率的消防炮、泡沫消防系统等。
通过以上分析可以看到，多用途工作船具有很多的功能，并要求具有处理海上突发性事故的能力。
1.2国内外多用途工作船的发展趋势
多用途工作船的发展经历了一个由不成熟到逐渐成熟的发展过程。
以胜利石油管理局的多用途工作船为例，船总长46.23米，型宽9.80米，型深3.20米，总吨496吨，净吨149吨，吃水1.40米，主机功率370KW×2，仅具有一定的物资供应能力和小型拖带
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能力，不具备拖带现有平台的能力。
对钻井平台一口井位的物资供应需要多个航次，且拉运水泥需要装载水泥的专用车辆，不具备对外消防能力；而10000HP多用途工作船是胜利油田有限公司“十五”期间海洋石油生产的重要工程之一，它的建造是为提高油田应对海域及周边海区突发性事件的紧急救助能力，减少因恶劣天气和海况对财产和生命安全造成的损失。
该船具有拖力大、功能强、用途多、设备先进的特点，是目前我国自行设计建造的大马力、具有动力定位功能和强大消防功能的多用途工作船。
随着能源产业和海洋工程事业的迅速发展，多用途工作船也根据海上作业需要不断发展，船舶性能逐渐改善，船舶功能逐步完善，能够满足多种海上作业需求，成为真正意义上的多用途工作船。
1.3课程设计技术任务书
1）船型及用途
本船为双机、双桨海洋多用途拖轮，主要用于拖带、消防、港口作业等多种用途，航行于近海海域。
2）船级及规范
本船入中国船级社，设计建造应满足中国船级社现行规范、规则及有关公约的要求。
3）稳性与干舷
本船稳性与干舷应满足中国海事局2004年颁布的《船舶与海上设施法定检验技术规则·国内航行海船法定检验技术规则》中对近海航区拖轮的要求。
4）船体结构
本船为全焊接钢质拖轮，骨架形式按结构设计要求选用横骨架式，结构构件的尺寸按中国船级社《钢质海船入级与建造规范》（2006）进行设计。
5）船员
本船定员为14人。
6）航速、拖力
航速：
在风力不超过蒲氏风标3级、主机以额定转速运转时，拖轮在满载状态静水中航行时的自由航速大于13.0节，拖带航速6节。
系柱拖力：
～400kN。
7）主机、齿轮箱
主机：
型号6320ZCd-6型柴油机（或自选）
额定功率1470kW×2
额定转速525转/分
齿轮箱：
型号GWC45·49
转速范围：
400～900转/分
减速比：
2.4671：
1
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8）续航力
本船续航力为3000浬，能携带燃料油～500吨，轻柴油～35吨，滑油～9吨，淡水～320
吨。
9）自持力
本船自持力为30天。
1.4课程设计的主要工作内容和基本要求
1.4.1课程设计的主要工作内容
1）总体设计方案构思；
2）船舶主尺度及排水量确定；
3）编写课程设计说明书。
1.4.2课程设计的基本要求
1）在对设计技术任务书进行全面分析的基础上，对新船的设计方案必须有一个方案构思，提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。
2）对选用的母型船资料和各种估算方法应分析其合理性和适用性。
3）在选择新船主要要素过程中，除了考虑技术因素以外，必须考虑到新船的经济性，例如造价、营运成本等因素。
本课程设计中，不要求对新船的经济性指标进行详细的计算和论证，但是在新船的主尺度选择中必须考虑经济性因素，并对此进行必要的分析和讨论。
4）应勾画总布置草图，区划主船体舱室等，以便能较为准确地校核布置地位和舱容。
5）空船重量和主要性能的估算或计算要求可靠和准确；初稳性计算至少应包括两种装载情况。
6）课程设计说明书应能反映设计思想和设计工作的全过程，每一部分都应有必要的说明和小结，应条理清楚，文字通顺，排版工整，要求用计算机打字成文。
1.5方案构思
按设计任务书要求，本船为海洋多用途拖轮，应具备以下特点：
a较高的自由航速；
b保证优良的操纵性；
c具备较大的系柱拖力；
d足够的稳性和适航性；
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e海洋多用途拖轮应有的其他性能和设备。
根据以上的特点，本船设计应做到以下几点：
a本船采用双机双桨，以获得较高的自由航速，快速到达作业海域。
b为保证本船优良的操纵性，应力求减小船长。
c为提高本船的推进效率，增加拖力，应加大尾吃水，以增大螺旋桨的直径。
d在保证足够稳性和适航性的情况下，型深不应过大，以免引起重心升高和受风面积的增大。
e本船应需配备以下主要设备：
大功率的自动拖缆机，相应能力的起吊设备和对外消防设备等。
1.6母型船资料
一、概述
本船是航行于沿海航区的2940KW的海洋多用途拖轮。
钢质结构，单连续甲板，长首楼，双机，双桨，双舵船舶，主要任务是营救遇难船舶，拖带搁浅、触礁以及失去机动能力的船舶返回安全地区。
二、主尺度及主要要素
船长LOA57.62m
垂线间长LPP49.40m
型宽B12.00m
型深D5.00m
设计吃水d4.20m
满载排水量Δ1852.1t
方形系数CB0.723
棱形系数CP0.794
舯剖面系数CM0.911
水线面系数CW0.900
浮心纵向位置XB-2.122m
自由航速V12kn
三、主机
型号6320ZCd-6型柴油机
额定功率1470kW×2
额定转速525转/分
齿轮箱减速比2.4671：
1
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四、螺旋桨
采用四叶外旋定螺距螺旋桨2个，材料为镍铝青铜。
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2船舶主尺度及排水量的初步估算
2.1确定主尺度应考虑的因素
一、船长
对于各类不同用途的拖轮，其船长的选择是不同的，如对于内河浅水拖轮，由于吃水过小，为了得到一定的排水量不得不加大船长，对于港作拖轮则应尽量减小船长以得到港内自身回转的灵活性，而对于长途航行的拖轮及海洋拖轮，要考虑到减小阻力以及对风浪的抵抗能力，则应适当的增加船长。
本船的基本考虑因素有以下几点：
（1）满足布置要求。
主甲板以下要布置机舱、淡水舱、重油舱及首尾尖舱等，这些舱室应分布合理，使拖轮在满载和空载情况下尾部吃水变化较小，以保持车叶和舵的良好性能，必要时需考虑设置压载舱，船长应能满足以上布置的要求。
（2）航道限制。
内河拖轮，特别是运河和浅水急流航道的拖轮要考虑航道的最小曲率半径对船长的限制。
（3）考虑阻力。
拖轮在自航时，对应的速长比约为1.1～1.4，所以增加船长可以降低速长比，即减少了拖轮的剩余阻力。
求某些要求自由航速较高的拖轮，可考虑选取较大的船长，但要注意避“峰”求“谷”，即避开阻力的峰值，请结合任务书的要求来考虑。
（4）造价考虑。
拖轮船长愈大则重量愈大，造价愈高。
二、船宽
拖轮船宽主要决定于稳性以及必要的甲板面积，需要考虑的因素有：
（1）稳性要求；
（2）航道限制；
（3）布置要求。
三、型深
型深对纵向强度、剩余稳性均有很大的影响。
由于型深＝设计吃水+最小干舷，故吃水为一定时，根据最小干舷就可以决定最小型深。
四、干舷
干舷直接关系到船舶的剩余阻力和大倾角稳性。
拖轮的干舷较一般的船舶高，一般多在0.6～1.2m之间，视船舶大小及航区而定。
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2.2主尺度选择的一般步骤
船舶主尺度的选取主要涉及到以下几个方面：
①满足承受重量所需要的浮力，即空船重量加载重量应等于船在设计吃水时的浮力；②满足新船所需要的布置地位（舱容及甲板面积）；
③满足对新船的各项技术性能（快速性、稳性、操纵性、耐波性和强度等）的要求；④考虑航线环境、建造与修理厂设备条件对新船主尺度的限制；
⑤满足用船部门对新船的有关使用要求。
⑥经济性好。
具体步骤和方法如下：
1）确定主尺度的选择范围
首先根据新船的船型、布置地位、航速等和主尺度的限制条件，参考母型船资料，初步确定一个主尺度的选择范围。
具体方法是：
采用一些主尺度估算公式，对主尺度进行估算，大致确定新船的主尺度范围。
2）主尺度的第一次近似计算
主尺度的初始值可以采用以下方法估算：
①采用母型船换算法：
采用适当的换算方法粗估新船的主尺度初始值。
②应用统计公式或经验公式：
对常规船型，在选用统计公式或经验公式粗估主尺度时，特别要注意公式的适用范围，如果对这些公式的适用范围不清楚，可以用母型船资料来试算，从而了解这些公式的适用范围。
3）重力与浮力的平衡、舱容和布置地位的初步校核
对于布置地位型船：
首先校核布置地位与舱容，然后校核浮力与重力的平衡。
当吃水允许改变时，用调整吃水的办法来平衡重力与浮力是比较容易的，也可以采用调整方形系数的方法。
2.3主尺度的确定方法
2.3.1根据统计资料和近似计算公式来确定船长范围
可参考《船舶设计手册》，根据所给统计资料，进行选择，我选择的是4）由船长和主机功率的统计公式来粗略估算：
其中：
PB=1470⨯2KWm=1.4,结合母型船资料船长LPP为50m到60m之间。
结合后面的各种校核可知LPP为58m。
船长对船造价是影响最大的，所以在可能的前提下尽可能的去减小船长。
由于要达到相应的马力，所以在无耐之下增加船长从而使其达
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到相应的要求。
2.3.2船宽的初步估算
对于船宽，由于拖轮在工作过程中往往受到被拖船舶的急牵，其稳性要求较高，所以船宽通常按稳性要求结合布置的情况来确定。
根据统计资料和母型船来确定船宽范围由母型船换算得到型宽
算的船宽为14m
2.3.3型深D和吃水d的确定
拖船吃水一般由螺旋桨所需的浸沉深度、港口航道条件及对稳性影响较大的B/d值来选定。
本船一般在深水港区和近海海域，因此其吃水不受限制，故吃水的选择主要应从提高推进效率及要求一定的尾吃水和稳性角度来考虑。
在一定吃水条件下，型深的大小对稳性、储备浮力等均有影响，因此型深的确定要考虑干舷的要求和型深吃水比的影响以及设计建造的方便。
均采用母型船换算公式B根据母型船资料，=2.86中部吃水取d为4.9md根据母型船资料，L/D=9.88型深D可以取为5.9m
2.3.4方形系数的估算
沿海船舶方形系数推荐用下式计算：
根据
CB=1.08-
V/V/=1.0时，CB应减0.01
其中：
V为自由航速，为14kn；L为垂线间长（英尺）
初步算的为0.563
2.3.5其它船型系数的确定
1.棱形系数CP
沿海船舶的棱形系数和速长比关系采用蒋慰昌公式：
CP=1.10-V/
上式适用于V/=1.10以下。
2.中剖面系数CM
CM=CB/CP=0.949
3.水线面系数CW
沿海船舶的水线面系数CW和方形系数的关系可以用以下表示：
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CW=0.73CB+0.30=0.711
4.浮心纵向坐标X
B
XB=5.5-6.5V/拖轮的浮心位置一般在船舯之后，可取在2%--3%LPP处。
这些均为初步估算，具体校核下面会提及。
2.3.6船舶重量估算及载重量的估算
根据同类型船的情况，分别找出各部分的重量系数。
1、船体钢料重量WH=CHLBD，系数CH取自母型船0.1288；为617.1t
2、舾装重量WO=C0（LBD）2/3，系数C0取自母型船1.16；为329.7t
3、机电设备重量WM=CM（PD/0.7355）0.5，系数CM取自母型船5.9；为360t
4、排水量裕度取空船重量LW的5%，
综上所述，空船重量LW=10
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