340TEU三峡新通道集装箱船方案设计.docx
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340TEU三峡新通道集装箱船方案设计
武汉理工大学毕业设计（论文）
350TEU三峡新通道集装箱船方案设计
学院（系）：
交通学院
专业班级：
船海1201班
学生姓名：
指导教师：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
年月日
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2、不保密囗。
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作者签名：
年月日
导师签名：
年月日
摘要
本次毕业设计所选择的题目是《350TEU三峡航运新通道集装箱船设计方案》，主要是根据优良的母型船来进行改造，结合在学校中学习到的知识，灵活地将其运用到实际的设计过程中,完成新船的船体部分设计工作。
全文共分为7个部分来进行阐述，主要内容包括：
船舶主尺度确定及优化、船体型线设计、船体总布置设计、快速性预报、稳性校核、干舷计算、吨位丈量七部分。
船舶主要要素的确定是通过优秀母型船换算得到。
船体型线设计是通过“1-Cp”法和迁移法对母型船进行型线改造，做到三向光顺、协调、一致，并对母型船艏艉部进行自行设计。
总布置设计是以经济效益为要点，人性化地进行布置设计。
稳性校核：
浮态核算与调整，是使船舶在各种载况下航行时都能有良好浮态。
螺旋桨设计是求得最佳的螺旋桨要素并使其满足各项要求。
船舶的完整稳性是保证船舶在各种恶劣海况下航行而不致船舶倾覆。
干舷计算是保证船舶有足够的干舷，吨位计算的结果将作为船舶经济性估算依据。
关键词：
三峡新通道；集装箱船；350TEU；设计方案
Abstract
Thetopicofmygraduationdesignis350TEUcontainershipdesignofthenewchanneloftheThreeGorges.TheshipismainlyreformedbasedonthesuperiorparentshipswiththeknowledgeIhavelearnedinuniversity,whichrequiresmetoapplyittothepracticalprocesstocompletethedesignwork.
Thereis7partstobeelaborated,themaincontentsinclude:
determinationandoptimizationofthemaindimensionsoftheship,shiplinesdesign,generalarrangementdesign,propellerdesign,calculationofstability,calculationoffreeboardandtonnagemeasurement.Themainelementsoftheshiparemainlyconsideredfromexcellentparentship.Theshiplinesarereformedfromsuperiorparentshipwith“1-Cp”methodandmigrationmethodtomakethreedimensionssmooth,harmoniousandconsistent.Generalarrangementdesignistomeettherequirementsofbothcontainersandpeopleontheship.Stabilitycheckistoaccountandadjustthefloatingstateandmakesurethattheshiphasagoodfloatingstateundervariousloadingconditions.Propellerdesignistoobtainthebestelementsofthepropellerandmakeitmeettherequirements.Intactstabilityofshipensuresthattheshipisabletosailwithconditionwithoutshipcapsized.Thefreeboardcalculationsistoensurethattheshiphassufficientfreeboard.Theresultsoftonnagecalculationisthebasisofeconomicestimation.
KeyWords:
NewchanneloftheThreeGorges;Containership;350TEU;Design
第1章绪论
1.1课题研究背景
长江是连接中国内陆和沿海地区的重要交通纽带，对中国的发展起着十分重要的作用。
三峡工程提高了长江的通航能力，但是三峡船闸通过能力的不足已日益成为长江航运发展的阻碍[1][2]。
针对规划中的三峡新通道，着手研究能适应新通道的标准化集装箱船型，提高船舶营运效率，降低运输成本，提升内河航运竞争力。
1.2国内外发展现状
目前长江干线主力船型为散货船、液货船、集装箱船、商品车船。
随着经济结构的转型，可预期集装箱船会有较大发展。
从目前市场需求来看，集装箱船的大型化已经成为长江航运的主潮流[6][7][8]。
在全球范围内，由于世界经济的复苏，新船的成交量和手持订单量逐渐增加，而小箱位的内河集装箱船已逐渐暴露出老龄化严重，运能不足的问题。
1.3目的和意义
通过对国内外内河集装箱船发展现状的分析，长江航运集装箱船的发展趋势主要体现在大型化和标准化等方面。
标准化船型设计能加快船舶技术的进步，改善航运结构，保护长江水域及周边环境，保障水上交通安全[9][10]。
本课题主要研究350TEU箱量级三峡航运新通道集装箱船并进行方案设计。
1.4课题研究内容
本次选题主要利用优良的母型船进行合理的改造完成新船的设计工作，设计内容包括船型和主要要素的确定及优化，船体型线设计，总布置设计，螺旋桨设计，液体舱容要素和典型载况下的稳性计算，吨位丈量，舾装数计算，干舷计算。
1.5综述
随着长江集装箱船大型化进程的加快，选题《350TEU三峡航运新通道集装箱船方案设计》这个题目既符合时势，又贯穿了我四年来所学的全部知识，让我得到最好的锻炼，对我将来的研究生学习产生极大的帮助。
第2章任务书分析
2.1船舶入级
本船入级中国船级社，按“CCS”有关规范和法规入级、设计。
2.2设计船舶的特点
本设计船为350TEU箱量级三峡航运新通道集装箱船，本船为钢质、大舱口、首楼和尾上层建筑、倾斜首、双底、双桨、双舵、艉机型、双柴油机驱动的集装箱船。
航区为长江干线重庆以下航区。
本船以装运固体散货为主，兼装包装的杂货，诸如小麦、大豆、羊毛等货物。
布置地位型船舶对布置的要求是确定船舶主尺度时考虑的主要因素，集装箱船是布置地位型船，主尺度选取的主要依据是排箱方式。
本船设计航速为18km/h，续航力约为2700km，自持力为8d。
设备配备及成员编制按相关规范、规则及要求选定。
2.3设计方法
本船设计主要采用母型船改造的设计方法，根据优良母型船进行合理、科学的逐步近似设计。
抓住主要问题、核心问题，确定正确设计思想，分析并解决设计船的技术与经济矛盾[11]。
本船按布置型船舶设计，其设计流程图如后页框图2.1所示：
图2.1布置地位型船舶设计流程图
2.4一些主要的设计思想
（1）通过布置需求、限制条件及相关规定等初步选取主尺度，在满足限制条件及相关规定的前提下，应尽量布置更多的集装箱，以提高经济效益。
（2）采用尾机型，利于主船体内压载水舱的布置，减少主机的传动损耗。
（3）总布置设计过程中以满足生活基本要求为前提，尽量保证集装箱的装载，以保证经济效益。
（4）为降低空载重心，增加空载吃水，设有底边压载水舱，以便重心过低时调高重心。
（5）在设计中应使设计船达到设计任务书中规定航速要求的同时，力求所选择的主机功率最小，降低机电设备费用。
在选定主机功率的情况下，应力求达到较高的航速，缩短航行周期，增加航行次数，从而获取更多的经济效益。
第3章全船设计概述
3.1船型及基本情况
本设计船为350TEU箱量级三峡航运新通道集装箱船，本船为钢质、大舱口、首楼和尾上层建筑、倾斜首、双底、双桨、双舵、艉机型、双柴油机驱动的集装箱船。
首部三层甲板室，货舱区域为双舷侧结构。
3.2设计依据的规范和规则
本船的船体设计和建造参照以下规范:
—中国船级社（CCS）《钢质内河船舶建造规范》（2016）[12]
—中华人民共和国海事局（CHINAMSA）《船舶与海上设施法定检验规则》（内河船舶法定检验技术规则）（2011）[13]
3.3载箱量及航速
本船的设计载箱量为340TEU，货舱区排箱为13×5×5，尾部为1×5×3。
在静水中、风力不超过蒲氏3级的满载试航速度为18km/h，续航力约为2700km，自持力为8d。
3.4主要要素
总长：
107.64m方形系数：
0.887
设计水线长：
105.031m棱形系数：
0.898
垂线间长：
103m中横剖面系数：
0.987
型宽：
16.2m水线面系数：
0.950
型深：
5.4m主机型号：
设计吃水：
4.6m主机转速：
1500r/min
设计排水量：
6860.1t主机额定功率：
510kW
浮心纵向位置：
-0.406m主机台数：
2
梁拱：
0.384m首舷弧：
0.2m齿轮箱减速比：
6
尾舷弧：
0.37m船员定额：
10人
3.5甲板间高
主甲板至艏楼甲板：
2.20m；
艏楼甲板至居住甲板：
2.20m；
居住甲板至驾驶甲板：
2.20m；
驾驶甲板至顶棚甲板：
2.20m。
3.6稳性及干舷
本船干舷和稳性均符合《船舶与海上设施法定检验规则》（内河船舶法定检验技术规则）（2011）（以下简称法规）的要求。
本船在设计吃水4.6m时的干舷为800mm。
3.7船员定额
根据《内河船轮机部和客运部最低安全配员表》[14]计算船员配额如下：
3.7.1甲板部
本船功率在441千瓦以上未满1500千瓦，连续航行时间超过16小时，综合考虑设船长、大副、二副各1人，值班水手2人，共5人。
3.7.2轮机部
本船功率在441千瓦以上未满1500千瓦，连续航行时间超过16小时，综合考虑设轮机长1人，轮机员2人，值班机工2人，共5人。
全部船员共计10人。
3.8排水量及吨位
3.8.1排水量
本船在满载设计吃水时，排水量为6860.1t，载箱量为340TEU，综合调研情况平均箱重为16t，载货量为5440t。
3.8.2吨位
吨位根据法规第3篇第2章要求计算。
总吨位GT=2788
净吨位NT=1812
3.9总布置概况
全船共设8道水密横舱壁，分别位于#-0.5、#4、#15、#20、#66、#112、#157、#161肋位。
依次设置尾尖舱、舵机舱、机舱、燃油舱（左右）、滑油舱、空舱、第六侧压载水舱（左右）、第二货舱、第五侧压载水舱（左右）、第四底压载水舱（左右）、第四侧压载水舱（左右）、第三底压载水舱（左右）、第一货舱、第三侧压载水舱（左右）、第二底压载水舱（左右）、第二侧压载水舱（左右）、第一底压载水舱（左右）、第一侧压载水舱（左右）、艏压载水舱（左右）、艏泵舱、锚链舱、艏尖舱。
首升高甲板以上设三层甲板室，各层甲板之间设有梯道。
（1）主甲板下
尾～#-0.5：
尾尖舱
#-0.5～#4：
舵机舱
#4～#15：
机舱
#15～#18：
燃油舱（左右）、滑油舱
#18～#20：
空舱
#20～#83.5：
第二货舱
#20～#43：
第六侧压载水舱（左右）
#43～#66：
第五侧压载水舱（左右）、第四底压载水舱（左右）
#66～#89：
第四侧压载水舱（左右）、第三底压载水舱（左右）
#89～#112：
第三侧压载水舱（左右）、第二底压载水舱（左右）
#112～#135：
第二侧压载水舱（左右）、第一底压载水舱（左右）
#135～#157：
第一侧压载水舱（左右）
#83.5～#157：
第一货舱
#157～#161：
艏压载水舱（左右）
#161～#165：
艏泵舱
#165～#167：
锚链舱
#165～艏：
艏尖舱
（2）首部上层建筑及甲板室
主甲板：
#157～#163，设有厨房、餐厅、储物间和净水房，其中储物间设有淡水柜，净水房设有净水器；#165～#169，设有油漆间和木工间。
艏楼甲板：
#157～#163，设有轮机长室、2间双人间、浴室和卫生间。
居住甲板：
#157～#163，设有船长室、2间双人间、浴室和卫生间。
驾驶甲板：
#157～#160，设有海图室、储物间；#160～#165，设有驾驶室。
顶棚甲板：
设雷达桅一根。
（3）尾部上层建筑
#4～#8：
二氧化碳间（左）、储物间（右）
#8～#12：
应急消防泵舱（左）、蓄电池间（右）
#12～#16：
电工间（左）、卫生间和浴室（右）
#16～#20：
机修间（左）、值班室（右）
3.10肋距
全船肋距均为600mm。
3.11主要设备及其参数
3.11.1主机
主机型号：
额定功率：
510kW
额定转速：
1500r/min
重量：
2745kg
长×宽×高：
2525mm×1200mm×1230mm
燃油耗油率：
g1=196g/kWh
数目：
2台
3.11.2减速齿轮箱
齿轮箱型号：
GWC30.32减速比：
6
传递能力：
0.5-1.39kW/r/min
质量：
1465kg
3.11.3螺旋桨
桨径：
2.288m盘面比：
0.425
螺距比：
0.608桨型：
MAU
叶片数：
4材料：
镍锰青铜
旋向：
右旋转速：
250r/min
3.12主要舾装设备
3.12.1锚泊设备
本船舾装数为2638，按中国船级社《钢质内河船舶建造规范》（2016）（以下简称规范）第1篇第3章第4节的要求配备锚泊设备。
（1）锚：
首锚采用斯贝克锚2口，每口锚重1550kg。
尾部有系泊钢索。
（2）锚链：
CCSAM2级有档电焊首锚链，链径Φ34mm，总长度为385m。
3.12.2系泊设备
本船舾装数为2638，按规范第1篇第3章第4节的要求配备系泊设备。
系船索4根，最小破断力229KN。
3.12.3舵设备
本船采用矩形双支承襟翼舵。
舵参数如下：
舵面积系数：
2%舵面积：
9.476m2
展舷比：
1.8平衡系数：
0.26
展长：
2.92m舷长：
1.62m
3.12.4消防设备
消防设备按法规的要求配备。
本船配有水灭火系统及固定CO2灭火系统各1套。
3.12.4.1水灭火系统
（1）消防泵和消防总管的布置
2台独立驱动
（2）消火栓的数量和位置
参照母型船的防火控制图本船设20个消火栓
（3）消防水带和消防水枪
5根消防水带和5支消防水枪
3.12.4.2固定式气体灭火系统
（1）灭火器
全船配有手提灭火器12个，手提泡沫枪1个，气体灭火器3具，消防水桶12只。
（2）消防员装备
配备消防员装备2套
3.12.5救生设备
消防设备按法规的要求配备。
3.12.5.1救生艇、筏和救助艇的配备
在艏楼甲板左右舷各配备1艘救生筏。
3.12.5.2个人救生设备的配备
本船配备26个救生圈，其中4个为带自亮灯救生圈，2个为带自亮灯和烟雾信号救生圈，并布置在驾驶室附近，上层建筑每层每舷布置2个救生圈，其中1个为带救生浮索的救生圈。
配备10件救生衣，10件救生服，且每件救生服上均配备救生衣灯。
3.12.5.3其他救生设备的配备
本船需配备手提式救生抛绳器4具；备12枚认可的火箭降落伞火焰信号存放于驾驶室附近；一套应急报警系统。
3.12.6无线电通信设备
本船为大于1000GT的货船，应配备2台代号为VHF频率为156～174MHZ工作类型为F3E的甚高频无线电话，1台对外扩音装置，和1台航行信号安全接收装置。
3.12.7航行设备
本船按照法规第5篇第6章相关规定来配置：
1个磁罗经，1个雷达，1个探测仪，2个探照灯，1个舵角指示器，1个主机或螺旋桨转速指示器，1个探测手锤，1台A级船载自动识别系统。
3.12.8信号设备
本船按照法规第5篇第7章相关规定来配置。
3.12.8.1号灯
根据表7.2.2.1进行配备，1个白桅灯，1个红舷灯，1个绿舷灯，1个白光尾灯，1个白环照灯，2个红环照灯，1个绿环照灯，1个红闪光灯，1个绿闪光灯，1个白闪光灯。
配备两盏白环照灯作前、后锚灯，前锚灯高于后锚灯。
3.12.8.2号型和号旗
按照表7.2.1配备型号：
2个号型。
按照表7.2.2配备号旗：
1面本国国旗2号，1面本国国旗3号，1面红旗，一面手旗。
3.12.8.3声响信号器具
根据表7.4.2.1配备声响信号：
1具大型号笛，1具号钟，1具号锣。
第4章主要要素估算及优化
4.1排箱
本船是布置地位船，通过布置草图确定主尺度。
布置草图如图4.1，排箱方式为：
货舱部分13×5×5，尾部1×5×3，共340TEU，集装箱型号为1CC，尺寸为××
图4.1布置草图
4.2初步选取主尺度
通过布置需求、限制条件及相关规定等初步选取主尺度。
4.2.1布置需求
货舱区集装箱有13行，货舱长度应大于6.2×13=80.6m，考虑到集装箱之间的间隙，货舱长度应大于81m；集装箱所需货舱开口宽度为B1=12.5m，
4.2.2限制条件
4.2.2.1船型主尺度系列
三峡航运新通道集装箱船型主尺度系列如表4.1，本船为三峡新通道350TEU载箱量级集装箱船，参照图中载箱量级为300TEU的主尺度。
总长Loa应在105-110m范围内；型宽B应在16.2m左右，可下浮2%；吃水d应在4.3-5.5m范围。
表4.1三峡航运新通道集装箱船型主尺度系列
（续表4.1）
4.2.2.2航道、过闸及过桥限制
长江航道、船闸、桥梁现状如表4.2、表4.3、表4.4。
表4.2长江干线航道规划表（2020年）
长江干线航道规划表（2020年）
河段
里程（km）
最小维护标准尺度
（水深×航宽×弯曲半径）
水富～重庆
402
2.7×50×560
重庆～城陵矶
1066
3.5×150×1000
城陵矶～武汉
227.5
3.7×150×1000
武汉～安庆
402.5
4.5×200×1000
安庆～南京
306
6.0×200×1050
南京～太仓
289
10.5×500×1050
太仓～长江口
145
12.5×500×1050
表4.3船闸
船闸
集泊长度（m）
集泊宽度（m）
槛上最小水深（m）
葛洲坝一号船闸
266
32.8
5
葛洲坝二号船闸
266
32.8
5
三峡大坝永久船闸
266
32.8
5.0（当坝前水位不低于144m时）
葛洲坝三号船闸
118
17.2
3.5
三峡大坝升船机
110
17.2
3.5
表4.4长江干线桥梁
桥 名
通航净高（m）
桥 名
通航净高（m）
桥 名
通航净高（m）
江阴长江大桥
50
巴东长江公路大桥
18
苏通长江大桥
62
润扬长江大桥
50
巫山长江公路大桥
18
长江南京段过江通道
18
南京长江二桥
24
云阳长江公路大桥
18
鄂东长江公路大桥
24
南京长江三桥
32
万州长江公路大桥
24
武汉阳逻长江大桥
24
南京长江大桥
24
忠县长江大桥
18
武汉天兴洲长江大桥
24
芜湖长江大桥
24
丰都长江大桥
24
荆岳长江公路大桥
18
铜陵长江公路大桥
24
涪陵长江大桥
24
宜昌铁路大桥
18
安庆长江大桥
24
长寿长江铁路大桥
18
奉节长江公路大桥
18
九江长江大桥
24
重庆地维长江大桥
19
忠县石柱长江大桥
18
黄石长江公路大桥
24
重庆大佛寺长江大桥
18
万州长江公路二桥
18
鄂黄长江公路大桥
24
重庆长江公路大桥
18
万州长江铁路大桥
18
武汉长江公路二桥
22
重庆鹅公岩长江大桥
18
重庆石板坡长江大桥
18
武汉长江大桥
18
重庆李家沱长江大桥
18
重庆菜园坝长江大桥
18
武汉白沙洲大桥
18
重庆白沙沱长江大桥
19.1
重庆王家沱大桥
18
武汉军山长江大桥
18
重庆马桑溪长江大桥
18
涪陵石板沟长江大桥
18
荆州长江公路大桥
18
江津长江公路大桥
18
涪陵李渡长江公路桥
18
枝城长江大桥
18
泸州长江公路大桥
10
江津观音岩长江大桥
18
宜昌长江公路大桥
18
泸州隆纳长江大桥
18
泸州长江公路三桥
18
宜昌夷陵长江大桥
18
泸州长江铁路大桥
18
江安长江公路大桥
18
葛洲坝三江公路大桥
18
杨中长江大桥
10
宜宾长江公路大桥
18
西陵长江大桥
20
扬中长江二桥
18
4.2.2.3相关规定
4.2.3主尺度估算
4.2.3.1船长
货舱长度为81m，艏尖舱长度为0.05Lpp，尾尖舱长度为0.04Lpp，机舱长度为1.835+5=6.835m，上层建筑长度为7m，根据方程Lpp=Lc+La+Lf+Lm+L0计算得Lpp=103.775m。
综合以上考虑，初取Lpp=105m，Loa=110m。
舱室初步划分如下：
货舱81m，艏尖舱5m，艉尖舱5m，机舱7m，上层建筑7m。
4.2.3.2船宽
应在16.2m左右，可下浮2%，综合以上考虑，初取B=16.2m。
4.2.3.3吃水
吃水应在4.3-5.5m范围内，且应小于5m，综合以上考虑，初取吃水d=
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