24000DWT成品油船方案设计.doc

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24000DWT成品油船方案设计

TheGeneralDesignOfa24000DWTProductOilTanker

学院（系）：

船舶工程学院

专业：

船舶与海洋工程

学生姓名：

学号：

指导教师：

评阅教师：

完成日期：

年月日

24000DWT成品油船方案设计

摘要

本次毕业设计的具体任务为24000DWT成品油船的方案设计，该船航行于我国近海区域。

在设计过程中着眼于确保船舶的适用性，保证其能够较好地完成设计任务书中规定的使用任务。

本次设计涉及多个方面，大体上来说，可以分为下面六个部分：

1、主要要素确定

根据设计任务书的要求，初步确定设计船的主尺度、船型系数和排水量等主要要素，并对其稳性、航速、容积等进行校核，最终确定设计船的主尺度。

2、型线设计

采用“1－Cp”法改造母型船水下部分型线，水线以上部分自行设计，考虑型深、布置等方面的要求，同时注意与水下部分型线的配合，最终得到设计船的型线图。

3、总布置设计

按照规范要求并参考12000DWT母型船进行总布置设计，区划船主体和上层建筑，布置舱室设备。

4、静力学及完整稳性计算

对设计船的装载情况、浮态、初稳性、完整稳性等进行计算，并绘制静水力曲线、舱容要素曲线、稳性横截曲线、静稳性曲线和动稳性曲线等，以确定设计船满足设计任

务书和规范的要求。

5、快速性计算及螺旋桨设计

采用-δ图谱设计螺旋桨的直径和其它参数。

保证船、机、桨三者的配合，以提高设计船的整体性能。

6、船体结构设计

参考母型船，按照按照CCS《国内航行海船建造规范（2006）》的规定，对设计船进行货舱区的结构设计，选取构件，并校核总纵强度，以保证结构设计合理。

最后绘制典型横剖面图。

关键词：

成品油船；主尺度；型线；总布置；稳性；螺旋桨

-I-

24000DWT成品油船方案设计

TheGeneralDesignOfa24000DWTProductOilTanker

Abstract

Thespecifictaskofgraduationdesignistodesigna24000DWTproductoiltankerwhichmianlysailsonthecostalwaterofChina.

Themainconcernsinthedesignprocessarepaidatbothensuringtheapplicabilityoftheshipandbettereconomics,aswellasenvironmental,aestheticandotheraspects.Thedesignincludesalotofaspects，Generallyspeaking,thisdesigncanbedividedintosixmajorpartsasfollows:

1.Principaldimensionsdesign

Accordingtotherequirementsoftheinstruction,theprincipaldimensionsanddisplacementcanbedeterminedbyreferringtoempiricalfunctionsinitially.Andthentochecktheinitialstability,speedandvolumetodeterminetheprincipaldimensionsfinally.

2.Linesdesign

Rebuildthelinesofthearchetypebelowthewaterlinebyusingthemethodof“1-Cp”.Thelinesoverthewaterlinearedrawnbothconsideringthedepthandarrangement.Accordingtolongitudinalcenterofbuoyancyandcoefficientofblockmodifylinesuntiltheyarereasonable.

3.Generalarrangementdesign

Referringtothe12000tproductcarrier’sgeneralarrangement,thegeneralarrangementisdesignedinaccordancewiththecorrelativerule.

4.Calculationofhydrostaticsandstability

Checkthestowageperformance,flotation,stability,integrityandsoon,anddrawthecurveofhydrostatic.Staticanddynamicstabilityoftwoloadingconditionsarecalculatedrespectively.Theresultsdemonstratethatthestabilityoftheshipmeetstherequirementofthecriterion.

5.Screwpropellerdesign

Designthediameterandotherparameterofthescrewpropellerbyemployingthe-δspectrum,ensurethecooperationoftheship,mainframeandthescrewinordertoenhancethetotalcapabilityoftheshipdesigned.

6.Structuredesign

ThehullstructureisdesignedaccordingtoRulesandRegulationsfortheConstructionandClassificationofSteelSeaShips（2006）,andselectthecomponentsandchecktheintensityofportraitbody,inordertomakesurethedesignofstructureisreasonable.Andfurthermore,thedesignerdrawstypicaltransversesectionplanes.

KeyWords：

Productoiltanker;PrincipalDimensions;MouldedLines;Generalarrangement;Stability;ScrewPropeller;Structure

-135-

目录

摘要 I

Abstract II

引言 1

1设计任务书 3

1.1用途 3

1.2航区和航线 3

1.3船级 3

1.4船型 3

1.5航速 3

1.6续航力 3

1.7船员数 3

1.8动力装置 3

1.9规范 4

2船舶主要要素确定 5

2.1船舶排水量初步估算 5

2.1.1基本设计思路 5

2.1.2排水量的估算 5

2.2初步拟定主尺度及方形系数 6

2.2.1统计法 6

2.2.2主要尺度比法 7

2.2.3船型资料法 7

2.2.4初拟结论 8

2.3初选主机 8

2.4空船重量估算 9

2.4.1船体钢料重量估算 9

2.4.2木作舣装重量估算 9

2.4.3机电设备重量估算 10

2.5重力与浮力平衡 10

2.6载货量Wc计算 12

2.6.1主机燃油重量W0 12

2.6.2滑油重量估算W1 12

2.6.3炉水重量估算Wbw 12

2.6.4船员生活用水 13

2.6.5人员及行李 13

2.6.6食品 13

2.6.7备品 13

2.7稳性校核 13

2.7.1浮心垂向高度的估算 13

2.7.2横稳心半径的估算 14

2.7.3重心垂向高度的估算 14

2.7.4初稳性校核 14

2.8航速校核 16

2.8.1总推进系数估算 16

2.8.2航速校核参数计算 17

2.8.3绘制有效马力曲线及航速校核 19

2.9容量校核 20

2.9.1本船提供的总容积 21

2.9.2货油舱能提供的容积 21

2.9.3专用压载水舱能提供的容积 21

2.9.4本船货油所需容积 22

2.9.5本船专用压载水舱所需容积 22

2.9.6容积校核 22

2.10干舷校核 22

2.10.1船的基本干舷 23

2.10.2船长L<100m的船舶干舷的修正 23

2.10.3方形系数对干舷的修正 23

2.10.4型深对干舷的修正 23

2.10.5有效上层建筑和围蔽室对干舷的修正 24

2.10.6非标准舷弧对干舷的修正 24

2.10.7船舶航行夏季最小干舷 24

2.11技术经济分析 24

2.11.1对船长的分析 24

2.11.2对型深的分析 24

2.11.3对方形系数的分析 25

2.12本章小结 25

3型线设计 27

3.1绘制母型船横剖面面积曲线 27

3.2改造母型船横剖面面积曲线 29

3.2.1母型船棱形系数以及浮心位置 29

3.2.2“”法改造母型船横剖面面积曲线 29

3.2.3“迁移法”调整浮心纵向位置 32

3.3绘制型线图 35

3.3.1绘制格子线 35

3.3.2绘制半宽水线图 35

3.3.3绘制横剖线图 37

3.3.4绘制纵剖线图 39

3.3.5型线的三向光顺 39

3.3.6绘制甲板线 40

3.3.7后续工作 40

3.4本章小结 40

4总布置设计 42

4.1概述 42

4.2遵循的原则 42

4.3肋骨间距划分 42

4.4确定双层底高度与双层壳厚度 43

4.4.1双层壳厚度确定 43

4.4.2双层底高度确定 43

4.5总布置概况及特点 43

4.6主船体内部船舱的布置 43

4.6.1总体划分 43

4.6.2内部舱室划分 44

4.7甲板布置 45

4.7.1主甲板布置 45

4.7.2首、尾楼甲板布置 45

4.7.3艇甲板布置 46

4.7.4船员甲板布置 46

4.7.5船长甲板布置 46

4.7.6驾驶甲板布置 46

4.7.7罗经甲板布置 46

4.8底舱和机舱布置 46

4.8.1上平台布置 46

4.8.2下平台布置 46

4.8.3底舱布置 46

4.8.4双层底布置 47

4.9船员配置 47

4.10舾装设备 47

4.10.1锚泊设备 48

4.10.2系泊设备 48

4.10.3舵设备 48

4.10.4救生设备 48

4.10.5消防设备 49

4.10.6货油舱舱盖 49

4.10.7吊车 49

4.11总布置图绘制 49

4.12舱容校核 49

4.12.1货油舱容积校核 49

4.12.2压载水舱容积校核 49

4.13本章小结 50

5静力学基本计算 51

5.1静水力曲线的绘制 51

5.1.1静水力曲线 51

5.1.2基本原理 52

5.1.3绘制静水力曲线 54

5.2稳性横截曲线的绘制 56

5.2.1基本原理 56

5.2.2绘制乞氏横剖面图 57

5.2.3绘制稳性横截曲线 58

5.2.4绘制进水角曲线 61

5.3舱容要素曲线 63

5.4装载稳性计算 68

5.4.1排水量及重心坐标计算 68

5.4.2浮态及初稳性计算 72

5.5本章小结 75

6完整稳性计算 77

6.1稳性曲线的计算和绘制 77

6.1.1静稳性曲线 77

6.1.2动稳性曲线 80

6.2稳性校核 82

6.2.1完整稳性的有关衡准 82

6.2.2各种载况下完整稳性计算 84

6.2.3完整稳性校核汇总 87

6.3本章小结 87

7快速性计算和螺旋桨设计 88

7.1阻力预报 88

7.1.1估算满载的有效马力 88

7.1.2估算压载的有效马力 91

7.1.3估算110%满载的有效马力 94

7.1.4绘制有效马力曲线 94

7.2螺旋桨图谱设计 95

7.2.1船体主要参数 95

7.2.2主机参数 95

7.2.3确定推进因子 96

7.2.4最大航速计算 97

7.2.5空泡校核 99

7.2.6强度校核 101

7.2.7螺距修正 105

7.2.8重量及惯性矩计算 107

7.2.9敞水性征曲线的确定 108

7.2.10系柱特性计算 110

7.2.11航行特性计算 111

7.2.12螺旋桨设计结果总结 114

7.3螺旋桨制图 115

7.4本章小结 115

8结构设计 116

8.1概述 116

8.1.1用途和航区 116

8.1.2结构形式 116

8.1.3主要尺度要素 116

8.2货油舱基本结构计算 117

8.2.1外板 117

8.2.2甲板 120

8.2.3双层底结构 121

8.2.4双壳结构 124

8.2.5甲板骨架 126

8.3强度校核 128

8.4绘制典型横剖面结构图 132

8.5本章小结 132

总结 133

附录 134

参考文献 135

声明 136

致谢 137

引言

随着我国重大航运政策的变化和市场经济的发展，客运在萎缩，煤运在回落，但利润指标靠油运这一基本格局却仍未改变。

油运能创造高于其他货运的经济效益是目前航运业的一个特征，也是各航运企业的共识。

根据未来油运市场的特点，油船近期的发展是10～13万吨级的油船，中长期发展则视市场走向考虑发展20万吨以上的超级油轮。

根据我国经营管理和油运市场的特点，我国将主要经营7～10万吨级的油船。

本毕业设计为24000DWT近海成品油船方案设计，设计船主要用于运载闪点小于60°C的轻柴油，货油比重为0.82t/m3，航行于我国近海区域，航线为大连到广州，为我国近海航区。

本船入CCS船级，设计过程中应对CCS的船舶设计建造标准进行参考，使其满足设计要求。

本船为单机、单桨、单甲板、尾机型船型，在进行总布置设计时，应给以充分考虑，并在给定条件下，满足装载要求，并且满足航行性能以及稳性条件。

本毕业设计要求设计航速不小于15.0节，续航力约为5000海里，在进行航速计算、主机选择以及螺旋桨设计时，满足设计要求。

本船船员数为24人，在满足船舶营运要求的前提下，充分考虑船员的起居生活，保证船员的正常工作，并保证船员的饮食和健康。

船舶设计是逐步近似、螺旋上升的过程，在设计开始阶段，很多要素不能确定，要在进一步的设计计算中逐渐确定，逐渐精确。

在设计的开始阶段，各要素的估算和假定，对船舶的后续设计优化产生影响，为能够得到满足设计要求并优化的船舶，在进行船舶的主尺度确定过程中，多考虑些影响因素，多参考些经验公式，从不同的角度进行主尺度确定，并进行对比分析，确定较为理想和优化的设计船的主尺度。

确定主尺度后，设计船部分要素已经确定，利用“1－Cp”法和“迁移法”对母型船进行变换，绘制母型船和设计船的无因此化横剖面面积曲线，进而得到设计船的无因次化型值，对其进行有因次计算，绘制设计船的横剖线图，通过横剖线图绘制半宽水线图以及纵剖线图，并对其进行三向光顺。

对水线以上部分的船体进行自主设计，并满足水线以上以及水线以下部分的过度，注意型线之间的配合，最终得到设计船的型线图。

总布置设计时，结合油船的布置特点，保证设计船的舱容和装载，以及营运安全，考虑船员的起居与工作情况，并参考了12000DWT以及16500DWT原油/成品油船的布置情况，对设计船进行总布置设计。

设计船的螺旋桨采用图谱法进行设计，采用具有较好的性能的MAU系列螺旋桨，并根据实际情况对标准桨进行了一些必要的修正，保证船舶满足设计任务书对航速的要求，同时对设计螺旋桨进行校核，保证其满足设计要求。

船体结构设计时，根据《钢质海船入级与建造规范（2006）》的相关规定，参考母型船的典型横剖面，对设计船进行货油区的结构设计，绘制典型横剖面结构图，并对其进行总纵强度的校核，使其满足规范的要求。

本设计船为航行于我国近海区域，航线为大连至广州的24000DWT成品油船。

船级为中国船级社，遵循CCS《国内航行海船建造规范（2006）》的相关要求。

本设计船为单机、单桨、单甲板、尾机型船型。

通过设计，使设计船的舱容满足载货量的要求，使其在不同的装载状况下能具有良好的浮态、航速、稳性等，满足设计任务书的要求。

1设计任务书

船舶设计技术任务书是船舶设计的依据，它全面地反映了对设计船的技术性能的要求，对船的主要技术要素都做了规定，如船舶类型、用途、航距、机电设备等，本船设计任务书是由毕业设计任务书提供的，在设计过程中，要严格遵照设计任务书，使设计船舶的要素以及性能满足要求，使设计船的舱容满足载货量的要求，使其在不同的装载状况下能具有良好的浮态、航速、稳性等，满足设计任务书的要求。

1.1用途

本船用于运载闪点小于60°C的轻柴油，货油比重为0.82t/m3，本船的载重量为24000DWT。

1.2航区和航线

本船航行于我国近海航区，航线为大连到广州。

1.3船级

本船入CCS船级。

1.4船型

本船为单机、单桨、单甲板、尾机型船型。

1.5航速

要求设计航速不小于15.0节。

1.6续航力

本船续航力约为5000海里。

1.7船员数

本船船员数为24人。

1.8动力装置

主机机型选择MANB&W。

1.9规范

《国内航行海船法定检验技术规则（2004）》

《国内航行海船建造规范（2006）》

2船舶主要要素确定

本船为24000DWT近海油船，其主尺度的确定属典型的非布置型问题。

解决此类问题的思路是：

从重量入手，先选取载重量系数，然后估算排水量，按适宜尺度比及限制条件等算出主尺度，进行重量以及重量与浮力的平衡计算，平衡后进行性能校核，若满足则结束或进行经济性能分析，否则修改主尺度，重新进行计算。

2.1船舶排水量初步估算

2.1.1基本设计思路

本设计船为运输船舶，应尽量提高其经济性能，因此设计时应注意降低造价，以降低成本，尽量提高航速，降低消耗，提高其运输能力，提高经济性能。

船长对船舶的造价影响较大，故应该尽量减小船长；运输船舶，应满足载重量要求，在适当减小船长的情况下，可以适当增加型深，以满足本船舱容；由于本设计船的吨位特点，其他性能对其的限制较少，影响较小，能够满足要求。

综上所述，在满足航速和舱容的要求下，尽量减小本船的主尺度，提高经济性能。

2.1.2排水量的估算

本船为布置型船舶，即为重量型船舶，由于ηDW随Δ变化有相对稳定的范围，通常用载重量系数法[1]初估排水量。

因此，本设计船根据载重量法估算排水量。

本设计船载重量为24000DWT，选取20000DWT成品油船作为母型船进行新船设计。

母型船的主尺度等相关要素如下：

表2.1母型船主要要素

项目

数值

总长Loa

155.0m

设计水线长LWL

150.0m

垂线间长LPP

146.0m

型宽B

24.2m

型深D

13.4m

设计吃水d

9.20m

方形系数Cb

0.800

续表2.1

项目

数值

水线面系数CWL

0.862

中横剖面系数Cm

0.990

棱形系数Cp

0.808

排水量Δ

26761t

排水体积▽

25952m3

载重量DW

20000t

载重量系数ηDW

0.75

浮心纵向坐标Xf

2.410m

主甲板梁拱h

0.60m

系数K1=L/B

6.033

系数K2=B/d

2.630

选取的母型船的载重量系数为0.75，载重量为20000DWT，设计船的载重量为24000DWT，比母型船的载重量大，故取设计船的载重量系数ηDW=0.77，由此，设计船的的排水量Δ=DW/ηDW=31169t。

2.2初步拟定主尺度及方形系数

2.2.1统计法

根据以往设计建造的船舶，对同型船的相应数据进行统计分析，得出适当的统计公式或图表，可以用来估计主要要素的初始值。

根据1.5万吨至3.5万吨的油船主尺度统计公式[2]

LPP=10.8DW0.28-2.5（m）（2.1）

B=1.2DW0.3+4.5（m）（2.2）

D=1.29DW0.25-2.5（m）（2.3）

d=0.64*10-6DW+8.4（m）（2.4）

本设计船的载重量为24000DWT，现将DW=24000t代入以上各式，计算可得到：

LPP=179.42m，B=29.23m，D=13.56m，d=8.42m，Cb=0.68。

2.2.2主要尺度比法

根据主要尺度比估算主要尺度的初始值[1]，选择出L/B=K1，B/d=K2及方形系数Cb，已知排水量Δ后，就可应用浮性方程式算出L，B，d。

Δ=kγLBdCb（2.5）

（m）（2.6）

（m）（2.7）

（m）（2.8）

其中：

γ为海水密度，取1.025t/cm3；k为附体系数，取1.006；系数K1、K2、Cb取自母型船，分别为K1=6.033，K2=2.630，Cb=0.80，型深初步按照母型船D0/L0进行比例换算，即D=L（D0/L0）。

根据上式，代入数据进行计算，可以得到初定的主尺度为：

LPP=153.51m，B=25.44m，D=14.09m，d=9.67m，Cb=0.80。

2.2.3船型资料法

根据型船资料，并根据设计船实际情况进行调整，可以近似得到