200TEU内河集装箱船设计.docx
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200TEU内河集装箱船设计
200TEU长江集装箱船设计
设计任务书
本船为钢质、单甲板、双机、双桨、柴油机驱动的集装箱船；主要航行于川江及三峡库区和长江中下游航线。
载箱量为重箱可载200TEU，按”ccs”有关规范入级、设计和建造。
满载试航速度不低于20km/h,续航力不小于3000km。
第一部分设计思路及相关资料准备
主要内容：
1.集装箱船设计思路
2.航区、航线概况介绍
3.集装箱尺度与箱重
4.船用主机资料
5.标准船型主尺度系列
6.母型船参数
1.集装箱船设计思路
总体根据现有的集装箱船标准船型主尺度系列来决定主尺度。
集装箱船的尺度很大程度取决于集装箱的布置形式。
在制定本船尺度系列时，除遵循与航道等级相匹配、最少档次、船型协调性、船型优选及实用性、与现行标准相协调等原则外，还要充分考虑集装箱的布置要求。
为此，首先根据集装箱排列方式确定相应的尺度，然后根据浮力重力平衡条件、满足各性能要求以及航道的限制等其他法规、规范的相关规定来确定集装箱船标准船型主尺度。
具体计算中，首先根据排箱方式确定满足布置要求的最小平面尺度要求，然后对应不同的设计吃水和结构吃水，允许其平面尺度在一定范围内变化，计算各尺度组合下船舶的技术经济性能，通过对选定的指标进行评价，确定出该排箱方式下较佳的船型尺度系列。
采用同样的方法计算其它排箱方式下较佳的尺度系列，然后对载箱量大致相同的不同载箱方式进行比选，最后确定相应箱位数较佳的标准船型尺度系列。
2.航区、航线概况介绍
2.1川江与三峡库区介绍
“川江及三峡库区”航道指长江干线重庆重钢新码头至宜昌葛洲坝段航道，全长805.4公里。
三峡水库蓄水前，川江属于山区河流，流路曲折、江面狭窄、多浅滩暗礁，船舶航行艰难，航道维护尺度为2.9×60×750米（水深×航宽×弯曲半径）。
三峡库区蓄水至139米后，航道维护尺度为3.5×100×1000米，保证率达到98%，航道条件得到彻底改善。
川江及三峡库区主要通航建筑物是三峡五级船闸和葛洲坝船闸。
三峡船闸闸室有效尺度为280×34×5米（长×宽×门槛水深），可通过万吨级船队，设计年单向通过能力5000万吨。
2.2长江中下游航线介绍
全长1644公里的长江中下游航道，河道弯曲，浅滩众多，河道演变剧烈，航道极不稳定，是“黄金水道”的瓶颈河段，集中了长江沿线大部分浅险水道。
至2010年，长江干流的通过能力将达到如下标准：
南京港以下常年可通航2．5万吨级海轮和由2000－5000吨级驳船组成的2万－4万吨级船队；
南京至安庆水深达到6米，可通航5000－1万吨级海轮或由2000吨级驳船组成的2万－4万吨级船队；
安庆至武汉水深达到4．5米，可较大幅度地延长5000吨级海船的通航期；
武汉至城陵矶水深达到3．7米，可通航由3500吨级油驳组成的万吨级油运船队，利用自然水深可通航3000吨级海轮；
3.集装箱尺度与箱重
本船所装集装箱为1CC标准箱
具体尺寸：
20ft×8.0ft×8.5ft（长×宽×高，6058mm×2438mm×2591mm）。
集装箱数量为200TEU。
根据相关资料，取货箱平均重为12吨/TEU。
4.船用主机资料
美国康明斯主机资料
5.标准船型主尺度系列
中华人民共和国交通运输部公告（2010年第3号）
表1川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列（2010年修订版）
船型分级
（载箱量）
总长
LOA
m
船宽
B
m
设计吃水
m
参考设计载箱量
TEU
参考主机功率
kW
备注
50
62~64
10.8
2.0~2.4
45~55
（200-230）×2
在参考主机功率下,对应船舶设计吃水的设计航速:
≥20km/h
60
67~70
12.8
2.0~2.6
60~70
（300~350）×2
100
72~75
12.8
2.6~3.0
90~110
（330-350）×2
150
85~90
13.6
2.8~3.2
120~157
（330-440）×2
200-I
85~90
14.8
2.8~3.2
135~170
（420-470）×2
200-II
85~90
16.2
3.0~3.5
150~200
（470-500）×2
250-I
92~98
16.2
3.5~4.0
220~240
（550-600）×2
250-II
105~110
16.2
3.5~4.0
240~260
（600-660）×2
300
105~110
17.2
3.5~4.0
260~310
（630-660）×2
350
105~110
19.2
4.1~4.3
320~360
（700-730）×2
注：
1.以上载箱量为装载20英尺标准箱（TEU）货箱载箱量，货箱平均重为13吨/TEU；当船舶载运货箱和空箱数量超过所推荐载箱量时，应满足规范和法规的相应要求。
2.若实际装载货箱重量大于或小于13吨/TEU时，其载箱量会发生变化，此时应满足规范和法规的相应要求。
3.若装载特种箱、非标箱时，其有关要求应予特殊考虑。
4.本系列船型采用平板型护舷材，船舶应满足规定的总长、船宽要求。
6.母型船参数
参考母型船为200TEU长江集装箱船，
主要技术指标为：
总长：
90m设计水线长：
88m
垂线间长：
85.8m型宽：
16.2m
结构吃水：
3.4m设计吃水：
2.8m
型深：
5.2m方型系数：
0.793
主机功率:
477kw*2设计航速:
20km/h
第二部分主要要素的确定
主要内容：
1.集装箱的布置
2.按初步估算主尺度
3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整
4.估算空船重量和载重量
5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数
6.主要性能的校核
7.主尺度的最终确定
1.集装箱的布置
长江200TEU左右内河集装箱船，多采用6-10行4列布置。
根据《内河船建造规范2009》，要满足“集装箱的装载层数应不大于五层”和“集装箱船驾驶盲区不大于2倍船长”的要求。
本船载箱量200TEU，在货舱部位舱内分为9行×4列×2层，货舱部分甲板上分9行×4列×3层，尾部2行×4列×3层，在尾部少放4箱。
布置图如下
图1整体示意图
图2甲板示意图
2.初步估算主尺度
2.1船长
根据经验公式：
其中：
20英尺集装箱数量Nc=200
代入方程得Lpp=76.2m
2.2船宽
根据经验公式：
其中：
集装箱宽度bc=2.438m，甲板上集装箱列数rd=5，集装箱列之间的间隙Cc=0.038m，
代入方程得
12.3m，初取B=13m
2.3吃水
根据航道水深的限制，并且根据统计资料船宽吃水比B/d在2.5～3.5之间
初取d=3.7m
2.4型深
根据统计资料D/d在1.4～2.0之间
初取D=5.2m
2.5方形系数
根据亚历山大公式：
其中：
取C=1.08，V=20km/h，Fn=0.19，代入公式
初取Cb=0.76
3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整
3.1船长
根据布置要求，垂线间长Lpp为：
Lpp=Lc+La+Lf+Lm
其中：
尾尖舱长度La取5%Lpp
艏尖舱长度Lf取6%Lpp
机舱长度Lm为主机长加10m，大致取为11.5m
货舱长度Lc=7.7X-8（X为集装箱行数）=61.3m,实取64m
列方程，解得Lpp=84.8m.
相应的Lwl取为86.9m，Loa约89m
3.2船宽
根据舱内集装箱布置要求（图3），船宽B为：
B=Yo（w+a）+c（Yo-1）+2b+2d
其中：
Yo（列数）=4；
w（箱宽）=8英尺=2.438m；
a（箱与导轨之间的间隙）=0.025m；
c（导轨之间的间隙）=0.2m；
b（导轨与纵隔壁的间距）=0.125m；
d（舱口围板到舷侧的距离）=2.44m.
代入数据得B=15.58m
根据川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列，B=16.2m.
3.3型深
决定型深的主要因素是舱内集装箱层数，根据布置要求，型深D为：
D=hd+t+hn+f-hc-c
其中：
hd（双层底高）=B/16=1.01m；
t（垫板厚度）=0.05m；
hn（舱内箱高）=2*2.591m；
f（集装箱顶与舱口盖下缘的间隙）=0.15m；
hc（舱口围板高）=0.8m；
c（梁拱高）=B/50=0.324m；
计算得D=5.3m.
4.估算空船重量和载重量
4.1估算空船重量
4.1.1根据经验公式：
其中：
L、B、D为以上取值，代入得：
LW=1322.18t
4.1.2根据米勒空船重量的分项估算公式
Cb为初取值Cb=0.76，L、B、D为以上取值
船体钢料重量:
代入数值得，Wk=1202.81
舾装重量：
代入数值得：
Wf=129.58t
机电设备重量:
K=1.15BHP（主机功率）=477kw
代入数值得：
Wm=197.26t
根据Miller公式，重量小于7000t，估算误差偏大10%左右
空船重量Lw=（Wh+Wf+Wm）*90%=1376.69t
4.1.3空船重量的确定
取以上两个估算值的平均数
Lw=（1322.18+1376.69）/2=1349.44t
4.2计算载重量
4.2.1载货量
其中：
Nt（集装箱总数）=200，Wo（平均箱重）=12t
则有Wc=2400t
4.2.2人员及行李、食品、淡水重量
船员取为14人，每人平均65kg；船员行李50kg/人；
食品消耗3.5
；淡水消耗75
。
取船航速20km/h，续航力3000km.则这部分重量：
W1=14×（65+50）+14×（3000/20/24）×（3.5+75）=8.48t
4.2.3燃油、滑油及炉水重量
燃油重量
滑油重量
ε取0.05
炉水重量
由于为小型船舶，可不计炉水重量
这部分重量为：
W2=WF+WL=1.15*0.202*477*2*3000/20*1.1*（1+0.05）/1000=38.39t
4.2.4备品、供应品重量
W3=εLWε取0.5%
W3=0.005×1349.44=6.75t
4.2.5载重量的合计
DW=Wc+W1+W2+W3=2400+8.48+38.39+6.75=2453.62t
4.2.6排水量裕度
53.98t
4.2船体总重量
3857.04t
5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数
由2.5可知初取Cb=0.76
根据
得d=3.69m
由于航区航道限制，实取吃水d=3.5m
故相应Cb=0.80
6.主要性能的校核
6.1主尺度规范要求
由上述所定尺度校核：
Lpp/D=84.8/5.3=16B/D=16.2/5.3=3.06均满足规范要求
6.2快速性估算
6.2.1海军系数法
由海军系数法预估设计船达到预定航速（20km/h）所需主机功率
=477kw
快速性与母型船相当,满足快速性要求。
6.2.2统计回归公式
V=2.42Lpp0.17273B-0.22589d-0.06644CB-0.41631（p/0.736）0.205N-0.01033
计算得：
V=20.1km/h
满足快速性要求
6.3初稳性估算
初稳性公式如下：
系数
均可由母型船资料换算所得.
按型船资料，计算应满足以下规范要求：
《船舶与海上设施法定检验规范》（内河）
1.初稳性高度应不小于0.3m
2.集装箱船应核算下列基本装载情况的稳性：
满载出港，满载到港，压载出港，压载到港
3.计算集装箱船的稳性时，每只集装箱重心高度应取在集装箱高度的一半处。
6.4横摇周期估算
我国法规的完整稳性规则（非国际航行船舶）中，横摇周期按下列估算：
7.主尺度的最终确定
由以上计算和校验可的最终主尺度如下：
总长：
89m设计水线长：
86.9m
垂线间长：
84.8m型宽：
16.2m
设计吃水：
3.5m型深：
5.3m
方型系数：
0.80设计航速:
20km/h
主机功率:
477kw*2
第三部分型线设计
主要内容：
1.横剖面面积曲线的绘制
2.绘制横剖线图
3.绘制中横剖面曲线及梁拱、平板龙骨
4.绘制首尾轮廓线和甲板边线
5.绘制设计水线以上线型
6.绘制水线图和纵剖线图
1.横剖面面积曲线的绘制
1.1菱形系数Cp的选择
由于本船Fr=0.19<0.2,为低速船。
由于设计船方形系数CB=0.8较大，所以棱形系数CP更多考虑阻力的要求。
对于低速船，CP应该尽量取小,但考虑到Cm不宜太大，否则前肩曲度大，从而会产生凸肩。
当前的大型运输船舶的Cm常取为0.985-0.995，Cm的选取一般取决于Cb，查《设计手册》P202一般民用船Cm对Cb的关系曲线，得Cb取0.80时，Cm为0.984；
查《船舶设计原理》P143查图得CP=0.80CM=0.99
初取CP=0.813CM=0.984
1.2浮心纵向位置Xb的选择
心纵向坐标反映排水量在前后体的分布情况，Xb对剩余阻力影响较大，在低Fr时，尾部应保持适当削瘦，以免粘压阻力增加，但首部可以较肥，因为兴波阻力在低俗时占总阻力的比例很小，故Cb大的低速船，Xb多在舯前，但也应考虑Xb对推进性能的影响查《船舶设计原理》P144，得浮心的最佳位置：
距船中向前0.8%-3.2%Lpp
考虑双桨，最佳浮心位置比相同速度（Fn）的单桨船最佳浮心位置约后
移1%Lpp左右。
1.3横剖面面积曲线参数的选定
1.3.1平行中体的长度和位置
查《船舶设计原理》P145，查图得
平行中体长度LP/Lwl=0.25～0.4换算成LP/Lpp=0.26～0.41，
最终LP/Lpp=0.26～0.34
平行中体长度中点距首垂线的距离：
X/Lwl=0.42～0.48，
换算成X/Lpp=0.43～0.49
1.3.2进流段与去流段长度的选择
适宜进流段长度
=0.30
最短的去流段长度
=0.36
1.3.3最大横剖面位置
由于设计船Fr<0.3，最大剖面位置位于船中位置。
1.4横剖面面积曲线的改造生成
根据母型船，结合设计船，用“1-Cp”法，仅修改Cp，过程如下：
采用梯形法，对母型船面积曲线近似积分，得
母型船
0.808,
0.795
采用经验公式，估算
设计船
得
=0.826,
=0.800
修改量
（前半体）
改造后的设计船横剖面面积曲线如下图：
横剖面面积曲线改造修改后，母型船和设计船参数比较：
参数
Cp
Cm
Xb/Lpp
Lp/Lpp
X/Lpp
母型船
0.805
0.984
0.253%
0.30
0.50
设计船
0.813
0.984
1.25%
0.34
0.48
其中，Cp：
棱形系数，Cm：
中横剖面系数，
Xb/Lpp：
浮心纵向位置，
Lp/Lpp：
平行中体长度，
X/Lpp：
平行中体长度中点距首垂线的距离
2.绘制横剖线图
在横剖面面积曲线图上，量出各站处新船与母型船横剖面面积百分数相同的距离
，然后在母型船的水线图上距对应站
处量取各水线半宽y，再乘上B/Bo（型宽改造的比例值），即可得到新船各站半宽型值。
然后根据型值，绘制出横剖面图。
横剖线的改造绘制过程：
3.绘制中横剖面曲线及梁拱、平板龙骨
对
较大的船，取消舭深高可增大舭部半径（太小的话易产生舭涡）且可简
化施工工艺；
当舭深高为0时，
=1.45m；如下图：
3.2梁拱
×B；这里取B/50,即0.324m;
3.3平板龙骨
按《钢质内河船舶入级与建造规范》：
平板龙骨的宽度应不小于0.1B，且应不小于0.75m，
这里取1.62m;
4.绘制首尾轮廓线和甲板边线
4.1首尾轮廓线
首尾轮廓线一般应由母型船的形状按相同规律修改而得，否则与水线端点不易配合。
尾框尺寸涉及桨和舵的布置，可按新船要求参照母型船形状自行设计，但应注意尾框的修改会使水线尾端点距中值改变，因此必须对尾部水线做适当修改。
修改后首尾轮廓线如下图：
4.2甲板边线
4.2.1舷弧的选择
舷弧是指首尾垂线处甲板边线高度减去型深后的值，分为首尾舷弧（
和
），小型船舶耐波性差，首部容易上浪，取较大的舷弧以利减少甲板上浪，所以小型船舶首舷弧取得一般比较大，标准舷弧规定：
首舷弧：
=1913mm
尾舷弧：
=957mm；
此外，法规对最小船首高度有以下要求：
当L<250m时，=3623.668mm，
这里取3.7m；
法规同时规定，如果是用设置上层建筑来达到，则上层建筑至少延伸到
首垂线后0.07L处。
4.2.2最小干舷计算
根据相应规范计算最小干舷，计算如下表
4.2.3舷弧和最小干舷的校核
实际干弦F=D-d=5.3-3.5=1.8>Fmin=1.38，说明干舷满足要求；
船首高度
=F+首楼高度=5.3-3.5+3.4=5.2>3.7,满足上述对
的要
求；
5.绘制设计水线以上线型
设计水线以上的型线，由于甲板边线需满足新船的型深和舷弧要求，通常情况下不会与母型船的甲板边线高度经吃水比例修正后相同，因此需要另行绘制。
绘制时可参照母型船改造所得的横剖线形状，应用自由绘制的方法进行。
绘制时应满足总布置对甲板边线宽度的要求。
同时注意横剖线上部的外飘程度。
6.绘制水线图和纵剖线图
在绘制好的横剖面图上，重新划分水线，根据投影关系，绘出新的水线图和纵剖面图，最后进行三向光顺。
第四部分三维建模
主要内容：
1.根据型值建三维模型
2.三维光顺与成型
3.静水力计算
1.根据型值建三维模型
提取横剖线图中的各站点以及船中纵剖面选取的各散点制成txt文件导入Freeship可得三维的船体模型
初始导入：
纵剖面图
横剖面图：
透视图：
2.三维光顺与成型
根据Freeship中的光顺检测功能，调整各个部分的光顺性，并适当添加控制点，行程密集的控制网格。
根据导入后成型的图，主要调整船首部以及尾封板的位置，具体调整后如同：
整体
首部
尾部
3.静水力计算
设计船长:
89.000[m]
总长:
88.890[m]
设计船宽:
16.200[m]
总宽:
16.317[m]
设计吃水:
3.500[m]
中横剖面位置:
44.500[m]
水密度:
1.000[t/m3]
附体系数:
1.0000
体积属性:
排水体积:
3868.2[m3]
排水量:
3868.2[tonnes]
水下部分总长:
88.890[m]
水下部分总宽:
16.317[m]
方形系数:
0.7634
菱形系数:
0.7999
垂向菱形系数:
0.8673
浸湿表面面积:
1733.1[m2]
浮心纵向位置:
42.834[m]
浮心纵向位置:
-2.061[%]
浮心垂向位置:
1.863[m]
中横剖面属性:
中横剖面面积:
54.575[m2]
中横剖面系数:
0.9556
水线面属性:
水线长:
87.348[m]
水线宽:
16.204[m]
水线面面积:
1276.6[m2]
水线面系数:
0.8802
水线面浮力中心:
39.211[m]
进水角:
-77.451[degr.]
横惯性矩:
25433[m4]
纵向惯性矩:
685587[m4]
初稳性:
横稳心高:
8.500[m]
稳心纵向高度:
180.54[m]
侧面:
侧面积:
270.30[m2]
风压纵向作用点:
46.002[m]
风压中心垂向位置:
1.835[m]
以下图层属性由船体两侧计算而得！
:
|图层|面积|厚度|重量|COGX|COGY|
COGZ|
||[m2]||[tonnes]|[m]|[m]|
[m]|
|-------------------------|--------|-----------|----------|---------|---------
|---------|
|船体列板1|37.800|0.000|0.000|-1.085|0.000|
3.619|
|船体列板2|37.849|0.000|0.000|1.064|0.000|
3.502|
|船体列板3|39.568|0.000|0.000|3.186|0.000|
3.213|
|船体列板4|46.942|0.000|0.000|5.330|0.000|
2.518|
|船体列板5|49.105|0.000|0.000|7.418|0.000|
1.981|
|船体列板6|97.244|0.000|0.000|10.609|0.000|
1.621|
|船体列板7|99.667|0.000|0.000|14.853|0.000|
1.361|
|船体列板8|102.89|0.000|0.000|19.091|0.000|
1.260|
|船体列板9|105.82|0.000|0.000|23.329|0.000|
1.215|
|船体列板10|107.49|0.000|0.000|27.562|0.000|
1.190|
|船体列板11|107.80|0.000|0.000|31.800|0.000|
1.186|
|船体列板12|107.80|0.000|0.000|36.040|0.000|
1.186|
|船体列板13|107.80|0.00
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