吨油船设计船舶与海洋工程设计.docx

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吨油船设计船舶与海洋工程设计

毕业论文（设计）

2850吨油船设计

学生姓名：

王鹤添

指导教师：

王海英讲师

专业名称：

船舶与海洋工程

所在学院：

海洋工程学院

2010年6月

摘要

本次毕业设计为2850吨油船设计，题目来自船舶与海洋工程教研组2010.

在设计过程中主要参考1000吨油船为相近的母型船，同时以《钢质海船入级规范》2006，《船舶设计原理》等文献为参考进行设计。

在设计过程中综合考虑了船舶的快速性、操纵性、经济性等性能。

毕业设计内容主要包括以下几个部分:

一．主尺度确定——根据任务书的要求并参考母型船初步确定主尺度，经过重力与浮力平衡进一步确定主尺度，再对容积、航速及稳性等性能进行校核，最终确定船舶主尺度。

二．型线设计——采用1－Cp法改造母型船型线，通过绘制辅助水线半宽图来绘制设计船的水线半宽图、横剖面图、侧视图，从而得到设计船的型线图。

三．总布置设计——按照规范要求并参考母型船进行总布置设计，区划船舶主体和上层建筑，布置船舶舱室和设备。

四．性能计算——对设计船的装载情况、浮态、初稳性、完整稳型等性能进行校核，包括静水力曲线、稳性横截曲线、静动稳性曲线等相关曲线的绘制，以满足任务书及规范的要求。

五．螺旋桨设计——设计螺旋桨的直径及其他参数，保证船、机、桨三者的配合，以提高设计船的整体性能。

六．结构设计——本船全船为纵骨架式，参照相应规范计算船体各处构件的相关参数如剖面模数，总纵弯曲等，选取构件，以保证结构设计合理船身结构稳定。

关键词：

油船；主尺度确定；型线变换；性能计算；螺旋桨设计；船体结构设计

Abstract

Content：

Thistopicofdissertationisthedesignoftankerof2850tonoiltanker.Thetopiccomefrom2010shipandmarineengineering.

Duringthedesignprocess,themainreferenceforsimilar1000tonastypeship,atthesametime，take《TheStandardofSteelQualitySea-goingShipintoClasswhitCalculation》,《theprincipleofshipdesign》etc.asreferencesfordesign.Duringthedesignprocess,Ihasconsideredtheship'sspeed,maneuverability,economy,performance,etc.

GraduationProjectincludesthefollowingsections:

First,determinemaindimensions–Accordingtotherequirementsofthetask、referencebook，considertypeshipinitiallyidentifiedthemaindemensions.Takingthebalanceofgravityandbuoyancytofurtherdeterminetheprincipaldimensions,andthencheckingperformancesuchasvolume,speed,stabilityandsoon.Finally,ultimatelydeterminetheprincipaldimensionsofthedesignship.

Second.typedesign-Useing1-Cp-basedlawreformtypershiplinedrawn.Throughdrawingthewater-assistedsemi-wideplantodrawthedesignofship'swaterlinehalf-widthplan,midshipsection,outboardprofile,inordertogetthedesignofship-basedmouldedplan.

Third,generalarrangementdesign-inaccordancewiththeCalculationrequirementswithreferencetothetypeshiptocarryoutthedesignofgeneralarrangement,themaindivisionsandthesuperstructureofships,shipcompartmentlayoutandequipment.

Fouth,performanceVerification–Consideredtheloadingoftheshipdesign,thefloatingstate,thebeginningofstability,integrity,stabilityandotherperformance-basedverifications,includingHydrostaticcurvestransversalstabilitycurve,staticanddynamicstabilitycurveofthedrawncurve,etc.,tomeetmissonrequirementandCalculation

Fifth,propellerdesign–determinethediameterandotherparameterofthepropellerstoensurethatships,aircraft,propellerwiththreeinordertoimprovetheoverallperformanceofthedesignoftheship.

Sixth,structuraldesign-theboatship-wideframeworkforthelongitudinaltype,calculatedbyreferencetothehullofthecorrespondingnormsoftherelevantparametersinvariouscomponentssuchassectionmodulusandsoon,selectthecomponentstoensurethereasonablestructuredesign.

Keywords：

tanker；principledimension；transformationinline；functioncalculation；

propellerdesign；structuredesign

第一章前言

本次设计的是一艘2850吨油船，这艘船也可以在一些遮蔽的海域航行，其主要服务于东海，黄海和渤海。

用来运输成品油。

在区域分配上会起到自己独特的作用

油船是一种不仅安全性要求很高，而且防污染要求也很高的船。

对于一般油船来说，不仅要求满足一般的稳性要求，还要对油舱防撞性能和由于自由液面而引起的稳性破舱稳性进行校核，只有这两种稳性都得到满足，才可以投入使用。

本人设计的这艘船，这几种稳性经过计算以及老师的审查都能得到满足，安全性很好。

根据有关规定，我在船体前部的防撞舱及艏尖舱对钢材进行加固和防撞措施，并在货油舱下设置双层底结构。

当今世界，油船的载重量两极化趋势很明显，作为远途运输大型油船以其成本优势活跃在各大海域，小型油船又以及方便快捷深受船东们的喜爱，小型油船主要用于分流，及用于从大型油船分流原油或是成品油运往石油的消费地。

本次设计的油船载油量是2850吨，航行的海区是东黄渤海，载重吨相对于大型油船来讲十分的不起眼，但在小型油船之中，其实用性还是很明显的。

改革开放以来，中国经济建设已进入了一个平衡、持续和高速发展的阶段，经济的高速发展带来了对石油的快速增长，尽管20世纪末，中国原油生产已列入世界总排名的前八位，并成为世界第四大原油加工国和第三大能源消费国，但巨大的消费量仍使国产石油供不应求，中国石油进出口逐年有较大幅度的增加是不可避免的。

发展国有油船船队更显其必要性和重要性。

发展小型油船也就是十分必要的了，充分利用小型油船的灵活性，作为配给之用是十分必要的，这也更加彰显此次设计的长远意义，更加的凸显出小型油船的设计建造是多么的重要。

由于本人的设计生产经验和水平有限，本次设计中难免有一些失误和理解不当的地方，请同学和老师给予批评和指正。

第二章主尺度确定

2.1设计任务书要求

载货油量：

2850吨肋骨间距：

550mm

航行海区：

东黄渤海续航力：

1600海里船员：

20人

主机型号：

6L23/30—1台单机额定功率：

810kw转速：

825r.p.m

减速器传动比：

2.98:

1耗油率：

204g/kw.h

辅机型号：

TBD234V6—1台单机额定功率：

100kw转速：

700r.p.m

发电机：

80kw—1台（辅机带动）另配轴带40kw发电机—1台

舵机：

电动液压

锚设备：

电动液压起锚机一台；霍尔锚3只

稳性要求：

Ⅱ类航区

本船为单甲板、单舷侧、双层底、混合骨架式，船体结构应满足CCS《钢制海船入级规范》2006年要求

救生、消防、航海、通讯设备及防污染设备均应满足现行规范设计计算。

2.2母型船资料

本次2850吨油船设计采用的母型船是1000吨油船

2.2.1母型船类型及作业航区

本船为钢质、单甲板、单舷侧、双层底、混合骨架式，尾机型成品油船。

作业航区为Ⅱ类航区，即我国近海地区。

2.2.2母型船船主尺度参数及性能

（1）主尺度

总长：

Loa=65.07m

垂线间长：

Lpp=59.50m

型宽：

B=10.80m

型深：

D=5.00m

设计吃水：

T=4.00m

排水量：

△=1800.18t

排水体积：

▽=1749.62t

（2）船型系数

方型系数：

Cb=0.6807

菱型系数：

Cp=0.6917

横剖面系数：

Cm=0.9840

水线面系数：

Cw=0.7904

2.3航速估算（海军系数法）

由母型船求海军系数C0

C0==256.67

设计船航速Vs

Vs==10.5kn

2.4载重量计算

2.4.1燃油重量估算

船上所携带的燃油由以下公式求：

W0=0.001g0Psk

式中W0——总的燃油储备量，t；

g0——包括一切用途在内的耗油率，此处取为主机耗油率gr的1.13倍，kg/KW*h；

Ps——主机持续功率，kW;

R——续航力，nmile；

vs——服务航速，kn；

k——考虑风浪影响而引起航行时间增加的燃油储备系数，此处取1.2

（一）主机

gr=0.204kg/KW*hg0=0.23kg/KW*h

PS=810kW；R=1600nmile

k=1.2VS=10.5kn

计算得W01=34.14t

（二）辅机+发电机

gr=0.204kg/KW*hg0=0.23kg/KW*h

PS=100kW（辅机）+40/0.8kW（发电机）=150kW；

R=1600nmilek=1.2VS=10.5kn

计算得W02=36.32t

2.4.2滑油重量估算

主机滑油储备量可用下式计算：

Wl=εW0

式中ε——比例系数，此处取5%

Wl=2.02t

2.4.3人员及行李、食品、淡水重量估算

人员重量：

65kg；行李重：

60kg；

食品每人每天：

4kg；淡水每人每天：

90kg。

续航时间=1600nmile/10.5kn=6天

20名船员及行李、食品、淡水重量=14.44t

2.4.4备品及供应品重量估算

此项参考母型船

母型船备品及供应品重量取为空船重量的1%即1%*668t=6.68t

设计船取与母型船相等即6.68t

2.4.5载重量

设计船载重量DW即为以上四项及载货量和，即DW=2914t

2.5主尺度、方形系数、排水量和浮力平衡初步计算

2.5.1排水量初步估算

设计油船的载重量（利用载重量系数法）,由型船求载重量系数,母型船的载重量DW0

DW0=△0-LW0=1132.18t

η==0.629

设计油船的载重量△l

△1==4632.61t

2.5.2主尺度及方形系数初步估算

由型船资料估算

对于载重型船舶，L、B、d可用排水量或载重量来换算。

L=L0*（△1/△0）1/3=81.54m实取L=81.6m

B=B0*（△1/△0）1/4=14.80m实取B=14.8m

d=d0*（△1/△0）1/5=5.48m实取d=5.5m

为满足抗沉性要求型深D应满足：

D=0.1B+d=6.98m取为D=7m

2.5.3重力与浮力平衡计算

2.5.3.1空船重量计算（分项估算法）

一、船体钢料重量Wh（立方模数）

Wh=ChLBD

母型船钢料重量为368.36t

Ch0=0.1146

取Ch1=Ch0=0.1146

Wh1=969.20t

二、木作仪装Wf及机电设备Wm

此项设计船与母型船相等。

母型船空船重量LW0=668t；

母型船钢料重量Wh0=368.36t；

母型船Wf0+Wm0=LW0-Wh0=299.64t；

设计船Wf1+Wm1=Wf0+Wm0=299.64t。

三、设计船空船重量

设计船空船重量LW10=Wh1+Wf1+Wm1=1268.84t，

重量储备取5%LW10：

LW1=（1+5%）LW10=1332.28t。

2.5.3.2重力与浮力平衡校核

重力=LW1+DW1=4245.88t，

浮力=△1=4632.67t，

（LW1+DW1-△1）/（LW1+DW1）=0.09——不合格需重新修正。

2.6排水量修正、进一步确定主尺度

2.6.1用诺曼系数法修正

δDW1=LW1+DW1-△1=-386.79

通过《设计原理》P121图4-9查N=1.4

δ△1=NδDW1=-541.5

即修正后△2=△1+δ△1=4091.17t

▽2=3991.39m3

修正后重新确定主尺度

2.6.2主尺度及方形系数初步估算

由型船资料估算

对于载重型船舶，L、B、d可用排水量或载重量来换算。

L=L0*（△2/△0）1/3=78.23m，取为L=78.5m

B=B0*（△2/△0）1/4=14.20m，取为B=14.2m

d=d0*（△2/△0）1/5=5.26m。

取为d=5.3m

为满足抗沉性要求型深D应满足：

D=0.1B+d=6.72m，取为D=6.8m

2.6.3重力与浮力平衡计算

2.6.3.1空船重量计算（分项估算法）

一、船体钢料重量Wh（立方模数）

Wh=ChLBD

母型船钢料重量为368.36t

Ch0=0.1146

取Ch1=Ch0=0.1146

Wh1=869.02t

二、木作仪装Wf及机电设备Wm

此项设计船与母型船相等

母型船空船重量LW0=668t

母型船钢料重量Wh0=368.36t

母型船Wf0+Wm0=LW0-Wh0=299.64t

设计船Wf1+Wm1=Wf0+Wm0=299.64t

三、设计船空船重量

设计船空船重量LW10=Wh1+Wf1+Wm1=1168.66t

重量储备取5%LW10

LW1=（1+5%）LW10=1227.09t

2.6.3.2重力与浮力平衡校核

重力=LW1+DW1=4140.70

浮力=△1=4091.17t

（LW1+DW1-△1）/（LW1+DW1）=0.01<0.03——合格

2.7船型系数估算

方形系数Cb、Cw、Cp和Cm

Cb==0.67

Cw==0.78

Cm=0.984,取与母型船一致

Cp=Cb/Cm=0.68

2.8船舶主尺度参数

垂线间长LPP=78.50

型宽B=14.20

型深D=6.80

吃水d=5.30

排水量△=4091.17

排水体积▽=3991.39

方形系数Cb=0.67

菱形系数Cp=0.68

横剖面形系数Cm=0.984

水线面系数Cw=0.78

2.9主要性能校核

2.9.1航速校核

航速核算用艾亚法

水线长Lwl=79.29m宽度吃水比B/d=2.68

垂线间长Lpp=78.50m方形系数Cb=0.67

宽度B=14.20m纵向浮心位置xc=0.2%L,船中前

吃水d=5.30mL/△1/3=4.91

排水量△=4091.17t△0.64=204.92

速度V（kn）

9

10

11

12

速度VS（m/s）

4.63

5.14

5.66

6.17

傅汝德数vs/（gl）0.5

0.167

0.185

0.204

0.222

标准C0

456

433

410

384

标准Cbc

0.793

0.762

0.73

0.698

实际Cbc（肥-或瘦+）（%）

15.65

12.22

8.37

4.17

Cb修正（%）

若肥：

-Cb肥（%）*3*实际Cb

0.25

0.17

0.08

若瘦：

Kbc

0.318

Cb修正数量△1

1.45

106.15

68.85

32.11

已修正Cb之C1

457.45

539.15

478.85

416.11

B/T修正（%）=-10Cb（B/T-2）%

-4.54

-4.54

-4.54

-4.54

B/T修正数量，△2

-20.78

-24.50

-21.76

-18.91

已修正B/T之C2

436.67

514.65

457.09

397.21

标准xc，%L，船中前或后

1.867

1.663

1.31

0.758

实际xc，%L，船中前或后

0.2

0.2

0.2

0.2

相差%L，在标准者前或后

1.667

1.463

1.11

0.558

V/√L

0.52

0.58

0.64

0.70

xc修正（%）kxc

7.435

5.43

2.94

1.027

（△3）0

32.47

27.95

13.44

4.08

xc修正（%）量，△3

-32.47

-134.10

0

0

已修正xc之C3

404.20

380.56

457.09

397.21

长度修正（%）=（Lwl-1.025Lbp）/Lwl

-1.485

-1.485

-1.485

-1.485

长度修正数量，△4

-6.00

-5.65

-6.79

-5.90

已修正长度，C4

398.20

374.91

450.31

391.31

Vs3

729.00

1000.00

1331.00

1728.00

Pe=0.735*△0.64Vs3/C4

275.74

401.74

445.18

665.11

母型船给出总传动效率ηC=0.536

主机持续功率为810.00KW,推进系数0.536，加上15%的功率储备，有效功率为499.28kw

按EHP和THP绘出曲线，得到设计航速为10.73kn，说明本船航速达到要求。

图2-1设计航速的确定

2.9.2稳性和横摇周期校核

2.9.2.1稳性校核

根据船舶静力学，初稳性高：

GM=KB+BM-KG

式中各参数与主尺度的关系为：

浮心高度KB∝d，横稳心半径BM∝B2/d，重心高度KG∝D。

所以有:

GM=a1d+a2B2/d-a3D。

式中a1,a2,a3均按母型船资料换算

即，a1=KB0/d0,a2=BM0*d0/B02,a3=KG0/D0

式中：

KB0——母型船的浮心到基线的横向高度，KB0=3.677m；

BM0——母型船的横稳性半径，BM0=0.82m；

KG0——母型船的重心到基线的横向高度，KG0=3.698m；

则代入数据：

a1=0.92，KB=4.87m

a2=0.028，BM=1.07m

a3=0.74，KG=5.03m

设计船初稳性高GM=0.91m，此值大于0.15m满足要求。

2.9.2.2横摇周期校核

我国法规的完整稳性规则（非国际航行船舶）中，横摇周期按下式估算：

Tθ=0.58*f*（（B2+4*KG2）/GM）^0.5

f——B/d不同的系数，此处取2.68；则

Tθ=28.31s

通常，为使Tθ不太低，摇幅不过大，希望不发生斜摇，沿海船的Tθ应大于8s~9s。

此船满足。

2.9.3容积校核

双层底高度hd=B/15=0.95m，实取1m

对双壳双底型油船容积校核分层检验

Vtk≥Vcn及（VD-Vtk）≥Vbn

式中Vtk——货油舱能够提供的容积

VD——货油区能够提供的总容积

Vcn——货油所需容积

Vbn——压载舱所需容积

本船能提供的总容积VD按下述统计公式计算：

VD=KvLcBDCmd

Kv=0.6596+0.6747Cb-0.3022Kc

Cmd=1-d/D（1-Cm）

式中Cm——船中剖面系数，Cm=0.98

Lc——货油区长度，本船取LC=51m

KC——货油区长度利用系数，KC=0.65

则Kv=0.915，Cmd=0.988

本船能提供的总容积VD计算得

VD=KvLcBDCmd=4448.391m3

本船货油舱能提供的容积Vtk按下式计算：

Vtk=KaLcB（D-hd）

Ka=（0.25Cb+0.702）*0.95

式中Cb——方形系数

hd——双层底高度

本船货油舱能提供的总容积Vtk计算得

Ka=0.826，Vtk=3558.219m3

本船专用压载舱（即双层壳之间）能提供的容积：

VD-Vtk=890.172m3

本船货油所需容积Vcn为：

Vcn=k*Wc/rc

式中Wc=2850.00t,货油量

rc=0.84t/m3,货油密度

k=1.04考虑货油膨胀及舱内构架系数

Vcn=3528.57m3

油船压载水舱容积为30%DW~40%DW，本船Vbn=0.3DW=874.08m3

Vcn+Vbn=4402.65m3

经计算可知

Vtk≥Vcn，（VD-Vtk）≥Vbn，VD>（Vcn+Vbn）

第三章形线设计

型线设计是关系到船舶技术、经济性能的全局设计项目之一，它与船舶的静力与动力性能、总布置、结构与建造工艺等密切相关，是评定船舶质量好坏的一个重要指标。

型线设计方法不止一种，