400TEU集装箱船总体方案及第四部分设计

I 前 言 船舶设计是造船的准备工作。船舶是一种水上建筑物，具有环境条件特殊、类型 多、系统复杂、技术含量高、投资巨大、使用周期长等特点。因此，船舶设计必须要 持认真、慎重的态度。 一艘船的设计，依据设计任务书，经过大量而详细的设计计算和绘图，提供船舶 建造和使用所需的全部图纸和技术文件，工作量大，涉及面广。设计人员必须认真、 细致地做好每一步工作，才能保证整艘船的设计质量。 一般的船舶设计程序，首先是由船东编制设计任务书，作为设计的依据；设计部门设 计新船时，一般分阶段进行。大体上可划分为：初步设计、技术设计、施工设计和完 工设计等四个阶段。 这次毕业设计的主要工作是船舶设计阶段中的初步设计。初步设计是按设计技术 任务书进行的，是船舶设计的主要阶段。 在这个阶段里，要确定与船舶技术经济性能关系较大的一些项目，如船的主尺度 和排水量、船体型线、建筑型式及总布置、结构设计，主辅机及主要装置系统等等。 同时要进行船舶主要性能计算，绘制型线图、总布置图、螺旋桨总图等主要图纸，编 制出全船说明书和材料设备清单。 这个阶段所提供的各项技术文件应能表明船的总体性能，应能据此判断设计船在 技术上及经济上的合理性、可靠性及满足任务书各项要求的程度，并作为审批的依据。 这次设计的题目为 400TEU 集装箱船（总体方案及第四部分）。主要研究船舶设 计中基本的原则性问题，诸如选择设计船主要要素和船型参数，确定螺旋桨，选择型 线及总布置等等。其核心问题是选择和确定船舶的各主要要素及螺旋桨设计并绘制型 线图、总布置图、螺旋桨总图。 设计方法：采用母型改造法设计新船，并在设计过程中要有所改进和创新。在主 尺度和船形系数确定的情况下，参照近年来研究开发的新船型及国内外比较好的船型 资料，针对集装箱船的特点，对船舶进行经济技术论证，设计型线，进行总布置设计， 螺旋桨设计计算，干舷计算，根据设计编写船体说明书。 设计目的:通过对 400TEU 集装箱船技术设计，了解船舶设计的内容和步骤，熟悉 在学校学习的有关设计方面的专业书籍，能够将这些参考书有机的联系结合起来，加 以综合运用，同时了解国内的船舶建造和法定检验规范，对船舶设计有进一步更深刻 II 的认识，掌握船舶设计的任务与设计要求；能够制定设计布置、设计步骤，进行设计 的相关计算；会编写船体说明书和计算书。 1设计指导思想： （1）认真贯彻国家的技术政策； （2）熟悉并遵守各项规范和公约； （3）认真做好调查研究； （4）注重在借鉴与继承的基础上创新； （5）采用逐步近似的方法，逐步深化，最终使设计结果接近最佳组合。 2设计的新船应达到以下基本要求： 适用、经济、安全可靠。 3本设计应解决的主要问题 （1）明确相关政策及设计规范 （2）熟悉原始资料及对集装箱船特点进行分析 （3）确定设计核心 （4）选择设计方案，绘制草图及成图 （5）最佳方案的选择 （6）详细的设计分析与计算 （7）编写计算书 （8）系列标准的讨论 这次毕业设计内容具有一定的代表性，它可以很好的把我们大学所学专业知识运 用到实践中。作为即将走入工作之前的一次锻炼机会，我们需要做的是在老师的带领 下努力去完成这次设计。毫无疑问的是，这次毕业设计将对我们起到重要的意义。 目录 摘要I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论3 1.1 概述 3 1.2 设计背景说明 3 1.3 设计任务书 3 1.3.1 用途、船型、船级及稳性、载重量、航速.3 1.3.2 任务要求.4 1.4 任务书分析 4 1.5 设计方法 5 1.6 母型船资料 5 1.7 对本船的分析 5 1.7.1 集装箱船特点.5 1.7.2 本设计船的特点.6 1.7.3 本船设计流程图.7 第二章 主尺度估算.8 2.1 主尺度的确定 8 2.2 船型的确定及船舶用途 8 2.3 总体布置 9 2.4 方形系数 9 2.5 型线 9 2.6 主机选型 9 第 3 章 排水量和主要要素的确定10 3.1 概述 .10 3.2 排水量估算 .10 3.2.1 载重量系数的选取10 3.2.2 载重量 DW 估算.10 3.2.4 排水量估算 .12 1 3.2.5 主尺度初步确定 12 3.3 校核 .13 3.3.1 重量估算13 3.4 总结 .13 第 4 章 型线设计.14 4.1 概 述14 4.2 型线设计时注意的问题和控制型线的要素 .14 4.3 母型船改造15 4.3.1 母型船的选取15 4 4.3.2 主尺度改造15 4.3.3 横剖面面积曲线的改造15 4.3.4 横剖线的改造16 4.3.5 型值的产生16 4.3.6 型线修改16 第 5 章 总布置设计17 5.1 概述 .17 5.2 区划船舶主体及上层建筑 .18 5.2.1 主体舱室的划分18 5.2.2 上层建筑19 5.3 纵倾调整 .19 5.4 舱室与设备的布置 .20 第 6 章 螺旋桨设计21 6.1 概述 .21 6.2 船体主要参数 .21 6.2.1 船型与主尺度21 6.2.2 主机主要参数21 6.2.3 推进因子的决定21 6.2.4 可以达到最大航速的计算22 6.3 最佳要素设计计算 .22 6.4 空泡校核 .22 6.5 强度校核 .23 6.6 螺距修正 .23 6.7 重量及惯性矩计算 .24 6.8 螺旋桨总图绘制 .24 第 7 章 船体首部主体结构图.24 第 8 章 载重线及水尺图勘画.25 第 9 章 结论与展望25 9.1 结论 .25 9.2 展望 .26 谢 辞.27 参考文献.28 附 录.29 中文摘要 I 摘要摘要 本文主要介绍 400TEU 集装箱船的技术设计，该船主要航行于无限航区。由于本船 拥有大量的优秀船型，因此在设计本船时主要采用母型船改造法并与该船所运行航区 的特点相结合。本次设计分为四部分由不同组员完成，本人承担设计的第四部分船 舶主要要数估算书、型线图、总布置图、螺旋桨计算书、螺旋桨总图、船体首部结构 图、载重线及水尺图。具体的计算及图纸绘制过程将在本文中叙述。而且本文还详细 论述了主尺度的确定、型线图及总布置的设计。 本船为一艘无舱盖长江标准集装箱船，可装载 1CC 标准集装箱 400 箱，其货舱内 可装载危险品。常年航行于长江干线（重庆上海之间） ，本本船为全焊接结构钢质、 球鼻船首、双尾、双机、双桨、双舵，柴油机驱动尾机型船舶。 关键字关键字：集装箱船，主尺度，型线设计，总布置图，螺旋桨，载重线，水尺图 英文摘要 II A Abstractbstract In this paper, 400TEU ships of the technical design, the ship sailing in the infinite main navigation area. As the ship has an abundance of excellent ship, so the design of the ship, the main use of home-based transformation of law and with the ship boat running and navigation features of the combination. This design is divided into four parts completed by different team members; I assume the third part of the design - the rear cabin section of the main frame, superstructure wall map around, bulkhead structure diagram, the first main frame, the weight center of gravity calculations. Specific calculations and drawings process will be described in this article. And the article also discusses in detail the determination of the main scale, type map and general layout design. The ship-based boat for steel, double deck, transom, the first pillar forward, the short first floor, set up the first ball, the ball end, single, single screw, single rudder, diesel engine driven propeller of dry cargo, cabin and superstructure Room located on the rear deck, shipping a variety of groceries. KeywordsKeywords: 400TEU ships, the main scale, profile design, general arrangement, forward, the rear cabin section of the main structure, superstructure wall around the structure, bulkhead structure, weight, center of gravity calculation 3 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 概述 本次毕业设计的课题是：400TEU 集装箱船的技术设计。本任务被分为四部分，分 别由四人来完成。近年来，集装箱船在世界海运中的重要地位，其安全性、经济性、 环保性以及集装箱船船型未来发展趋势引起了全世界的高度关注。通过发展，我国在 这种类型的船舶设计方面积累了许多成熟经验并设计出众多的经典船型。因此在设计 此类船舶时，以选取优秀母型船进行改造为主。而本次设计采取母型船改造，加一些 创新，因此大大降低了设计的难度。而本人此次设计以结构图绘制为主，重点螺旋桨 图谱设计、首部主体结构图、载重线和水尺图。因此，本说明书将着重图形的绘制 过程及相应的计算过程。 1.2 设计背景说明 集装箱船在世界海运中的重要地位，其安全性、经济性、环保性以及集装箱船船 型未来发展趋势引起了全世界的高度关注。当前，全球经济似乎已确定明显好转，全 球经济好转对原材料需求持续增温，其新兴经济体需求爆发力强。市场人士乐观看待 未来全球大宗散货原材料需求增长将增加，原材料需求的增加必将带动航运市场，特 别是船吨需求增加。因为原材料的增加，集装箱船的需求也必将增加。面对这样良好 的形势，关键是如何把握和定位。由于中国是最主要的集装箱船建造国家,其他国家也 在降低对集装箱船的热情，尽快把我国建设成为世界第一造船大国(就吨位比较)是我 国船舶工业当前最紧迫的任务。为了从造船产量吨位上达到标准,我们在相当长的时间 里必须把开发设计和建造的重点放在吨位大、建造比较容易的常规普通船舶上,而集装 箱船恰恰符合这样的要求。本次课题研究 400TEU 集装箱船属于中小型船舶，经济性高， 可以运输各种集装箱。这种类型的集装箱船可以在内地船厂建造，是当前中小型船厂 的最佳选择，在国内广泛运用，符合当前的市场需求。 1.3 设计任务书 1.3.1 用途、船型、船级及稳性、载重量、航速 本船为一艘无舱盖长江标准集装箱船，可装载 1CC 标准集装箱 400 箱，其货舱内 400TEU 集装箱船总体方案及第四部分 4 可装载危险品。常年航行于长江干线（重庆上海之间） ，本本船为全焊接结构钢质、 球鼻船首、双尾、双机、双桨、双舵，柴油机驱动尾机型船舶。 本船为无限航区的船舶。本船设计满足 CCS 现行规范和现行的中国政府认可的有 关国际公约、规则及修正案的要求，包括以下公约、规范、附则及相关修正案：1969 国际吨位丈量公约；1966 国际载重线公约；73/78 防污公约；1974 国际海上人命安全 公约及修正案国际海上避碰规则（1972 年）及历年修订案；CCS 钢质海船入级与建造 规范（2006 年） 。 本船定员 16 人。 在试航条件下，本船设计吃水时航速 10.8kn。 本船设计续航力为 1200 海里，自持力 10 天。 1.3.2 任务要求 按照相关船舶设计和建造规范的要求，在规定的时间内完成“长江干线 400TEU 集装箱船设计（第四部分） ”的主要技术设计，包括： 1、船舶主要要素估算书；2、型线图；3、总布置图；4、螺旋桨计算书；5、螺旋 桨图；6、首部主体结构图；7、载重线标志及水尺图；8、船体说明书；9、毕业设计 说明书。 1.4 任务书分析 从任务书可以看出本船主要航行于长江干线，装运集装箱，因此要在船舶设计中 要考虑船舶经济方面的要求。船体设计要结合任务书要求，设置球首球尾，双机双桨， 同时要注意舱室的布置，典型舱室的设计，货舱位置的选择和消防舾装的布置，充分 考虑船舶在经济性方面的要求。 本任务书为总体设计的第四部分，以螺旋桨图谱设计绘制为主，包括螺旋桨计算 书、螺旋桨图谱设计、船体首部结构图、水尺度及载重线勘画，来集中反映船舶的结 构特点。其他相关设计由小组其他成员完成，因此在设计过程中要注重相互间的沟通 和合作，共同完成本次设计。 在完成以上所有项目后编写船舶说明书以及毕业说明书。 5 1.5 设计方法 本船将采用母型船改造法，完善总布置，并在设计时突出创新，满足其作为装运 集装箱的需要。 1.6 母型船资料 本船选取了一艘同类型的集装箱船作为母型船， 200TEU 集装箱船其主尺度资料如 下： 200TEU集装箱船主尺度 船长L89.90m型宽B14.60m 垂线间长85.40m型深D4.8m 设计航速10.8 kn吃水T3.2m 满载排水量3580.0t主机功率441kw X 2 货舱容积（包括 围板） 0.5m船员18人 1.7 对本船的分析 1.7.1 集装箱船特点 1集装箱船最大的特点是它所装的都是标准规格的集装箱，因此使得它的结构和 一般的货船大不相同。它采用垂向直壁式结构，并且它的的货舱口宽度几乎和货舱宽 度一样大，舷边只留了很小宽度的甲板边板。而这样的开口明显对船的抗弯、抗扭和 横向强度不利。为了弥补这些的不足，集装箱船在结构上通常采用下列加强措施： (1) 采用具有水密舷边舱的双舷侧； (2) 增加甲板板和舷侧板的厚度； (3) 加大两个货舱口之间的舱口端横梁和甲板横梁的尺寸。 400TEU 集装箱船总体方案及第四部分 6 由于货舱的开口大，为了保证强度，必须采用相应的加强措施。出于装卸方便的 要求，从抗扭强度上考虑，最方便的就是在舷侧设内纵壁和抗扭箱；从稳性角度考虑， 最方便的就是在舷侧设压载水舱。 2集装箱船货舱区域的舷侧都具有双层壳板，其货舱载货的有效宽度和货舱宽度 差不多。内舷侧纵壁对甲板大开口造成的总纵强度的削弱做了补偿。此外，舷边舱还 能提高船体的抗沉性和用作压载水舱。舷边舱内一般设置平台甲板，对增加总纵强度 和刚度都有帮助，同时，平台甲板还可用作人员通道。集装箱船舷侧多采用纵骨架式， 有些船舶将上层平台甲板以下采用横骨架式，上层平台与甲板间采用箱形结构作为抗 扭箱，以提高船舶的抗扭强度和总纵强度。 3由于集装箱船甲板外飘、航速快，船体受到波浪的冲击力比较大，造成的冲荡 应力也比较大，加上总纵合成应力也比较大，所以船体内结构所受的弯矩值也就大， 所选取的构件尺寸也应较大。和一般货船比，所受应力较大，疲劳问题更严重，从而 对上甲板的设计与施工，舱口围板的设计与施工都提出了较高的要求。 4为了装更多的集装箱，集装箱船通常设计成大的货舱开口和狭长的甲板条船舶， 这使得船体的水平弯曲、扭转效应、横向强度在其总纵强度中所占的比例明显上升， 舱口角隅处也会有明显的应力集中。而随着货舱开口的宽度增加，应力集中也越来越 明显，在机舱前端壁为纵横构件的交汇处，应力集中达到了最大。一般的船舶货舱上 甲板角隅采用抛物线形、椭圆形、圆弧形。临近机舱处的甲板角隅的应力集中最大， 若设计成抛物线形等常规形式，则需要很大的圆弧半径，这要求集装箱与纵舱壁、横 舱壁的间隙更大，也会影响到布置的合理性，所以通常在角隅处设计成负半径的结构 形式。而舱口角隅的大小也将影响到集装箱的布置以及构件的布置。 5为了获得更大的空间，装更多的集装箱，集装箱船的艏部线型往往外飘很严重， 并且舷侧肋骨与外板夹角也很小（远远小于 900） 。而且集装箱船的航速很高，通常大 于 20kn，并且伴有较高冰区等级，这对船首的外板抨击加强也提出了很高的要求。有 冰区加强的集装箱船在艏部的外板厚度增加较明显，并且肋骨尺寸也有较大的增加， 另外在冰区加强的区域内设置了大量的防倾肘板。集装箱船的艏楼上通常设有档浪板 或防浪罩。 7 Wi= 满足 1.7.2 本设计船的特点 本船的设计根据 “主尺度系列标准”形式进行，是标准船型的主要形式及标准船 型开发的技术基础。设计时依据最大利用内河通航设施的原则，按照标准程度选取船 舶的总长、总宽和设计吃水等主要要素，从而满足了船型标准化的共性要求，而且还 能满足船东对船型标准化的个性要求。与其它形式相比更贴近市场的需求，更具开发 时间短、投入开发资金少等特点。 1.7.3 本船设计流程图 如下图(1.7.1)所示： 图(1.7.1) 分析设计任务书，找出主要矛盾，确立设计思想 决定船型和总布置 估算 =DW/DW 确定 L ，B ，T，D，Cb 估算Wi Wi=f(L，B，D) 性能校核 Wi 不满足 修改主尺度及系数或修改总体布置 修改排水量 得出满足要求的方案 选择最佳方案 400TEU 集装箱船总体方案及第四部分 8 第二章第二章 主尺度估算主尺度估算 2.1 主尺度的确定 本船选取了一艘同类型的集装箱船作为母型船，400TEU集装箱船其主尺度资料 如下： 400TEU集装箱船主尺度 船长L89.90m型宽B14.60m 垂线间长85.40m型深D4.8m 设计航速10.8 kn吃水T3.2m 满载排水量3580.0t主机功率441kw X 2 货舱容积（包括 围板） 0.5m船员18人 根据母型船吨位相近的实船主尺度资料，分析新船在载重能力、积载因素、航速、 稳性等方面与母型船差异，结合母型船的相关信息，根据主尺度转换公式以及相关人 员的经验对设计的 400TEU 集装箱船的主要尺度初步估计为： =8000t =110m OA L =100m =106m PP L WL L =16m =6m Bd =6m =0.806 DB C 2.2 船型的确定及船舶用途 本船位钢质、双甲板、方尾、首柱前倾、短尾楼、设球首、球尾、双机、双桨、 单舵、柴油机驱动、螺旋桨推进的集装箱船，机舱和上层建筑设于尾部，装运集装箱。 为保证标准船型的综合性能优异，本船型开发以现有优秀船型和已经完成的标准船型 9 为基础，结合本船型的特点和要求，力求载货量多、投资省、营运成本低，以船舶的 经济性为核心，设计出经济适用的 400TEU 集装箱船。 2.3 总体布置 现在集装箱船都采用尾机型（机舱设在尾部） 。这样中部方整的部位都可以用于 货舱，有利于货舱口的布置和提高舱容利用率，也有利于结构的连续性，提高总纵 强度。机舱的长度在机舱布置许可的情况下应尽量缩短。故本设计方案选择的机舱 长度为 11.9m。为了提高货船的抗沉性，本设计船采用双壳体结构；设计底舱和边舱， 在空载航行的时候可以提高压载量，提高了压载重心。 2.4 方形系数 船体水线以下的型排水体积与船长、型宽、吃水所构成的长方形的体积之比方 形系数是表征船体水下部分肥瘦程度的一个重要参数，同样影响着我们特别关心的 载货量。商船设计时，主要从经济性出发兼顾阻力性能。在一定的设计航速下我们 尽量将方形系数增大，因为方形系数越大装载的货物越多。 2.5 型线 经济效益要好，那么方形系数要求要较大。这样的对与这样的肥大船型而言， 船舶的快速性必将受到影响，那么采用球鼻首型能有效地减少船舶阻力，提高快速 性能，节能效果显著。尾部横剖面形状采用球尾剖面，这样可使伴流比较均匀，船 体震动较小，特别是可以有利提高单螺旋桨船的的推进效率。 2.6 主机选型 主机是船舶的心脏，主机系船舶动力装置的核心设备，主机的好坏直接影响船 舶的经济效益，并且主机在船舶建造成本中占有相当部分的比例。所以选择一台合 适的主机对于我们的船舶建造与营运都是很有必要的。我们这次设计的 400TEU 集装 箱船的主机选择是采用的选比发，根据本船的特点，经过比选，我们选取了一台比 400TEU 集装箱船总体方案及第四部分 10 较合适的主机，它是国产的主机，这样大大降低了船舶的建造成本。主机型号： 8210 系列船柴油机，型式: 四冲程、直喷、水冷、增压柴油机。 mm：4134 970 2485 第第 3 章章 排水量和主要要素的确定排水量和主要要素的确定 3.1 概述 本章主要要素确定的内容有：排水量的确定、船长 L、型宽 B、吃水 d 以及方形系 数 CB。设计时要考虑四点： 1、重量与浮力的平衡 2、满足船对甲板面积的需要 3、保证船的各种技术及经济性能 4、考虑使用、工艺等条件 3.2 排水量估算 按一般货船的排水量估算公式初估设计船的排水量1 1=DW/ dw 3.2.1 载重量系数的选取 集装箱船的载重量系数一般较大，根据统计资料，其值在 0.7 以上。根据母型 dw 船资料，其=0.74。所以设计船的载重量系数应小于 0.74，取设计船的载重量 dw dw 系数取为=0.72。 dw 3.2.2 载重量 DW 估算 载重量包括货物、旅客、船员、行李、油水（燃油、滑油、淡水等） 、食品、备品、 供应品以及压载水等的重量。 3.2.2.1 载货量的计算 C W 11 已知每箱集装箱装载 13t 货物。 =13400=5200t C W 3.2.2.2 人员及行李的重量 在我国船舶设计中人员重量通常按每人平均 65kg 计算。人员所携带的行李则 应根据航程和航线及不同人员的具体情况确定，其中，船员行李为 35kg- 55kg。该船船员 16 人，每位船员行李以 50kg 计。则人员及行李的重量为 W1=16（65+50）=1840kg=1.84t 3.2.2.3 食品及淡水的重量 食品定量通常按每人每天 2.5-4.5kg，取 3.5kg； 淡水定量通常海船取每人每天 100-200kg，内河船舶因部分洗涤用水可直 接利用江水，因此淡水可适当少带，该船取每人每天 100kg. 该船的自持力至少为 10 天，所以自持力取为 10。 总储备量 W2=自持力（d）人员数定量（kg/(d.人)） =1016（3.5+100）=16560kg=16.56t 3.2.2.4 燃油、滑油及炉水的重量 3.2.2.5 燃油的重量 3 01 10 F Wg Pt k : : 式中：一切燃油装置耗油率，可近似取主机耗油率的 1.15- 0 g 1.20； k考虑风浪影响的系数，一般可取 1.1-1.2。 t航行时间。 =1.150.20670422401.2/1000=96.06t F W 3.2.2.6 润滑油的重量 重量估算中润滑油的储量近似地可取为燃油储量的某一百分数，即 L W LF WW 式中：对一般柴油机，主机功率大航程远的船取小值。0.020.05: =0.0596.06=4.80t L W 3.2.2.7 炉水的重量 对于小型船舶，因炉水所需量较小，在淡水储备量中考虑适当裕度后， 400TEU 集装箱船总体方案及第四部分 12 可不计炉水重量。 3.2.2.8 备品、供应品的重量 我国一般将备品、供应品放在载重量内，通常取为（0.5%-1%）LW，即 W3=0.5%2597.43=12.99t 3.2.2.9 载重量 DW=+=5200+1.84+16.56+96.06+4.8+12.99=5322.25t C W 1 W 2 W F W L W 3 W 3.2.4 排水量估算 1 6%0.06 2587.43155.85WLWt 3.2.5 主尺度初步确定 3.2.5.1 船长 LPP 当 Nc2500 时，根据经验公式 24372437 470.16100.13510470.16 400100.135 40010100.264 ppCC LNNm 其中400 C N 3.2.5.2 船宽 B 集装箱船或多用途船以甲板上集装箱列数来确定船宽： (1)2.438 7(7 1) 0.03817.294 CDDC BbrrCm : 式中：集装箱宽度，取标准箱宽 8ft（2.438m）; C b 甲板上集装箱列数，取 7 列； D r 集装箱列与列之间的间隙，取 0.038m。 C C 3.2.5.3 型深 D 根据舱内箱的布置确定，可由下式估算： () DHCH DhtthfhC 式中：货舱双层底高，一般应大于 B/16=1.2m； D h t内底板与集装箱垫板厚度之和，通常取为 0.05m； 舱内集装箱层数，为 2 层； H t 集装箱高度，为 8.5ft（2.591m）; C h f最高一层集装箱顶与舱口盖下缘的间隙，至少为 0.2m0.3m；取 13 0.3m 舱口围板在中心线处的高度，至少为 0.6m； H h C甲板梁拱，为 B/50=0.384m。 代入上式，可得 D=5.748m，取为 6m。 3.3 校核 3.3.1 重量估算 空船重量分为船体钢料重量、舾装重量和机电设备重量三大部分。 H W O W M W 3.3.1.1 船体钢料重量 H W ，将以上取值代入上 0.91.8 1110.6750.9390.005850.83 10002 PPBPP H L BDCL W D 式，得=2079t H W 3.3.1.2 舾装重量 O W ，代入数值，得 2 33.0()0.0884()106 10001000 pppp O L BDL BD W =278.95t O W 3.3.1.3 机电设备重量 M W ，代入数值，其中 k1修正系数，对双桨船取 0.5 1 213() 735.5 B M P Wk 1.15，得=239.48t M W 3.3.1.4 空船重量 LW LW=+=2079+278.95+239.48=2597.43t H W O W M W 3.4 总结 船的主要要素如下： =8280t =110m OA L =104.64m =106m PP L WL L =19.2m =4.3m Bd 400TEU 集装箱船总体方案及第四部分 14 =6m =0.889 DB C 15 第第 4 4 章章 型线设计型线设计 4.1 概 述 本设计主要采取母型船改造法。由于所给母型船船型与设计船舶有着许多相近的 技术特征，因此在主尺度的选取以及总布置设计上均参考了母型船，这就大大降低了 本次设计的难度。用母型船改造方法生成的型线，可以保持优秀母型船的型线特征， 因而对新船的性能容易把握。然而，用母型改造法设计新船要突出一个改造，即在参 考母船的过程中要有所改进和创新。现有母型船在型线上与设计船舶存在着些许冲突 之处，因此要进行一定量的修改、改进以及光顺工作。型线设计是船舶设计的基础， 为其他设计提供依据，因此在设计型线时要特别认真并要反复修改，力求图纸清晰， 型线关顺。 4.2 型线设计时注意的问题和控制型线的要素 主尺度确定之后，型线设计应与总布置设计互相配合进行。正式的型线图是后续 的结构设计性能计算的依据。型线设计考虑是否周到，设计出的型线是否优秀，对船 舶的航海性能、使用和建造等方面有很大影响。首先，型线与阻力性能关系重大；此 外，型线与船舶稳性、操纵性、横摇阻尼、船在波浪上的运动特性、砰击有关系；在 使用上，型线影响布置和舱容；在建造上，型线的设计的好坏直接影响建造的难易程 度。综合起来，型线设计应注意以下几个方面： 1、使新船具有良好的航行性能。 2、满足总布置的要求。 3、考虑结构合理、简易，易达到施工、维修的方便。 4、外观造型。 型线设计除了应考虑以上几个方面以外，还应满足型线设计精度的基本要求： 1、 应符合要求的排水体积，其误差要求与设计中对排水量考虑的余量有关。 2、应符合要求的浮心纵向位置。在方案设计或初步设计阶段，由于重量估算和重 心估算比较精确，因此型线主要用于对基本性能的计算和总布置的安排，此时型线 设计的精度可以适当降低。 型线设计的结果是以型线图来表达船体外形的几何状态。控制船体型线的因素主 要是： 16 1、横剖面面积曲线； 2、设计水线和横剖线形状； 3、侧面轮廓线和甲板边线。 因此，型线设计因首要考虑和确定以上要素。选择好这些要素，生成型线时就可 以得到有效的控制。 4.3 母型船改造 4.3.1 母型船的选取 拥有优秀母型船不仅能大大缩短设计时间，还能保持母型船的优秀性能。通过一 定的改造，就可以得到符合新船设计要求的型线。但在选择母型船时，不仅要考虑到 母型船型线的优良性，还要注意到新船与母型船诸多要素(如 Fn 、CP 、CM、X b等)的 接近程度，否则修正量太大，就很难保持母型船的优良性能。所以在选择母型船时， 要对母型船的性能和型线特征加以分析，结合需要改造的参数和修改量对新船的性能 作出评估，使修改有的放矢，做到扬长避短。本设计母型船由指导老师提供，无论从 载客量还是设计航速上均与新船相同。其型线符合设计船的要求，且其诸多要素与设 计船相近，可以作为母型船使用。 4.3.2 主尺度改造 新船与母型船的主尺度只有船宽不同，因此要对船宽作尺度变换，常用的线性变 换即 宽度 Y=YO(B/BO) 式中带有下标“o”者为母型船。本船在主尺度的选取上与母型船有相同之处，因此站 线和水线的划分可与母船相同。尺度经线性变换后，船型系数（CP 、CM、CB）和浮心 纵向相对位置 X b都保持不变。由于 L/B 有所变化，则设计水线进流角和水线去流角以 有所改变，但变化不大。 4.3.3 横剖面面积曲线的改造 横剖面面积曲线的确定是绘制型线图的关键，许多参数是为其展开的，其有 17 五大特征： 1、曲线面积等于船体水下排水体积； 2、曲线的形状表示排水量沿船长的分布情况； 3、曲线面积的丰满度系数为船的棱形系数 CP； 4、面积形心的纵向位置等于船浮心的纵向位置 XB； 5、曲线的形状对摩擦阻力影响不大，但对剩余阻力有相当大的影响。 将母型船的横剖面面积曲线作为新船初始得到的横剖面面积曲线，对其采取“迁 移法”进行修改。修改后，如果新船的中剖面系数 CM、与母型船相同，则新船的方形系 数满足要求。本设计并没有提供母型船的横截面面积曲线，所以新船并没有采取修改 横截面面积曲线的方法。 4.3.4 横剖线的改造 新船的型深和船长都和母型船相同，因此在站线和水线的划分依旧沿用母型船。 全船从尾垂线到首垂线分成 020 站位。水线设置有 1000WL、2000WL、3000WL、4000WL、5000WL、6000WL（设计水线） 、7000WL、和 8000WL，因此使横剖线的修改工作就变的相对简单。 4.3.5 型值的产生 横剖线形状修改完后，在横剖线图上量取新船的各站位与各水线的坐标，绘制型 值表。依据型值表绘制半宽水线图。新船的机舱轴隧与母型船不同，因此要对尾部型 线进行修改。纵剖线图取值与母型船大致相同，只是对纵剖线做了部分修改。 由于新船的型线是通过母型船的剖面形状移动得来，因此，首轮廓一般也应有母 型船的形状按相同规律修改而得。尾框尺寸涉及浆和舵的位置，按新船的要求参照母 型船自行修改。 4.3.6 型线修改 由于母型船本身存在一定的不合理之处，在检查图形时发现一些错误，因此，对 型线图要进行部分的修改。又因总布置不同，在船中载客甲板处也作了相应的调整。 18 取消了原有的槽型的设计，采用平甲板，型线图也作出相应的调整。 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，因此要另行绘制。但本船的吃 水和型深都相同，因此可参考母型船设计。 本船的首尾均采用母型船相同的设计，在首尾型线设计上也可以应用母型船。 第第 5 5 章章 总布置设计总布置设计 5.1 概述 总布置设计是船舶设计中一项非常重要的任务。它不但对船的使用效能和航行性 能有十分重要的影响，而且是其他各项设计和计算的主要依据。总布置设计是总揽全 局性的一项具体的布置工作，它不仅涉及各个方面，而且贯穿了一艘新船设计的各个 阶段。总布置的结果对船的使用效能，航行性能以及结构工艺性能有直接影响。总布 置设计的任务，简单的说是在满足营运要求和保证船的航行性和安全性的前提下，合 理地确定船舶的整体布置，绘出详细的总布置图。总布置设计的具体工作包含以下主 内容： （1） 区划船舶主体及上层建筑； （2） 纵倾调整； （3） 舱室与设备的布置； （4） 规划通道与梯口。 不同类型的船舶，由于其用途及航行条件的不同，总布置的特点也有所不同。在 总布置设计时，在注意各类船舶布置的特殊要求的同时，都应遵循以下原则： （1）最大限度地满足和提高船的使用效能。 （2）这是考虑问题的出发点。 （3）保证船舶具有良好的航海性能。 （4）注意船体结构的合理性和工艺性。 （5）满足法规和规范的要求。 （6）尽力搞好外部造型和内部装潢。 本次设计总布置最终确定下来是在浮态调整完成后，总布置设计结合型线设计和 浮态调整等内容一起考虑，整个设计过程参考了母型船的布置方式，并作出了一定的 修改。在总布置设计上要更加开放，敢于创新，突出其旅游性能。结合新船的要求和 19 特点，考虑新技术、新设备、新工艺、新材料在新船上的应用，做到在设计中有所创 新、有所前进。 初步设计阶段总布置设计工作一般分为以下两步进行。 第一，根据新船的使用特点和技术任务书的要求，在调查研究和分析母型船资料 的基础上，先拟定一个能反映总布置大体轮廓和布局的草图。 第二，经过上述草图设计和核算分析，解决了总体布局以后，参照有关规范和标 准进行各种设备和舾装的选型。最后，根据型线图的型值，具体详细地布置各类舱室 和设备，绘出正式的总布置图。 在后续设计过程中，往往要对总布置结果提出修改意见，调整和完善总布置设计。 5.2 区划船舶主体及上层建筑 船舶主体是指船的连续露天甲板以下的部分；上层建筑是对上甲板以上各种围蔽 建筑物的统称。 5.2.1 主体舱室的划分 船舶主体这部分的总布置设计有确定水密舱壁、甲板、机舱位置等设置与划分。 设计船的主船体布置比较简单，可根据型船设置。 （1） 肋骨间距：确定舱壁的首先需要确定肋骨间距。按钢质海船入级与建造 规范的要求，标准肋骨间距为： S=1.6LPP+500=658.4（mm） 本船在设计时，全船取整数 700mm，其值完全满足钢质海船入级规范对各舱 室的要求。 （2） 机舱位置的确定 本船为 400TEU 集装箱船，参考母型船的机舱布置后，本船机舱选择尾机型。 尾机型优点：对于客船来说乘客的舒适度放在首位选取尾机型可以与旅客区隔 开，利于保持客舱的卫生环境降低船舶噪音污染。增加船中有效面积，方便旅客观 光。此外，尾机型可缩短轴系长度，提高轴系效率，降低造价，有利于结构的连续 性和工艺性。还可以有效利用尾部空间设置生活舱室。 尾机型的缺点：浮态调整较困难，尾机型船的振动源都集中在尾部，位于机舱 上部的上层建筑内振动较大，因此人员舒适性较差。另外，尾部型线的收缩，机舱 20 布置地位的利用率较低，导致机舱长度增加，对方型系数小的船不利。 （3） 甲板布置 本船设置有六层甲板。上甲板前部设有艏楼，艏楼内布置有贮藏室、油漆间、 木工间和锚链舱，艏楼上设有锚机，系泊设备，艉上甲板室至艏楼甲板之间布置舱 口盖、带缆桩。艉部上甲板甲板室内布置有厨房、餐厅、蔬菜库、肉库、鱼库、干 货库、冰机室、空调机室、船员室、梯道及电弄、CO2 间、缆索舱、消防控制站等。 二甲板上设货舱两个、机舱和舵机舱。居住甲板甲板室内布置有浴厕室、电弄、梯 道、船员间、应急发电机室等。救生甲板设有大、三管轮室，大、三副室，高级船 员办公室、梯道、电弄等。船长甲板室内设有船长室、轮机长、二副室、二管轮室、 梯道、电弄。驾驶甲板甲板室内设有驾驶室、充放电室、蓄电池室、梯道、引水员 室、卫生间等。罗经甲板上设有雷达桅、雷达、桅灯、信号灯、失控灯、摩氏灯、 气笛、探照灯和磁罗经一台。详见总布置图 （4） 舱室分布 从船首到船尾分别为:首尖舱、锚链舱、淡水舱、货舱、货舱、机舱、尾淡水舱、 空舱、舵机舱。 5.2.2 上层建筑 本船在主甲板尾部设置上层建筑，尾部为机舱棚。设计船的上层建筑为甲板室， 甲板室共分五层。居住甲板距主甲板 2.70m，甲板室内布置有浴厕室、电弄、梯道、船 员间、应急发电机室等。救生甲板距居住甲板 2.70m，设有大、三管轮室，大、三副室， 高级船员办公室、梯道、电弄等。船长甲板 2.70m，室内设有船长室、轮机长、二副室、 二管轮室、梯道、电弄。驾驶甲板距船长甲板 2.70m，甲板室内设有驾驶室、充放电室、 蓄电池室、梯道、引水员室、卫生间等。罗经甲板距驾驶甲板 2.70m，上设有雷达桅、 雷达、桅灯、信号灯、失控灯、摩氏灯、气笛、探照灯和磁罗经一台。详见总布置图。 5.3 纵倾调整 船舶在各种装载情况下的浮态即首、吃水和纵倾对船舶快速性与安全性有较大影 响，在完成了总体布局区划后即要对船的浮态起先计算（或估算） ，根据计算的结果进 行纵倾调整，最后直到满足要求为止。 21 船舶装载情况变化，船的浮态也随之发生变化，不论是发生首倾还是尾倾，对于 船舶来说，都是不利的，尤其是首倾，当产生较大的首倾时，则阻力增加、首甲板上 浪，同时尾吃水减少，螺旋桨推进效率降低并可能产生空泡现象，严重时可导致“飞 车” ；即使是产生较大的尾倾，对受航道限制的船来说，首部船底可能会出水并产生砰 击，最危险是可能会发生搁浅或触礁。因此，调整好纵倾，对于船舶的航行是非常重 要的。 浮态调整工作首先要计算出船在各种装载情况下的浮态，然后根据计算结果分析 各装载情况下的浮态是否符合要求，如不满足，则需调整总布置，即改变各部分重量 的纵向分布，进行浮态调整，直至满意为止。为调整浮态而修改总布置时必须注意对 其他各方面因素的影响。 浮态调整的方法： 1、改变燃油舱、淡水舱的布局； 2、调整机舱位置； 3、改变浮心纵向位置； 4、压载状态的浮态调整； 本船主要是在设计时考虑船舶的四种主要状态下的浮态情况，并进行相应的调整。 从主布置来看，船体会出现一定的尾倾，在规定的要求下，这也是允许的。 对于船体出现的纵倾情况，本船将采用加压载水的方法来调整纵倾。 5.4 舱室与设备的布置 （1） 舱室分布 上甲板前部设有艏楼，艏楼内布置有贮藏室、油漆间、木工间和锚链舱。艉部上 甲板甲板室内布置有厨房、餐厅、蔬菜库、肉库、鱼库、干货库、冰机室、空调机室、 船员室、梯道及电弄、CO2 间、缆索舱、消防控制站。居住甲板甲板室内布置有浴厕室、 电弄、梯道、船员间、应急发电机室等。救生甲板设有大、三管轮室，大、三副室， 高级船员办公室、梯道、电弄等。船长甲板室内设有船长室、轮机长、二副室、二管 轮室、梯道、电弄。驾驶甲板甲板室内设有驾驶室、充放电室、蓄电池室、梯道、引 水员室、卫生间等。详见总布置图。 （2） 设备布置 22 主要锚泊系统布置、救生设备布置。锚泊系统布置在首甲板上。救生甲板左右舷 分别设有 5.5m 全封闭玻璃钢救生艇各一艘（其中一艘兼救助艇） ，20 人抛投式气胀救 生筏各一只。详见总布置图。 23 第第 6 6 章章 螺旋桨设计螺旋桨设计 6.1 概述 螺旋桨的设计是一项比较艰巨的工程，它的要求是比较高的，设想一艘船连螺旋 桨都设计得不完善，那么和一个人的心脏有毛病没有两样，螺旋桨的设计与主机的选 择对一艘船来讲是相当重要的。 6.2 船体主要参数 6.2.1 船型与主尺度 船型： 单机、单桨、钢质、双单板、方尾、首柱前倾、短首楼、设球鼻。 主尺度：设计水线长 =110m WL L 垂线间长 =104.64m PP L 型宽 B=19.2m 型深 D=6.0m 设计吃水 T=4.3m 浆轴中心高 Zp=2.0m 排水量 =8075t 本船的方形系数 CB=0.992 6.2.2 主机主要参数 型号 8210 系列船柴油机 二台 额定功率 kwPS704 额定转速 N=720r/min 减速比 4：1 传送效率 95 . 0 M 6.2.3 推进因子的决定 半流分数 165 . 0 24 推力减额 t=0.732 船身效率 =1.0 1 1t H 相对旋转效率 1 R 6.2.4 可以达到最大航速的计算 采用 MAU 4 叶桨图谱进行计算。 取功率储备 15%，轴系效率 97. 0 S 螺旋桨敞水收到马力：=773hp D P 6.3 最佳要素设计计算 根据 MAU4-40、MAU4-45、MAU4-50 的图谱列表（附录 34）计算。 P B 据表 1(见附录 1)的计算结果可绘制、及对的曲线，如图 1（见附录 TE PDP 0 V 4）所示。 从曲线与船体满载有效马力曲线之交点，可获得不同盘面比所对应的设)(VfPTE 计航速及螺旋桨最佳要素、及。如表 2（见附录 5）所列。DPD 0 6.4 空泡校核 按伯利尔空泡界线中商船上界线，计算不发生空泡最小展开面积比。 桨轴沉深 =6-1.97=4.03m Pa Zdh =10330+10254.03-174 Vaav phppp 0 =55286.75 kgf/m2 计算温度 =15 =174 kgf/m2 =773hp =104.63kgfs2/m4t V pD P 根据最佳要素表及设计要求计算空泡校核计算结果表 3（见附录 6）然后将计算结 果绘制为给定的图形，如图 2（见附录 7