（船舶与海洋工程专业论文）沪东型巴拿马型油船总体设计.pdf

上海交通大学硕士学位论文 沪东型巴拿马型油船总体设计 摘要 当今国际航运业中，散货船、油轮、集装箱船占了绝大部分份额。 而液货运输约占货物运输总量的3 6 以上。液货船目前正向船种标准 化、系列化方向发展，主要有v l c c 超大型、s u e z m a x 型、a f r f a m a x 型、p a n a m a x 型和h a n d y m a x 灵便型等。据对全世界造船需求量预测报 告，由于大批油船船龄老化，且现有油船不满足现行规范要求。因此， 预计今后几年新造油船需求量将不断增加。 巴拿马型油船因其航运区域广、装载量大、操作性能好，可穿越世 界著名的航运便道一巴拿马运河，深受世界各国船东的青睐。目前国 内各主要船厂从硬件条件上来讲，能造v l c c 的船厂不多，而p a n a m a x 型船的尺度及经济效益，更适合各大船厂的实际情况。受1 9 9 7 年亚洲 金融危机的影响，日韩等国采取政府补贴方式，大幅度降低船价，使中 国船舶出口面临严峻考验。因此，近年来，在p a n a m a x 型船，尤其是 p a n a m a x 型油船的竞争上有趋于白热化的倾向。 另一方面，近年来，随着各种新规范规则的生效，使得该种船型在 设计中要考虑的问题，尤其是稳性方面，越来越多。而由于在设计初始 阶段考虑不周所导致的严重后果也屡见增多，并逐渐引起广泛重视。为 了使船舶出口能多接订单，形成批量，降低成本，必须在船舶性能指标 上达到或超过国际同类水平。在此背景下，开发出能满足目前最新规范 规则要求的新一代沪东型巴拿马型油船，并以沪东品牌打入国际市场， 逐步形成产业化、批量化生产，将使我国七万吨级巴拿马型油船的开 上海交通大学硕士学位论文 发、设计、建造的总体水平上一个新台阶，而且能增强公司在这块市场 上的竞争力。 以往很多的研究，船舶快速性方面如节能研究，高效螺旋桨的研 究，优良船型的研究等；船体结构方面如用船级社”规范计算”和”有限 元计算”设计、计算、校核船的总纵强度和局部强度，优化船体结构， 探索满足现行规范规则的高强度合金钢在船体结构中最佳使用比例等， 这些研究都是在总体设计的基础上进行的，尤其是最新规范规则的不断 生效，对巴拿马型油船的总体设计的带来了相当大的变革。船舶稳性问 题，尤其是巴拿马型油船的稳性问题已显得日渐重要。针对这种情况， 本论文大胆提出了巴拿马型油船总体设计的课题，就一些最新的规范规 则和油船设计中应引起充分重视的问题展开讨论，以之抛砖引玉。 本论文主要讨论了常规油船的设计流程，分舱方案的对比，s o l a s 视线要求，气体危险区域划分和压载水的管理等，尤其讨论了m a r p o l 1 3 f 关于破舱稳性及m a r p o l2 5 a 关于自由液面修正的要求这两个深刻影 响新一代巴拿马型油船设计的至关重要的问题；并且综合考虑船的浮 态、稳性、驾驶视线、危险区域划分及压载水管理等因素，利用先进的 计算机性能分析软件包，进行总体方案对比论证，成功提出了解决这一 对矛盾因素的方案和措施，填补了我国首批满足此新规范要求的巴拿马 型油船设计的空白。 本课题的成功攻关，使沪东中华造船集团有限公司争取到了一系列 的巴拿马型油船定单，在巴拿马型油船市场上有了很强的竞争能力。随 着世界航运市场的复苏，造船业也将逐步回升，巴拿马型油船的船舶市 场也将面临着新的机遇。 关键词：巴拿马最大型油船，k i a r p o l ，压载水管理，s o l a s ，稳性 上海交通大学硕士学位论文 d e s i g no fp a n a m a xo i lt a n k e r a b s t r a c t n o w a d a y s ，b u l kc a r d e r s ，o i lt a n k e r sa n d c o n t a i n e rv e s s e l so c c u p yt h e m o s tm a r k e ts h a r e l i q u i dc a r g ot r a n s p o r t a t i o ni sa b o u t36 o ft h et o t a l a m o u n to fc a r g ot r a f f i c l i q u i dc a r g oc a r r i e r sa r eb e i n gs t a n d a r d i z a t i o na n d s e r i a t i o n v l c c ，s u e z m a x ，a f r a m a x ，p a n a m a xa n dh a n d y m a xa r et h em o s t c o m m o n t y p eo fo i lt a n k e r s a c c o r d i n gt oa ne s t i m a t i o nr e p o r to f t h eg l o b a l d e m o n do fv e s s e l s ，t h ed e m o n do fn e wb u i l d i n go i lt a n k e r si nt h ef u t u r ey e a r s w i l lb ei n c r e a s e dq u i c k l yb e c a u s eo ft h a tal o to fo i lt a n k e r sa r ea g i n ga n dc a n n o ts a t i s f yt h en e w r e q u i r e m e n t so f r u l e sa n dr e g u l a t i o n sa n ym o r e 。 b e c a u s eo fi t sw i d es h i p p i n gr a n g e ，l a r g el o a d a g e ，g o o dm a n e u v o r i n g c h a r a c t e r sa n dt h ea b i l i t yt op a s st h r o u g ht h ef a m o u sc a n n e l _ _ _ _ p a n a m a c a n a l ，p a n a m a xo i lt a n k e r i st h em o s tf a v o ro ft h em o s ts h i po w n e r s c o n s i d e r e dt h eh a r d w a r eo ft h em o s to ft h eb i g g e s ts h i p y a r d si nc h i n a ，t h e r e i sav e r yf e ws h i p y a r dw h oc a nb u i l dv l c c b u tt h es i z ea n dt h ee c o n o m i c b e n e f i to fp a n a m a xo i lt a n k e ra r em o r ea t t r a c t i v ef o rt h em o s to ft h eb i g g e s t s h i p y a r d s a f t e rt h ef i n a n c i a lc r i s i so fa s i ai n 19 9 7 ，j a p a na n ds o u t hk o r e a d e c r e a s e dt h es h i pp r i c eal o tb a s e do nt h e i rg o v e m m e n t s a l l o w a n c e o f c o u r s ei ta f f e c t e dc h i n e s es h i pe x p o r t s od u r i n gt h e s ey e a r s ，t h ec o m p e t i t i o n o np a n a m a xo i lt a n k e rm a r k e ti sb e i n ge x t r e m e l yc r u e l o nt h eo t h e rh a n d ，w h i l ef ll o to fn e wr u l e sa n dr e g u l a t i o n sa r ep u t t i n g i n t of o r c e ，m o r ef a c t sh a v et ob ec o n s i d e r e di nt h ei n i t i a ld e s i g ns t a g en o w ， e s p e c i a l l yf o rt h es t a b i l i t y n e wr e p o r t so fs e r i o u sc o n s e q u e n c e s c a u s e db yt h e i g n o r a n c ei nt h ei n i t i a ld e s i g ns t a g ea r ei n c r e a s i n gf a s t l y i no r d e r t og e tm o r e o r d e r so fe x p o r t e dv e s s e l s ，t h ep r i n c i p l ec h a r a c t e r so fo u rd e s i g nm u s te x c e e d t h o s eo ft h ei n t e m a t i o n a ll e v e l u n d e rt h eb a c k g r o u n d ，t od e v e l o pas o c a ll e d i i i 上海交通大学硕士学位论文 “h u d o n gt y p e p a n a m a xo i lt a n k e r ，w h i c hc o nc o m p l yw i t ht h en e w r e q u i r e m e n t so fr u l e sa n dt h er e g u l a t i o n s ，c a ni m p r o v eh u d o n g sa b i l i t yt o d e v e l o p ，d e s i g na n db u i l dt h i st y p eo fv e s s e l s ，a n de n h a n c et h ec o m p e t i t i v e p o w e ri nt h em a r k e t t h e r ea l r e a d yh a v es o m er e s e a r c h e s ，s u c ha se n e r g ys a v i n gd e v i c e ，h i g h e f f i c i e n c yp r o p e l l e r ，o p t i m i z i n gh u l ls h a p e ，e t c ，w h i c ha r ec o n c e n t r a t e di n s h i p sr a p i d i t y t h e r ea r ea l s os o m er e s e a r c h e sa b o u th u l ls t r u c t u r eo p t i m i z i n g t h e ya r ea l lb a s e do nt h eo v e r a l lp e r f o r m a n c ea n a l y s i s a n da st h en e wr u l e s a n dt h er e g u l a t i o n so r ep u t t i n gi n t of o r c e ，t h eg e n e r a ld e s i g no fp a n a m a xo i l t a n k e ri sg r e a t l ya f f e c t e d t h es t a b i l i t y ，e s p e c i a l l yt h es t a b i l i t yo fp a n a m a x o i lt a n k e ri s b e c o m i n gs oc r u c i a l a i m i n ga tt h es i t u a t i o n ，t h i sd i s s e r t a t i o n b r i n g sf o r w a r dt h et o p i co f “d e s i g no fp a n a m a xo i lt a n k e r ”，d i s c u s s e st h e l a t e s tr e q u i r e m e n t so fr u l e sa n dt h er e g u l a t i o n si nt h ed e s i g no fo i l t a n k e r ， w h i c hs h o u l db ep a i dg r e a ta t t e n t i o nt o t h ed is s e r t a t i o nd i s c u s s e st h er e g u l a rp r o c e d u r eo fo ilt a n k e r sd e s i g n i n g ， t h e c o m p a r i s o no ft h ec o m p a r t m e n t ss u b d i v i s i o n ，v i s i b i l i t yo fs o l a s r e q u i r e m e n t ，g a sh a z a r d o u sa r e aa n dt h eb a l l a s tw a t e rm a n a g e m e n t e s p e c i a l l y ，m a r p o l13 fa n dm a r p o l2 5 aa r ea l s oa n a l y s e d ，w h i c hh a v e d e e p l ya f f e c t e dt h ed e s i g no fm o d e mp a n a m a xo i lt a n k e r s b yu s i n gt h e a d v a n c e d c o m p u t e rs o f t w a r ep a c k a g e ，s o m ed e s i g n sa r ec o m p a r e d ，a n d e f f e c t i v es o l u t i o n sa r eb r o u g h tf o r w a r d a l o n g w i t ht h e c o m p l e t i o n o ft h i s t h e s i s ，h u d o n g z h o n g h u a s h i p b u i l d i n g ( g r o u p ) c o ，l t d h a sg o tas e r i e so fo r d e r so fp a n a m a xo i l t a n k e r s t h ec o m p a n yh a ss h o w nh e rc o m p e t i t i v ep o w e ri nt h es h i p b u i l d i n g m a r k e t k e yw o r d sp o n a m a xo i l t a n k e r ，m a r p o l ，b a l l a s tw a t e r m a n a g e m e n t ，s o l a s ，s t a b i l i t y i v 上海交通大学硕士学位论文 符号说明 符号名称单位 l船长m l f干舷船长 m l 。总长 m l b 。垂线间长m b船 宽 m d 型深 m t 吃水 m d 。船舯最小型吃水 m 8 t纵 倾 m c b方形系数 c ，水线面系数 排水量t g m初稳心高m d w t载重量 t v航 速 k n 彭货油舱舱容 3 m m c r 主机最大输出功率 k w c s r主机常用输出功率k w r p m 转速r m i n v i i 上海交通大学上海父逋大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密面，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 焰j - 韦 指导教师签名：c 多洲 e l , u , r l ：孤峋z 年z 月z 7 日 日期：加2 年2 月j 7 日 上海交通大学上海父逋大字 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：铂j - 诈 e t 期：妒刍年z 月矽日 上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 、 论文工作的目的和意义 当今国际航运业中，液货运输约占货物运输总量的3 6 以上。而液货船由于运 量大、货源充足、航向固定，装卸效率高等因素，其经济效益高，成为运输船舶的 主要船舶，这类船舶目前的发展趋势大致是船种标准化、系列化。液货船的主要船 种是v l c c 超大型、s u e z m a x 型、a f r f a m a x 型、p a n a m a x 型和h a n d y m a x 灵便型等。 而目前国内各主要船厂从硬件条件上来讲，能造v l c c 的船厂不多，而p a n a m a x 型船 的尺度及经济效益，更适合各大船厂的实际情况。因此近年来，在p a n a m a x 型船， 尤其是p a n a m a x 型油船的竞争上有趋于白热化的倾向。 由于船级社及国际公约组织等机构对船体结构的安全性问题越来越重视，各种 新要求和规范规则不断推出，船舶的空船重量也不断增加。特别足自1 9 8 9 年 “e x x o nv a l d e z ”号油船触礁事件发生以后，导致美国政府通过了“1 9 9 0 年防油污 染法”即o p a - 9 0 ，规定在美国2 0 0 海哩经济区海域内航行的所有油船为双壳船体。 i m o 的海上环境保护委员会3 2 届会议决定新造油船必须满足m a r p o l 7 3 7 8 公约1 3 f 条款。同时，m a r p o l2 5 a 也于1 9 9 8 年7 月1 日起开始生效。这些国际公约、规则 的执行，对油船的开发设计带来了重大的影响，尤其是稳性方面的要求越来越多。 原有油船的发计已不再适用于这些新规则；并且，在设计当中若未考虑周全，将会 导致严重的后果。如沪东中华造船集团有限公司在八十年代建造的6 8 0 0 0 吨油船， 因为在货油舱未设中纵舱壁，试航当中由于自由液面的影响，发生了船倾向一侧而 无法正浮的情况，最终不得不采取在部分货油舱增没中纵舱壁的方案来减小自由液 面的影响，由此对公司的生产周期、成本及声誉均产生了不小的影响。最近，某设 计院为某船厂设计的一条巴拿马型油船，由于一味追求舱容指标，没有重视此类船 型的特殊性，一方面，采用了散货船的线型，这为以后的浮态不平衡埋下隐患；另 一方面，没有考虑扣除上下墩的舱容，以至所估算的舱容偏大。在取得造船合同后 不得不采取提高型深的方式来满足说明书指标。更为严重的是，由于没有足够的重 视，在初步设计阶段根本没有校核m a r p o l1 3 f 和m a r p o l2 5 a ，以至在提高型深 1 上海交通大学硕士学位论文 后，无法满足这些要求，从而导致了合同签订之后重新进行总体方案的大改动，增 大了设计的成本，延误了设计的周期，增大了船厂潜在的罚款风险。由于所做改动 太大，最终船东取消了造船合同。由此可见，开发出能满足目前最新规范规则要求 的新一代沪东型巴拿马型油船，并以沪东品牌打入国际市场，逐步形成产业化、批 量化生产，将使我国七万吨级巴拿马型油船的开发、设计、建造的总体水平上一个 新台阶，而且能增强公司在这块市场上的竞争力。 本论文的目的是在满足最新的国际公约和船级设规范的条件下，研究如何优化 沪东型巴拿马型油船的总体性能，提高船舶营运的经济性、安全性和可靠性，降低 船舶建造成本，使船东以最小的初投资获得最大的经济效益。 2 、国内外研究的历史与现状 早期的油船多为单壳，从横剖面看，采用单个货油舱的居多。由于油船发生海 损事故造成的损失和危险远高于干货船，对海洋污染和所承担的索赔可能远高于油 船本身价值。一些严重的海损事故所导致的污染后果，已引起了广泛的重视。双底 双壳油船已成为新建油船的标准模式。从横剖面看，以两舱形式居多。大型油船由 于防污染的要求，也常采用三个舱的形式。现代油船的特征是肥大船型，货舱区为 双壳双底，安全保障技术防止海洋污染术趋向国际标准化。 为了获得较快的航速，已有了一些船型及快速性方面的研究，如：肥大型船体 线型和性能优化，方形系数在0 8 4 - - 0 8 5 问多方案主尺度比较；在船模试验的基础 上，为提高航速与寻求肥大型船体较佳配合的节能装置，选取适宜型式的球艏、舵 球和艉部节能装置等；对方形系数肥大型船体，一般艉部伴流不佳，通过优化艉部 伴流场分布，优化船体和螺旋桨匹配、降低螺旋桨的脉动压力等的研究，提高螺旋 桨的推进效率，提高航速等。为了使结构合理，空船重量减轻，降低造船成本，也 有了一些船体结构方面的研究，如用船级社“规范计算 和“有限元计算”设计、 计算、校核船的总纵强度和局部强度，优化船体结构，确保船体结构可靠的安全设 计的研究；为扩大高强度合会钢在船体结构中的应用，研究结构强度和结构刚度关 系，探索满足现行规范规则的高强度合金钢在船体结构中最佳使用比例等。以上诸 2 上海交通大学硕士学位论文 方面的研究都是在总体设计的基础上进行的，尤其是最新规范规则的不断生效，对 巴拿马型油船的总体设计的带来了相当大的变革。如在主尺度受到严格限制的条件 下，研究增加舱容提高载重量的总体方案；研究缩短机舱长度、分舱方案比较、压 载舱布置等；研究采用中纵舱壁，优化边舱宽度及压载舱的组合型式( l 、u 、j 、s 型) 对完整稳性、破舱稳性和浮态调整的影响，等等。因此，围绕研究由于最新规范 规则的生效，对新型油船设计方法展开研究，对提高企业在船舶市场的竞争力显得 尤为重要。 二十世纪八十年代，我公司曾建造过6 3 0 0 0 吨原油船，九十年代，又发展成了 6 8 0 0 0 吨原油船。前者因时间较早，采用的还是单壳形式，而后者虽然采用了双壳 双底形式，但货舱区只是部分采用了中纵舱壁。随着一些新规范规则的生效，这些 老的油船设计已不能满足这些新的要求。船舶稳性问题，尤其是巴拿马型油船的稳 性问题已同渐突出。而对这方面进行专门研究，就一些最新的规范规则和油船设计 中应引起充分重视的问题展丌讨论，由此研究设计新一代沪东型巴拿马型油船的课 题，使公司在巴拿马型油船市场上具备较强的竞争力，就显得非常重要。 3 、本论文的主要工作 沪东型巴拿马型双壳双底油船的开发目标是：满足最新国际公约和船级社规范规 则的单螺旋桨、柴油机驱动的巴拿马最大型油船。她需要根据巴拿马运河航线选择主 尺度，要求总体性能良好，船型优良，航速高，液货舱体积大；具有防火，防爆，海 上安全操纵系统，以及海上航行所需的稳性及抗沉性等一系列安全保证体系；具有先 进的导航系统，以提高船的操纵性能减少碰撞事故；采用双壳船体保护货油舱区域， 防止在外壳破损情况下油的泄漏；设置有效的探测、报警和消防系统；对货油舱和专 用压载水舱予以惰性气体保护等防止海洋环境污染的整船系统设计。其设计指标应达 到或超过同一时期国际国内同类型船的标准。 现代油船的设计，不仅要设计满足新的规范规则，而且各种指标性能均需优 秀。只有优于其他的设计，才能为公司争取到定单。而在追求高性能高指标的同 时，船型及尺度本身的极限限制也逐步逼近，尤其是巴拿马型，在主尺度基本用足 的情况下，一些常用的提高舱容指标的措施也受到限制。由于船长船宽都接近极 3 上海交通大学硕士学位论文 限，提高型深似乎成了唯一的手段。当然，在主尺度确定之后，优化总布置，如压 缩机舱、增加货油舱区长度、优化双壳折边、优化上下墩尺寸、采用一舱一泵制方 案等等，也能有效地增大舱容。但随着型深的提高，货油舱重心也随之增高，从而 使得原本并不富裕的初稳心高g m 也接近极限。在此种临界状态的边缘，由于一些改 善措施是相互矛盾、相互制约的，对于油船设计需满足的规范规则都应认真校核， 深入研究，以期达到总的平衡和获得最佳的效果。其中关于m a r p o l1 3 f 和破舱稳 性，m a r p o l2 5 a 的要求，对主尺度确定及舱室划分相当敏感，是需要特别重视的地 方。此外，在设计初期也要综合考虑s o l a s 视线要求、气体危险区域对总布置的影 响及压载水管理方法，才能成为一个较为完整的设计。 本论文的主要工作是：利用先进的分析计算船舶总体性能的软件系统，研究满 足最新国际公约和船级社规范规则的沪东型七力吨级巴拿马油船的总体性能和总体 布置。具体有： 研究油船的设计流程和总体方案的确定。 研究船舶的主尺度的优化 研究全船危险气体区域的划分。 研究全船压载水管理系统。 研究船舶的完整稳性和破舱稳性。 研究综合船体的浮态、稳性、驾驶视线等因素的船舶总体布置的权衡设 计。 4 上海交通大学硕士学位论文 第二章7 1 ，0 0 0 吨巴拿马型油船总体方案分析与论证 1 、油船基本设计分析流程 船舶是由许多子系统组成的一个大系统，船舶设计需要兼顾多方面互相冲突的 要求：设计时需反复权衡船舶各种主要功能和次要功能的要求，使子系统的相互关 系达到最佳状态，从而最有效和最经济地达到船舶一切应有的功能；还要综合运用 多种科学和技术，尤其应注意掌握船舶使用环境的知识，特别是营运业务方面的知 识，并不断发展新概念和不断推进船舶科学技术的进步：此外，还应和船东经常联 系协商，以使设计工作保持实用性和减少失误。 船舶设计本身是多参数、多目标、多约束的求解和优化过程。因而，最初粗估 得到的方案完全有可能不符合要求，只有通过反复的迭代校验和修正，y j 能保证取 值的可靠性。这是一个逐步逼近的过程。 图2 1 是油船初步开发设计的简单流程。由图2 1 可以看到，油船基本设计 也遵循这个复杂的循环反复不断逼近的过程。 有关油船设计所涉及的国际公约、规则、导则建议案等种类繁多，各国又有各 自的要求，有关石油运输的国际性协会或商会等组织也有建议案或导则等。新型油 船的设计已不能象过去传统单壳油船设计那样简便和成熟，常会出现完整稳性、破 舱稳性等难以满足的问题，在开始设计时就应有充分的分析、研究与统筹安排。 5 上海交通大学硕士学位论文 l 说明书编制 l 总布置图绘制 上 i 资料归档 上 l 基本设计完成 图2 1油船基本设计分析流程图 6 上海交通火学硕士学位论文 2 、7 1 0 0 0 吨巴拿马型油船设计目标 ( 1 ) 船型简介 沪东型7 1 0 0 0 吨巴拿马型原油船是为新加坡t a n k e rp a c i f i c 公司设计的双壳双 底原油船，主要用来装载闪点低于6 0 0 c 的原油及粗炼的石油产品。该船要有6 对货 油舱和一对污油舱，可装载3 种品位，且双层底里不设置管弄。 ( 2 ) 船级、规范、规则及公约 本船船级符号为：a b s + a 1 ，o i l c a r r i e r ，s a f eh u ll + a m s ，+ a c c u 船旗：巴拿马旗 满足的主要国际公约及规范规则有： 1 9 6 6 年载重线公约1 9 7 1 年修正案及1 9 8 8 年协议书 1 9 7 4 年海上人命安全公约，1 9 7 8 年协议书，1 9 8 1 年至1 9 9 4 年修正案，1 9 8 8 年 g m d s s 修正案 1 9 7 3 ，1 9 7 8 国际防污染公约，包括新规则1 3 f 苏伊士运河规则 巴拿马运河规则 国际防污染公约 美国海岸警备队防污染规则 国际海上避碰规则 国际吨位丈量公约 ( 3 ) 主要舾装设备 锚和系泊设备：两台电动液压锚机带有系泊绞车，艉部及中部各设有两台绞车。 舵设备：l 台流线型悬挂舵，带动液压舵机一台。 救生设备：2 8 人全封闭救生艇一艘，工作艇一艘，另设5 个救生阀。 应急拖带装置：工作负荷约4 0 0 吨。 7 上海交通大学硕士学位论文 ( 4 ) 主要机电设备 主机：h db w 5 s 6 0 m c m c r1 0 2 0 0k wx1 0 5 r p m c s r 9 1 8 0k wx1 0 1 4r p m 主发电机：3x5 6 0k wx7 0 0r p m 锅炉：2x2 0 吨 货油泵： 3x3 0 0 0m 3 h 压载水泵：2x1 3 6 0m 3 h ( 5 ) 主要设计目标 沪东型7 1 0 0 0 吨巴拿马型原油船的主要设计目标是，以沪东型6 8 0 0 0 吨原油船 为母型船，根据最新规范规则，优化船体的总布置，达到最大的舱容、载重量和航 速。 不同结构方案对比 对油船而言，不同的用途有不同的要求，结构形式也不一样。原油船相对来 说，涂装要求比成品油船要低。所以一般而言，原油船常采用平舱壁的结构形式 ( 参见图2 2 ) ，一方面结构形式较简单，另一方面可以增大舱容：而成品油船由 于特涂的要求，采用平舱壁形式将因其上大量的扶强材，给涂装工作带来极大的不 便，不仅施工困难，而且质量难以保证，故多用槽型舱壁的结构形式，为了特涂的 方便，还常常采用结构外翻的形式。 随着油船的增大，对巴拿马型及更大尺度的油船，即使是原油船，平舱壁的结 构形式常有强度不够的问题发生。加上为了方便洗舱的考虑，槽型舱壁形式已成为 常见的结构形式。当然，对于槽型舱壁的结构形式，由于有上、下及纵、横向的墩 子，其最小尺寸均有规范规定，故舱容将会有很大一部分损失，且纵横舱壁相交处 需特殊处理，以避免应力集中的情况发生。通常在交接处设置一个抗扭箱，既可消 除应力集中问题，又可作为到达墩子的通道，还可布置一些管系等等。若结构做成 8 上海交通大学硕士学位论文 外翻形式，虽构件在主甲板之上，但由于结构形式的布置影响，在双壳和主甲板连 接处需要结构过渡，也将会损失一部分舱容以及增加空船重量，但对液货晃荡影响 有一定改善作用( 参见图2 3 ) 。 ：一 p乒 p 厂r v 一口 - 、j - jl l l e 图2 2平舱壁形式图2 3槽型舱壁加结构外翻形式 泵舱制与一舱一泵制 普通油船通常采用泵舱制，即在机舱前端与污油舱之问设置一个泵舱，并通到 主甲板上形成一个泵舱棚，专门布置大的泵组。若油船为了增大舱容，以及增加装 油品位，也有采用一舱一泵制方案的。即取消机舱前面的泵舱，而改用在每个货油 舱内设置深井泵。显然，将原先的泵舱部分作为货油舱的一部分，增加了货油舱区 的长度，增大了舱容。在相同主尺度的条件下，一舱一泵制的油船比普通泵舱制的 油船舱容要大。而每个货油舱内设置深井泵，能方便灵活地装卸货油，使能装载的 货油品位大大增加，因此通常用在成品油船上，且其结构常采用槽型舱壁形式。当 然，由于增加了深井泵数目，船舶建造成本也有很大增加。图2 4 是沪东标准型一 舱一泵制巴拿马型油船的布置： 9 圭兰三兰查兰至圭兰兰垒圭 7 r t e ： _ 。 、 1 ”_ 一 一一 图2 一q沪东标准型一舱一泵制巴拿马型油船总布置 其特点足，船长和型深均在原来的船型基础上有所增加，加r 采用舱泵 制，舱容达到8 3 0 0 0 m 1 ，在删际上也属先进指标。当然，山于尺度的政变，尤其是船 k 和型深的增加，导致了m a r p o l1 3 f 和2 5 a 的要求很难满足，冈此必须采f j 地 特殊的处胖措施。这存卜文中将再作讨论。 5 、总体方案的初步确定 山j 。所璺酷训的是7 1 0 0 0 吨巴拿马型原油船，山前而的对比所述，初步确定其 总体方案为：采川无艏楼的单层连续干舷甲扳：酋部前倾带球鼻酋的首柱，聚用方 艉及流线型半平衡舵：货舱区结构为职壳双底，纵向结构形式；货舱区设有纵舱壁 和横舱壁，带上下纵墩和横墩，采用槽型舱壁的结构形式，分隔成6 对货油舱， 对污油舱，分成3 组，即第、四货油舱和污油舱，笫二、五货油舱及第二、六货 油舱，以满足同时装载3 个品侍；后面设货油泉舱，机舱及艉尖舱：船艉6 层i j 板 室，设驾驶室，埘 抽起居舱室，货油控制室；机舱棚和烟囱以及应急发电机室等靠 簧在甲板窄后并且与甲板室分离；艉部前，置有紧急拖曳装置和伙食吊；燃油舱布 置在机舱区内；专用压载舱靠置在双壳舣底和首尾尖舱内，货舱区内的压载舱初步 定为l 型舱，即以烈层底内的水密中纵桁为界，分为左右两个l 掣雎载舱。 1 0 上海交通大学硕士学位论文 第三章主尺度的选定 1 、主尺度选择的影响因素 ( 1 ) 主尺度选择需考虑的主要因素 主尺度的选取要综合考虑多种因素，如航道、港口及船坞等的限制，快速性， 回转性，稳性和横摇，强度，最小干舷，抗沉性和重量与造价等等，且和船舶使用 要素密切相关。 表3 1 到3 5 1 列出了船舶主要量度与船舶使用要素的关系及一些选择船长 l 、船宽b 、吃水t 及型深d 时需考虑的主要因素。 表3 1船舶主要量度与船舶使用要素的关系 船舶使用要素 lbdt c bc - 。l b 或l a v 3b tb d d t l d 进港的可能性 0_- 靠码头的可能性 0 0- 干坞的利用率 _-0 浮力 0 0 0_ 快速性 00 _0_- 稳性与横摇 j_0- 纵摇、垂荡及失速_0-0-00-_0 回转性及航向稳定性 _心_0 0- 抗沉性 -0_-0-0 最小干舷规定 -j00 强度 000 -0jj- 重量与造价 0_ _0 吨位决定的税款 0_ l 一船长；b 一船宽；d 一型深； 备注t 一吃水；c 。一方形系数；c 。，一水线面系数； 一排水龟 注：一某一项船舶使用要素对某一项船舶主尺度的选择有影响 上海交通大学硕士学位论文 表3 2选择l 时需考虑的主要因素 船舶使j f j 要素考虑要点船舶使用要素考虑要点 有关航道( 如巴拿马运河等)纵摇、乖荡当九l o 8 时( 九为波长) ，增 航道、港口 的通航尺寸限制、船闸长度、 及火速 长l 可改善纵摇、垂荡及火速 及船坞等的航道曲率、卜径( 影响船舶调 限制头) 、港口码头泊位长度、船同转性和航增长l 可改善航向稳定性，但 坞和船台的k 度对l 许川最人向稳定性同转性能变差；港作拖船应尽 值的限制可能缩短l a - - - - - k p l b t c b 增kl 有利丁改善抗沉性( 增 浮力 k 一船体外板系数 抗沉性加可浸长度及降低破舱稳性损 旷水的密度 火) 货船应有足够的货舱长度， l 在主尺度中对船体重量和造价 以满足货舱容积要求重量和造价的影响最人，在选择l 时应取 装载能力集装箱船廊按集装箱长度模其他主要性能损火不人的最短l 数决定货舱长度和l( 经济船长) 客船及其他布置犁船舶应按要注意规范、规则规定的长度 布置地位的要求选择l 规范规则要 界限，例如，船长人予1 0 0 m 的 增长l 可减小b 和c “( a 不变 求和造价 货船要计及破舱稳性；船长小 快速性 时) ，从而减小兴波阻力和形于8 5 m 的货船可以h j 救生阀替 状阻力代救生艇等 表3 3选择b 时需考虑的主要因素 船舶使川要素考虑要点船舶使用要素考虑要点 航道、港口 运河的通航限制尺寸、船闸、稳性和横摇加宽b ，可使初稳性高和最人静 及船坞等的船坞和船台宽度以及港口装卸稳性力臂值增人，但横摇周期 限制机伸臂k 度等对b 的许h j 最人 减短，还可能使最人静稳性力 值的限制臂对应角和稳性曲线消火角减 a = k p l b t c b 小。常由稳性卜限决定b 的最 浮力 k 一船体外板系数 小值 旷水的密度 货船应满足货舱容积要求从1 了省造价考虑，应尽可能加 布置地位刑船舶心满足布置重量和造价宽b 、缩短l 。在同样条件 装载能力地位的要求，例如：客船应满下，加宽b 引起的空船重量增 足甲板面积的要求，集装箱船加约为加长l 的1 5 应按集装箱宽度模数选择b 1 2 上海交通大学硕士学位论文 表3 4 选择t 时需考虑的主要因素表3 5选择d 时需考虑的主要因素 船舶使川要素考虑要点 港口、航道港口、航道对t 许h j 最大 限制 值的限制 a = k p l b t c h 浮力 k 一船体外板系数 旷水的密度 推进性能t 值的选取廊尽可能使螺 旋桨有最适宜的直径 耐波性 l t 人可改善耐波性 船舶使川要素 考虑要点 货船的舱容是决定d 的土要因 素 布置犁船舶应按上甲板以下的 装载能力甲板问高度和舱室高度决定d 值 j j 增大d 来增加舱容对船体重 量的影响最小 强度人型船舶l d 及b d 值要适度， 有利于总强度 最小干舷规定选择d 必须满足最小干舷规定 稳性 增加d 可提高静稳性力臂最人值 对应角及稳性曲线消火角 抗沉性增人d 叮增加可浸k 度 ( 2 ) 巴拿马运河的航行限制 巴拿马运河的正常通航船舶最大允许尺度为( 据1 9 9 8 年8 月巴拿马运河管理机 构因特网上发布资料) ： 船宽3 2 3 1 m 船长2 9 4 1 3 m 乞水 1 2 0 4 m 水面上高度 5 7 9 1 m 总长超过2 7 4 3 2 m 的船舶，必须事先将图纸送审。在首次通过时接受检查。 经特别批准，允许船宽不超过3 2 6 1 m 的船舶通过，但其在格通湖的淡水中的吃 水不得超过1 1 2 8 m 。 吃水超过1 0 8 2 m 的船舶，其通过时的吃水应事先申报核定。 1 3 上海交通大学硕士学位论文 2 、从6 8 0 0 0 吨油船到7 1 0 0 0 吨油船 ( 1 ) 沪东型巴拿马型油船的演变 二十世纪八十年代，我公司曾建造过6 3 0 0 0 吨原油船，九十年代，又发展成了 6 8 0 0 0 吨原油船( 参见图3 1 ) 。前者时间较早，采用的是单壳形式，而后者虽然采 用了双壳双底形式，但货舱区只是部分采用了中纵舱壁。随着i m o 新的防污染公约不 断推出，一些新规范规则的开始生效，这些老的油船设计已不能满足这些新的要求。 针对为新加坡t a n k e rp a c i f i c 公司设计的双壳双底原油船的需要，需满足 m a r p o l1 3 f 对破舱稳性的要求。但要在原6 8 0 0 0 吨原油船的基础上进行改进，尽可 能保持或接近原主尺度，并能使载重量超过7 0 0 0 0 吨。这一方面需要增加方形系数 c 。，另一方面需要控制空船重量。因此，决定保持垂线间长l 。不变，总长和船宽可稍 许增加，以增加舱容；增加方形系数c 。，提高结构吃水，以增加载重量；设计吃水稍 微降低一些，以较小的主机功率达到更大一些的航速( 实际上线型已经过了优化，本 论文不作详细讨论) 。表3 6 列出了沪东型巴拿马型油船的演变过程。 表3 6沪东型巴拿马型油船的演变 6 3 0 0 0 吨6 8 0 0 0 吨7 1 0 0 0 吨 货舱形式单壳双壳双底双壳双底 纵舱壁无部分舱有 总长2 2 4 6 02 2 6 2 52 2 7 0 0 垂线问长 2 1 7 0 0 2 1 7 0 02 1 7 o o 船宽 3 2 2 03 2 2 03 2 2 6 型 深 1 9 6 01 9 6 02 0 2 0 设计吃水1 2 7 51 2 7 51 2 5 0 结构吃水 1 2 7 5 1 3 7 51 4 0 0 最大载重量 6 3 0 0 06 8 0 0 07 1 0 0 0 m c r ( k w r p m )9 9 0 0 11 51 0 4 1 2 11 71 0 2 0 0 1 0 5 n c r ( k w r p m )8 9 1 0 1 1 19 3 7 1 11 39 1 8 0 1 0 1 4 服务航速( k n )1 4 51 4 51 5 o 1 4 上海交通大学硕士学位论文 ( 2 ) 本船主尺度的选定 总之，新的沪东型巴拿马型油船的基本思路是：依据沪东型巴拿马型油船的演变 ( 见表3 6 ) 经验，满足m a r p o l1 3 f 的最新规定，优化主尺度，线型，船体结构， 并控制由于增设了中纵舱壁后空船重量的增加。 综上，本船主尺度定为：垂线问长l p 。保持2 1 7 0 0 m 不变，总长增加约1 m 到 2 2 7 m ，以方便甲板机械布置；船宽增大到3 2 2 6 m ( 考虑到船体外壳板的厚度) ；型 深增加到2 0 2 m ，使货舱舱容增加7 到7 8 7 0 0 m 3 ；结构吃水增加到1 4 m ，除去增设中 纵舱壁后空船重量的增加，载重量提高到7 1 0 0