船舶设计原理(第七章)-2016-C

封面第七章、总布置设计

7.1概述总布置设计是船舶总体设计的重要内容之一。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工作，它不仅涉及到各个方面，而且贯穿了一艘新船设计的各个阶段。总布置设计不仅仅是一项具体的布置设计工作，更是一项平衡各种矛盾，协调各部分设计的综合性工作。因此，总布置设计者不仅要掌握船舶总体设计的知识，还必须熟悉各相关专业的设计知识。在新船设计的初始阶段，为了便于方案构思和把握主尺度与载重量、舱容、布置地位之间的关系，以及协调主要性能之间的矛盾，就需要对船的总布置有所设想和考虑，并绘制总布置草图。7.1概述第七章、总布置设计总布置设计应遵循下列基本原则：最大限度地满足和提高船的使用效能，这是考虑问题的基本出发点。例如：合理利用舱容，提高装卸效率，确保运输质量，提高运输能力等。保证船舶具有良好的航海性能。例如：保证船舶有适宜的浮态和稳性，良好的耐波性和驾驶视野等。注意船体结构的合理性和工艺性。总布置中应注意重量的分布，力求减小纵总弯矩和剪力。避免主要结构的不连续性和纵向构件截面的突变，改善应力集中。各种舱壁、围壁、支柱等的设置应充分考虑它们对结构强度、振动以及施工的影响。满足法规和规范的要求。例如消防法规对防火的要求，救生设备的布置要求等。精心搞好外部造型和内部装潢。在经济、适用的前提下，充分运用建筑美学的手法于设计之中，给人以舒适和美感，要为改善船员和旅客的工作和生活质量创造条件。7.1概述第七章、总布置设计总布置图的例图：2000DW多用途船总布置图7.1概述第七章、总布置设计总布置图的例图：2000DW多用途船总布置图7.1概述第七章、总布置设计总布置设计的任务，简单地说是在满足营运要求和保证船的航行性能和安全性的前提下，合理地确定船舶的整体布置，绘出详细的总布置图。总布置设计的主要工作包括：区划船舶主体和设置上层建筑，包括确定机舱、货舱、油水舱、工作舱室、居住舱室和其他各种舱室的位置和地位。也就是设置各纵、横舱壁和各层甲板，以及外部造型等。调整船舶的浮态，妥善合理地安排船的各部分重量沿船长方向的分布。并且注意控制重量的垂向分布，协调稳性和摇摆性能对重心高度的不同要求。布置船舶舱室和设备。包括各类居住和工作舱室的内部布置，以及舱内（除机器处所以外）和露天甲板上各种设备的布置等。规划各部位的通道和出入梯口。7.1概述第七章、总布置设计75000DW巴拿马型散货船总布置图7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分船主体是指船的连续露天甲板（通常为上甲板）以下的部分。主船体内船舱的划分主要是确定水密舱壁、甲板和平台、边舱及双层底等的设置以及确定各舱室的功能等。1.确定肋骨间距在船长的范围内划分肋位，确定肋骨间距，这是进行总布置设计前首先要做的工作。《钢质海船入级规范》规定的标准肋骨间距为：首尾尖舱范围内的肋距≯0.60m；防撞舱壁至距首垂线0.2LS区域内≯0.70m。实取的肋骨间距是在上述规定的基础上，考虑布置和方便施工等因素来确定的。通常将圆整到某位整数。特性情况也可取不等距的肋距。第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分2.确定水密舱壁为了保证船舶的安全和结构强度上的需要，主船体内必须设置一定数量的水密舱壁。为了保证水密舱壁的完整性，除了特殊情况以外，水密舱壁上是不允许设置通道的（必要时，水密舱壁上的开口必须用水密门关闭，如滑动式水密门），所以，水密舱壁的设置必须与主船体内不同区域的划分结合起来考虑的。规范对水密舱壁设置的规定：船型船长（Ls）（m）6085105125145165190210LS>210水密舱壁数目中机型445678910*尾机型34566789*7.2总体布局的区划7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分2.确定水密舱壁任何船舶均应设置防撞舱壁（即首尖舱后端的舱壁）。规范对首尖舱长度有以下特别的规定：防撞舱壁应位于距首垂线不小于0.05LS或10m处，取其小者，但不大于0.08LS；对于客船，防撞舱壁应位于距首垂线不小于0.05LS且不大于3.0m+0.05LS处；对于具有球鼻首的船，计算长度的起点为球首长度的中点，或首垂线以前0.015LS处，或首垂线以前3m处，取小者。尾尖舱的长度应考虑尾框架的情况和将尾管尽可能全包入尾尖舱内。尾尖舱长度可参照母型船选取，货船一般约为（0.04~0.05）LPP。7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分3.机舱的部位与长度按机舱沿船长所处的不同部位可把船分为尾机型、中机型和中后机型船。甲板和平台的设置是对主船体的垂向分隔，对此的考虑主要涉及到层数及层高（甲板间高）两个方面。4.甲板与平台7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分4.双层底船舶无论从使用考虑还是从安全性考虑，一般都需设置双层底。从使用方面看，货船装载干货时，为便于装货和清舱，货舱区必须设置双层底。双层底的空间可用于装载油水和压载水。从安全性方面看，船舶触礁、搁浅等海损事故中船底是最易损坏的部位，设置双层底可大大提高船舶的抗沉能力。为此，船舶法规和建造规范要求：船舶应尽可能从防撞舱壁到尾尖舱壁设双层底。客船和油船双层底的设置另有专门的规定。建造规范通过对双层底结构的中桁材高度间接对双层底高度有以下规定：在任何情况下应不小于700mm，且不小于按下式计算所得之值：

mm7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分5.液舱一般干货船液舱是指：燃油、滑油、淡水、压载水等液体舱。液舱的设置应与机舱布置相协调，并注意对浮态、完整稳性和破舱稳性的影响。（1）燃油舱船上燃油装置（主、辅机等）所用的燃油分为柴油（也称轻油）和燃料油（重油）二种。因燃料油需加热后才能将其抽出，为便于布置和减少加热管系，燃料油舱最好采用深舱。轻油一般无需加热，故通常布置在双层底内。7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分5.液舱（1）燃油舱—燃油舱保护7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分5.液舱（2）滑油舱滑油舱（柜）包括滑油储藏舱、滑油沉淀舱、滑油循环舱及滑油污油舱等。通常滑油循环舱布置在双层底内。滑油舱必须用隔离空舱与燃油舱、淡水舱等其他舱隔开。（3）淡水舱淡水舱包括锅炉水舱、饮水舱和洗涤水舱。这些水舱通常布置在双层底、深舱、以及尾尖舱上方等处所。饮用水舱应与其他油水舱隔离，以保证饮用水的卫生。（4）压载水舱压载水舱可设在双层底、首尾尖舱、边舱（底边舱、顶边舱及双壳体的边舱）等处，其数量及位置应根据船舶在不同装载情况下有适宜的浮态和稳性来加以确定。7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分5.货舱（1）散货船的货舱划分散货船货舱数和货舱长度的选择和划分，要考虑货物的合理配载，防止船体产生过大的弯矩和剪力。货舱数的选取应与装卸设备的数量统一考虑。一般情况下货舱数目按船长来选取，每舱长度一般不超过30m。不同类型的散货船货舱数目大致如下表。散货船的货舱为了便于清舱和增加压载容积，货舱的两舷一般都设有顶边舱和底边舱，有些还没有双壳体。船型货舱数好望角型散货船9巴拿马型散货船7185m～200m船长散货船6灵便型散货船52万～4万吨级散货船51万～2万吨级散货船4万吨级以下的小型散货船2～37.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.1主船体内船舱的划分5.货舱（2）集装箱船的货舱划分集装箱船货舱数目和长度与集装箱布置有关，一般每个货舱布置4行标准箱（1CC）或2行标准箱（1AA）。首端个别货舱也有只布置2行1CC箱。专用集装箱船货舱长度是根据集装箱及导轨布置而定。7.2总体布局的区划第七章、总布置设计7.2.2上层建筑的划分对上层建筑的区划与布置是指对其形式、尺度、层数、外部造型及内部各舱室的划分和布置等多方面的工作。确定上层建筑尺度应考虑的因素有:①舱室布置;②重心高度;③受风面积;④驾驶视线：一般货船的盲区在满载状态约为1.25LPP左右，压载时约为2LPP。集装箱船因甲板上载箱的缘故，盲区较大，IMO要求盲区不大于2倍船长。⑤其他，如：上层建筑总高度有时受航线上桥梁或船闸高度限制等。7.3浮态调整第七章、总布置设计浮态调整（也称为纵倾调整）的目的是保证船舶在各种载况下均有适宜的浮态。船的浮态是以首、尾吃水来表示的，首尾垂线处的吃水差称为船的纵倾值。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载况的浮态是否符合要求，如不满意，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。必要时也可以通过修改型线，即改变浮心纵向位置的方法来满足浮态的要求。7.3.1浮态核算1.装载情况的重量及重心计算

2.载况浮态及初稳性计算7.3浮态调整第七章、总布置设计7.3.2浮态调整的方法对于一般运输货船，设计中最主要考虑的典型装载情况是：满载出港、满载到港、压载出港和压载到港四种载况。其中满载情况的浮态应基本平浮或适当尾倾，一般不允许首倾。一般情况下浮态的调整以满载出港状态作为基本情况，并兼顾到港情况。压载状态通过调整压载水的数量和位置来保证浮态的要求。改变燃油舱、淡水舱的布局调整机舱位置改变浮心位置压载状态的浮态调整调整浮态的方法

7.4舱室和通道的布置第七章、总布置设计7.4.1生活舱室布置船上的舱室可分成生活舱室及工作舱室两大类。舱室设计的基本要求是在适用、经济的前提下，尽力改善乘员的工作和生活条件，尽量做到舒适、方便和安全。居住舱室7.4舱室和通道的布置第七章、总布置设计7.4.1生活舱室布置2.公共舱室及服务处所7.4舱室和通道的布置第七章、总布置设计7.4.2工作舱室布置驾驶室、海图室及报务室应急发电机室和变流机室固定式灭火装置室应急消防泵舱计程仪、测深仪围阱7.4舱室和通道的布置第七章、总布置设计7.4.3通道的布置通道布置是总布置设计中一个十分重要的内容。船上的通道除了人行通道外，还有货物通道。货物通道的设计涉及货舱舱口盖和滚装船的跳板等设备，有关舱口盖和跳板的设计需要专门的知识。人行通道布置的原则是：满足使用和安全要求；符合法规和规范的规定；通行便捷并节省布置地位。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置舵的类型一般分为普通舵（不平衡舵及平衡舵）、半悬挂式半平衡舵、悬挂式平衡舵等。直接处于舵柱后的双支承或多支承不平衡舵常用于破冰船，一般运输货船大多不设舵柱。与挂舵臂构成组合体的半平衡舵常用于中高速集装箱船和大中型其他货船。从舵与船尾型线配合来区分，双支承（包括多支承）舵的船尾型线是闭式尾框；悬挂式和半悬挂式舵对应的船尾型线是开式尾框。一般船舶的舵均布置于船尾螺旋桨的尾流中。此时，舵可利用螺旋桨尾流来提高舵效，同时舵也可起到整流作用，从而改善推进效率。舵的下缘一般不宜低于基线，以防船搁浅时舵被碰坏，也不宜高于螺旋桨盘面的最低点，以便充分利用螺旋桨尾流。舵的上缘应尽量接近船尾底部，以降低舵杆弯矩，并减少舵上缘的绕流，从而提高舵效。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置舵的型式：7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置舵的型式：7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置舵的数量一般与螺旋桨的数目相同，即单桨船设单舵，多桨船为多舵。为提高单桨船的操纵性，也有采用单桨双舵。特殊情况下（如操纵性要求高，但单舵的面积受到限制），也有双桨船采用四舵。某些高速双桨船，在保证舵效的前提下，为简化舵装置也可采用双桨单舵。二、舵的数量7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置舵面积是舵的一个重要要素，舵面积越大，产生的回转力矩就越大，但舵面积过大，一方面增加了舵机功率和舵设备，另一方面也增加了阻力。三、舵面积舵面积需根据船型和操纵性要求来选择。常用的方法是根据大量实船统计资料来选择舵面积，或者按经验或半经验公式来估算舵面积。用实船统计资料选择舵面积时，常用船体纵中剖面水下部分的面积或船长（LBP）与吃水（d）的乘积的百分数来表示，即舵面积：类型μ(%)单桨单舵货船和油船航行冰区的货船和油船双桨双舵吃水限制的双桨货舱和油船大型油船大型双桨客船小型单桨客船、引水船海洋火车和汽车渡船沿海船舶渔船海洋拖船破冰船1.3~1.91.6~2.0约2.12.0~2.51.3~1.71.4~2.01.8~4.02.0~4.02.0~3.32.5~5.52.5~4.01.6~2.37.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置（1）舵的外形四、舵的几何形状与参数舵的外形是考虑舵的强度以及与船尾部形状相配合来确定。舵的外形主要有矩形和梯形两种，矩形舵构造简单。双支承的舵大多采用矩形。悬挂式和半悬挂式舵由于舵杆所受的弯矩大，梯形（上宽下窄）可减小舵杆的弯矩，因此悬挂式和半悬挂式舵大多采用梯形。（2）舵的展弦比（λ）舵的展弦比λ是舵的展长h（舵体上下缘间的垂直高度）与舵的平均舷长b（舵叶各剖面弦长的平均值）之比，它是决定舵流体动力性能的主要参数。展弦比大的舵，在失举角前同样的舵角下，升力系数比展弦比小的舵要大，舵效好。但是在一定的舵面积下，展弦比的选择受船尾框尺寸的限制。通常，平衡舵的展弦比在1.8以下，有舵柱的不平衡舵和带挂舵臂的半平衡舵的展弦比通常在1.5~2.4之间。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.1舵设备与布置四、舵的几何形状与参数（3）平衡系数（k）平衡系数（k）是指舵杆中心线前部舵面积与整个舵面积之比值。平衡系数选取的原则是尽可能减少舵杆扭矩，降低舵机功率，并要考虑正航小舵角和大舵角以及倒航工况最大扭矩的匹配，使不同工况的扭矩相差不太悬殊。一般情况下k值的范围为0.25~0.27，小船的人力舵k值为0.19~0.21，航速高的船k值可取0.27~0.32。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.2锚泊和系泊设备布置一、规范对锚泊和系泊设备配备的规定建造规范用舾装数来规定船的首锚重量和数量、锚链直径和长度、拖曳和系泊缆索的根数以及每根缆索的长度及破断强度。一般情况下，船舶设计根据舾装数来确定锚泊和系泊设备。

舾装数：式中：Δ──夏季载重水线以下的型排水量(t)；

B──船宽(m)；

A──船长L范围内夏季载重水线以上的船体部分和上层建筑以及各层宽度大于B/4的甲板室侧投影面积的总和(m2)；

h──从夏季载重线到最上层舱室顶部的有效高度(m)，其中：α是从船中夏季载重水线量至上甲板的距离(m)；hi是各层宽度大于B/4的舱室在中心线处量计的层高(m)。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.2锚泊和系泊设备布置二、锚的种类锚的种类也有很多，如斯贝克锚、霍尔锚、无杆锚、海军锚、马氏大抓力锚、波尔锚、四爪锚等等。各种类型的锚各有特点，设计中根据不同船舶对锚的要求来选用。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.2锚泊和系泊设备布置二、锚的种类海军锚：波尔锚（大抓力）：7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.2锚泊和系泊设备布置三、锚泊设备布置7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.2锚泊和系泊设备布置三、锚泊设备布置7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.2锚泊和系泊设备布置四、系泊设备及布置系泊设备主要有：系缆索、各种导缆器、导缆孔、带缆桩、绳车、绞盘和绞车等等

7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计7.5.3救生设备的配置与布置救生设备包括救生艇、救生筏、救助艇和个人救生设备（救生圈、救生衣、救生服及保温用具）。救生艇有许多种构造与型式，如全封闭救生艇、部分封闭救生艇、耐火救生艇等，其降落方式有吊放式和自由降落式。救生筏的构造有气胀式和刚性两种，救生筏的降落方式有抛投式和吊放式。一般船舶多数使用的是玻璃钢结构的全封闭救生艇和气胀式救生筏。7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计全封闭救生艇7.5主要舾装设备布置第七章、总布置设计自由