12000DWT近海成品油船主尺度确定要点

12000DWT近海成品油船方案设计–PAGE1–1船舶主要特点 21.1船型、航区及用途 21.2船级 21.3航速、续航力及自持力 21.4设备 21.5乘客编制及配置 21.6要求完成的设计内容 22船舶主要要素确定 32.1排水量初步估算 32.1.1选取载重量系数 32.1.2排水量△初步估算 42.2初步拟定主尺度及方形系数 42.2.1主尺度比法 42.2.2统计法 42.3初选主机 52.4空船重量估算 52.4.1钢料重量估算 52.4.2舾装重量估算 52.4.3机电设备的重量估算 52.5重力与浮力平衡 62.5.1诺曼系数法修改主尺度 62.5.2重新计算校核 62.6载货量Wc计算 62.7稳性校核 82.8航速校核 92.8.1估算总推进系数 92.8.2估算设计船的有效功率 102.8.3绘制有效功率曲线（EHP-V曲线） 112.8.4航速校核 122.9舱容校核 122.9.1双层底高度及双层壳宽度计算 122.9.2本船所能提供的总容积 122.9.3货油舱能提供的容积 132.9.4压载水舱（即双层壳之间）能提供的容积： 132.9.5货油所需容积 132.9.6压载水舱所需容积 132.9.7校核 132.9.8小结 14参考文献 141船舶主要特点1.1船型、航区及用途本船为钢质、具有连续甲板、首楼和尾上层建筑、球鼻艏线型、倾斜艏、混合骨架全电焊结构、双底、单桨、单舵、艉机型、单柴油机驱动的散货（成品油）船、航区为近海航区。1.2船级本船按“CCS”有关规定设计1.3航速、续航力及自持力本船试航速不低于10.5kn；续航力3000nmile；1.4设备锚、系泊、舵、工作、救生、消防及航行信号等设备根据规范要求及实际需要配置1.5乘客编制及配置乘员人数按需要及调查后自定，室内设施按舱室设备规范配置1.6要求完成的设计内容1)确定主尺度及主要要素2)进行总布置设计、绘制总布置草图3)编写设计报告书2船舶主要要素确定2.1排水量初步估算在初步设计阶段，首先需要查找母型船资料。母型船相关系数和参量见下表：表2.1母型船数据项目数值载重量（t）12000载重量系数0.736总长（m）134.85设计水线长（m）129垂线间长（m）126型宽（m）22型深（m）10.6设计吃水（m）7.457排水量（t）16304方型系数0.761水线面系数0.885中横剖面系数0.989棱形系数0.769K1=L/B5.727K22.950主机功率（KW）4456航速（kn）13.52.1.1选取载重量系数1．采用708研究所常用的载重量系数估算（《船舶设计实用手册》[1]）(2.1)其中：K—系数，对采用50%以上高强度钢的大型或超大型油船K=1.01~1.03，对浅吃水船型（B/T>3.5）K=0.9~0.95；对DW=10000~50000t(纵舯剖面上无纵舱壁)的船K=1.0~1.02。此处K取1。中小型油船的载重量系数范围大致为是0.6~0.75，符合要求，且与母型船相差不大，因此选择0.741。2.1.2排水量△初步估算(2.2)2.2初步拟定主尺度及方形系数参考母型船，相关资料及经验公式和统计公式，同时兼顾各主尺度的关系，初定船舶主尺度。2.2.1主尺度比法选择出L/B=K1，B/d=K2及方形系数，已知排水量△后，就可应用浮性方程算出L，B，d。(2.3)其中：—海水密度，取1.025t/cm3；k—附体系数，取1.006；K1，K2，取自母型船，型深初步按母型船D0/L0换算，即D=L(D0/L0)。初定主尺度为：=125.92m，B=21.99m，d=7.45m，D=10.59m，=0.761。2.2.2统计法由文献《运输船舶设计特点》[2]介绍的主尺度统计公式计算：DW<40000t的油船：L=8.15DW0.3-15;B=11.13DW0.155-26;d=0.44DW0.3+0.665;D=1.786d-3.11初定主尺度为：=121.43m，B=21.73m，d=8.03m，D=11.23m，=0.741。由于统计数据是考虑小于4w吨的油船的统计资料，且时间比较久远，不很准确，由此选用有母型船资料换算而得到的主尺度。由此初步拟定主尺度为：=125.92m，B=21.99m，d=7.45m，D=10.59m，=0.761。2.3初选主机用海军系数法估算设计船所需的主机额定功率。由母型船的相关资料得海军系数：(2.4)设计船的设计航速为V=11kn，设计船与母型船的海军系数相等，则设计船需要的主机功率为：(2.5)查相关资料初选主机型号为：MAN-B&WL60MC，额定功率2600kW，转速123rpm。2.4空船重量估算2.4.1钢料重量估算由《运输船舶设计特点》[2]上所提供的公式经双壳实船数据校核后建议K值如下：仅有双底：1.10~1.15双壳双底：1.16~1.45改值对于载重量大于10万吨以上应偏向高值；对纵舱壁数量大于2以上及采用高强度钢，应修正。由于型船资料不完全，此处K值取在双壳双底范围内的1.2，计算所得：Ws=3890.81t2.4.2舾装重量估算由《运输船舶设计特点》[2]上所提供的公式：最终计算所得：W0=363.47t2.4.3机电设备的重量估算由《运输船舶设计特点》[2]上所提供的公式：最终计算可得机电重量为：WM=451.3t最终的空船重量为：LW=4705.60t2.5重力与浮力平衡2.5.1诺曼系数法修改主尺度实际载重量：。要求载重量：DW=12000t。载重量增量：，载重量允许的误差为△的0.1%，重力浮力不平衡，须用诺曼系数法进行平衡。由《船舶设计原理》[4]74页的图3-4查得本船诺曼系数N=1.3。排水量增量：。根据浮性微分方程：，保持方形系数不变，改变L，B，d。计算得：=126m，B=23m，d=7.45m，D=10.6m，=0.761，△=16941.86t。2.5.2重新计算校核新的空船重量：钢料重量：Ws=3963.447t舾装重量：W0=375.02t机电重量：WM=451.30t总的空船重量为：LW=4789.77t新的载重量：。载重量增量：，/△2=0.05%＜0.1%，符合要求，重力浮力平衡调整完毕。△=16941.86t，在此排水量下要达到航速11kn，所需主机功率为：，因而最初选定的主机型号是合理的。2.6载货量Wc计算燃油重量(2.7)式中：——包括一切用途在内的耗油率，取200g/kW·h；——主机持续常用功率（CSR），2288kW；R——续航力，3000nmile；——服务航速，，或比适航速度小0.5~1kn，取10.5kn；k——考虑风浪影响而引起航行时间增加的储备系数，通常取1.15~1.2，取为1.2；d——储备天数,取为5天。燃油总量为=238.56t。2．炉水重量(2.8)炉水总量为=11.9t。3．滑油重量(2.9)其中：为比例系数，通常柴油机船取3%~5%，偏于安全的考虑取=5%。滑油总量为=11.9t。4．船员生活用水本船船员24人，每人每天耗水按100kg计，则生活用水总量为：其中增加的10天为5天储备，5天停港。5．人员及行李每人体重按65kg计算，每人的行李按50kg计，则人员及行李重为：（65+50）×24/1000=2.76t6．食品每人每天按5kg计，食品重为：7．备品备品的统计数字一般为50t~70t，或者一般可取为（0.5%LW~1%LW），本船备品重取为60t。8．载货量载货量=11680.5t。2.7稳性校核在主尺度确定时通常只做初稳性校核，其内容是估算初稳性高度，并检验其是否符合设计船所要求的数值。1．初稳性下限要求初稳性方程式：(2.10)式中：——所核算状态下的初稳性高度；——相应吃水的浮心高度；r——相应吃水下的横稳心半径；——所核算状态下的重心高度；——自由液面修正值，此处忽略。利用近似公式估算和r，选用《船舶设计原理》[4]确定系数a1,a2。根据文献《油船总体设计》[3]中介绍的方法估算水线面系数：经计算得到Cw=0.867母型船=0.885，考虑到与母型船相似，本船取=0.885。(2.11)(2.12)=ξ·D，空载油船ξ=0.6~0.66；偏于安全的考虑，取ξ＝0.66，则＝7.65m。，满足初稳性高度下限要求。2．初稳性上限要求为使横摇和缓，摇幅不过大，希望不发生谐摇，即：调谐因子(2.13)式中：——船舶横摇自摇周期，(2.14)——波浪周期，(2.15)λ——波长，我国沿海情况波长躲在60m~70m,偏于安全的考虑，λ取70m；计算可得=9.92s，=6.69s，式中：B——船宽m；——B/d不同的系数，由《船舶设计原理》[4]中公式计算得=1.04；——重心高度。综上，设计船的初稳性满足规范要求。2.8航速校核航速校核实质就是航速或马力估算，其目的是：初步估算设计船在给定主机情况下的航速，或初步确定在所要求航速下需要的主机功率。本设计要校核当主机发出额定功率时，航速能否达到任务书要求的设计航速11kn。2.8.1估算总推进系数船身效率1．伴流分数⑴泰勒公式：(2.16)⑵汉克歇尔公式：(2.17)根据《船舶原理》[5]上册250页介绍经验公式来确定棱形系数：①楚思德公式：(2.18)为服务航速（kn），计算得=0.572②Fr＜0.24：(2.19)计算得=0.594③贝克公式（的极限）：(2.20)计算得=1.02，若棱形系数超过此值阻力将迅速增加，棱形系数不会超过此值。中低速的油船均在0.985~0.99之间,为了使，，相互配合，最终取=0.765，Cm=0.994。由汉克歇尔公式得=0.356；最终取=0.350。2．推力减额分数t⑴商赫公式：t=k(2.21)单螺旋桨船，装有流线型舵或反应舵者k=0.5~0.7，取k=0.6，计算得t=0.21；⑵汉克歇尔公式：(2.22)最终取t=0.24。船身效率=（1-t）/（1-）=1.169相对旋转效率一般可近似地取=1轴系效率尾机型船=0.98螺旋桨敞水效率取功率储备10%，则螺旋桨敞水收到的功率：其中：——进速（kn），；——螺旋桨敞水收到的功率（hp）；——螺旋桨转速，由于采用低速机，即为主机转速取123r/min。计算得=6.87，由此可在MAU4-40图谱中查到约为0.53。因而总推进效率：；所以设计船的有效推功率THP=·BHP=1560kW。2.8.2估算设计船的有效功率按母型船比例初步选取为1.978m即1.57%，根据《船舶设计原理》[4]187页图5-5知与本船棱形系数相配合的最佳浮心位置为1.5%~1.7%，所以取1.978比较合理。用LAP法（《船舶原理》[5]下册）估算有效功率曲线，基本参数如下：=126m，，B=23m，d=7.45m，▽=16941.86m3，=0.761，，=0.984，=0.758，，B/d=3.087，/B=5.533，=1.978m，，，，，。具体计算过程见表2.3：表2.2LAP法估算有效功率序号项目数值1V(kn)101112132（m/s）5.145.6546.1686.68230.5260.5790.6310.6844（查图）151718225/B修正值%（查图）202020206修正后的=[1+（5）]×（4）1820.421.626.470.0008040.0009120.0009650.001188550464024.2605510427660556829.1715603231.598.7418.7828.8208.85510桑海公式（《船舶原理》上165页）0.0016510.0016300.0016120.00159611粗糙度补贴系数（《船舶原理》上176页）0.00040.00040.00040.0004120.0028550.0029420.0029780.00317613（m2/s2）26.419631.96771638.04422444.64912414(kg)147324.78183701.89221260.52276950.7115B/d修正=（B/d-2.4）×5%0.034360.034360.034360.0343616(kg)5062.4356312.4417603.0469516.69617(kg)152387.212190014.33228863.562286467.408718(kW)783.27031074.34101411.63041914.17522.8.3绘制有效功率曲线（EHP-V曲线）由表2.2中的数据可画出有效功率曲线，如图2.1：图2.1有效功率曲线2.8.4航速校核由图2.1可知当主机额定功率时，航速为12.2kn＞11kn，满足设计要求。2.9舱容校核对双壳双底型油船容积校核要分层进行校验，即分别对货油舱舱容和专用压载水舱舱容进行校验。及。——货油舱能提供的容积，m3；——货油区能提供的总容积，m3；——货油所需要的容积，m3；——压载水舱所需容积，m3。2.9.1双层底高度及双层壳宽度计算按照《国内航行海船法定检验技术规则》（2004）[6]对于DW≥5000t的油船，必须设双壳双底结构。双层壳宽度不得小于b=0.5+DW/2000或2m取小者；但不得小于1m。双层底高度不得小于=B/15或2m取小者；但不得小于1m。本船取：b=1.1m，=1.55m。2.9.2本船所能提供的总容积(2.23)(2.24)(2.25)式中：——总容积利用系数；——货油区长度利用系数，，为货油区长度，按母型船比例取=86.69m，=0.688；——型深高度下中剖面面积系数，=0.996。计算得：=22319.17m3。2.9.3货油舱能提供的容积(2.26)(2.27)式中：——货油舱容积利用系数。计算得：=13395.17m3。2.9.4压载水舱（即双层壳之间）能提供的容积：2.9.5货油所需容积(2.28)式中：——货油量，11680.5t；——货油密度，0.82t/m3；k——考虑货油膨胀及舱内构架系数，1.04。计算得：=14813.66m3。2.9.6压载水舱所需容积一般取（0.2~0.5）DW，本船取0.35DW=4200m3。2.9.7