9500t江海直达多用途货船方案设计毕业论文
2020-04-10 16:01:48
摘 要
江海直达船因其能够减少航运过程中江段运输与海段运输的周转，有效地提高船舶运输的效率，降低运输成本，同时又很好地契合了我国长江流域航运的需要，近年来在国内得到了快速的发展。长江流域航运发达且运输货物的种类繁多，发展多用途船能够更广泛地服务于长江流域的船舶运输，对提升运输效率，总体上降低船舶建造的成本有着重要的价值和意义。所以，在我国江海直达多用途船有着巨大的发展潜力。
本文根据设计任务书的要求，严格遵守相关的法规与规范并综合考虑多方面因素，对9500DWT江海直达多用途船进行了总体设计。设计主要内容与步骤包括：确定主要参数，型线设计，总布置设计，螺旋桨设计与快速性校核，稳性校核，干舷、舵的计算以及EEDI计算。过程中运用“Compass”软件对设计船进行建模与性能的计算，通过计算，制表，绘图的方法结合所学知识分析船舶设计的合理性，最终得到符合要求的设计。设计从整体上优先考虑了船舶的载重能力，快速性与稳性并辅以其他航行性能要求及船舶美学标准，兼顾了船舶的安全，经济，美观。
关键词：江海直达 多用途 船舶设计 性能校核
Abstract
Because of its ability to reduce the turnover between the river section and sea segment during the shipping process, the river sea direct ship can effectively improve the efficiency of the ship transportation and reduce the transportation cost, and at the same time, it meets the needs of the shipping in the Yangtze River basin of our country. In recent years in China it has been rapid development. The development of multi-purpose ships can serve the shipping of the Yangtze River Basin more widely, which is of great value and significance to improve the efficiency of transportation and reduce the cost of ship construction. Therefore, there is great potential for the development of sea-river direct multi-purpose ship in our country. In this paper, according to the requirements of the design document, strictly abide by the relevant laws and regulations and take into account various factors, the overall design of the 9500DWT direct multi-purpose ship is carried out. The main contents and steps of the design include: determination of main parameters, profile design, general layout design, propeller design and rapid check, stability check, freeboard, rudder calculation and EEDI calculation. In the process, "Compass" software is used to model and calculate the performance of the design ship. The rationality of ship design is analyzed by the methods of calculation, tabulation and drawing, and finally the design that meets the requirements is obtained. The design gives priority to the ship's load-carrying capacity, rapidity and stability, as well as other navigational performance requirements and ship aesthetic standards, thus giving consideration to the safety, economy and beauty of the ship.
Keywords: river－sea－direct multipurpose Ship design Performance check
目录
学位论文原创性声明 0
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第1章 绪论 1
1.1论文背景及意义 1
1.2论文研究内容及技术路线 2
第2章 设计任务书分析 4
2.1 航线的选择 4
2.2 船舶主要用途分析 4
2.3 设计要点分析 4
2.4 规范与法规 5
第3章 全船说明书 6
3.1 概述 6
3.1.1 航区航线 6
3.1.2 主要用途 6
3.1.3 船体结构 6
3.1.4 船级、规范和法规 6
3.2 主要尺度与航行性能 6
3.2.1 船舶主尺度 6
3.2.2 主机和螺旋桨 7
3.2.3 人员配置 8
3.2.4 航速 8
3.2.5 续航力与自持力 8
3.2.6 干舷与稳性 8
3.3 舱室布置 9
3.3.1 船舶肋骨间距分布 9
3.3.2 船舶主要舱室划分 9
3.4 舾装配置 10
3.4.1 舵 10
3.4.2 锚泊与系泊装置 10
3.4.3 消防设备 10
3.4.4 救生设备 11
3.4.5 无线电通讯设备 11
3.4.6 舱口盖 11
3.4.7 航行设备 11
3.4.8 信号设备 11
第4章 船舶主要要素的确定 12
4.2 主尺度参数选择步骤 12
4.3 型船资料 13
4.4 主尺度的选择 14
4.4.1 初估排水量 14
4.4.2 船长的选择 15
4.4.2.1 船长选择需要考虑的因素 15
4.4.2.2船长的初步估算 16
4.4.3 船宽的设计 18
4.4.4 吃水的选择 20
4.4.5 型深的选择 20
4.4.6 主尺度参数的比例 22
4.4.7 方形系数的计算 22
4.5 重力浮力校核 22
4.6 舱容校核 24
4.6.1 载货量计算 24
4.6.2 装载散货时舱容校核 26
4.7 快速性校核 26
4.8 初稳性校核 27
4.8.1计算重心垂向坐标 27
4.8.2初稳性高的计算 30
4.8.3 横摇周期的计算 31
4.9 本章小结 31
第5章 型线设计及静水力计算 32
5.1 概述 32
5.2 型线设计 32
5.2.1 横剖面面积曲线改造 33
5.2.1.1母型船横剖面面积曲线的绘制 33
5.2.1.2“1－Cp”法进行第一次改造 34
5.2.1.3“偏移法”进行第二次改造 35
5.2.2 型线图设计与绘制 38
5.2.2.1横剖面图的设计与绘制 38
5.2.2.2 半宽水线图的绘制 40
5.2.2.3 纵剖面图 40
5.2.2.4 船体关键位置及细节设计 41
5.3 静水力计算 43
第6章 总布置设计 45
6.2 总布置舱室规划 46
6.2.1 纵向舱室规划 46
6.2.2 甲板、平台、双层底的设置 47
6.2.3 上层建筑的划分 48
6.2.4 舱室和通道的布置 49
6.3舾装设备 51
6.3.1舵设备 51
6.3.2 锚泊与系泊设备 51
6.3.3舱口盖 52
6.3.4 救生设备 52
6.3.4 消防设备 53
6.3.5 无线电通讯设备 54
6.3.5航行设备 54
6.3.7 信号设备 54
6.3.8 通风系统 55
第7章 螺旋桨、舵的设计 56
7.1 绪论 56
7.2 螺旋桨设计 56
7.2.1 有效马力的计算 56
7.2.2初步设计 58
7.2.3 终结设计 60
7.2.4 空泡校核 63
7.3 舵的设计 64
7.3.1 舵的类型 65
7.3.2 舵面积 65
7.3.3 舵的外形 65
7.3.4 舵的展弦比λ 65
7.7.5 舵的平衡系数k 65
7.7.6 舵的布置 65
8.1 舱容概述 67
8.1.1 舱容要素的计算 67
8.2.2 舱荣要素曲线图 69
8.2 浮态调整 71
第9章 稳性计算与校核 73
9.1 绪论 73
9.2 初稳性的计算与校核 73
9.2.1 设计船的重量、重心计算表 73
9.2.2 自由液面修正值的计算 78
9.2.3 初稳性高的计算 79
9.3 完整稳性的计算 81
9.3.1 静稳性的计算与校核 81
9.3.2 横摇周期、横倾角计算 88
9.3.3 绘图求最小倾覆力臂 91
9.3.4 风压力臂的计算 94
第10章 干舷计算 99
10.1 设计船基本数据 99
10.2 基本干舷 99
10.3 干舷修正 99
10.4 最小船首高的计算 100
10.5 最小季节干舷 100
第11章 EEDI计算 101
11.1绪论 101
11.2Required EEDI计算 101
11.3 Attained EEDI计算 101
11.4 能效等级评估 102
第12章 吨位丈量 103
12.1总吨位 103
12.2净吨位 103
第1章 绪论
1.1论文背景及意义
长江是连接我国东、中、西部七省两市三大经济地区重要的经济纽带，它覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11个省市，面积约205万平方公里，占全国的21%，人口和经济总量均超过全国的40%。其经济活动繁忙、体量巨大，货运量位居全球内河第一，在区域发展总体格局中具有重要战略地位。伴随国家“一带一路”建设的提出与发展，以及我国对外开放区域向内陆拓展的推进长江经济带在世界经济格局中的地位日益提升。当前长江经济带面临着很好的发展机遇，提升长江流域的交易总量，势必带来更频繁的经济活动，从而能引起货物运输总量的提升。为了在短时间内完成大量的货物运输作业，提高运输效率我们需要发展更加适合长江流域货物运输的船型，为长江流域的经济发展服务。
传统的长江江海货物运输方式主要是江海联运模式，即使用海轮和河船分段进行运输，在海洋水域由海轮运输，在河口港进行海轮与河船的换装作业，继而通过河船完成内河水域航线的运输。这种运货模式中间环节较多，货物损耗大，港口滞留时间长，转运的过程会对港口附近水域造成污染。如今江海直达船因运输成本低、货物损耗少且货物中转周期短而备受关注。它的发展有望能够解决内河船海轮分段运输的问题和缺点。
江海直达船的发展已经有一段历史，上世纪20年代在欧洲就已经出现，50年代苏联开始组织江海直达运输，70年代得到大力发展，目前在欧洲及北美广泛应用。而在我国从20世纪50年代才开始对江海直达船进行研究论证，70年代中期才在国内出现江海直达船并成功航行。但其发展速度迅猛，一直在不断的发展变革，从90年代中期开发大吨位，变吃水江海直达船以来，船型不断突破，从5000吨发展到12000吨，在2017年国内第一艘江海直达2万吨级江海联运散货船“江海直达1”号在浙江舟山开建。据测算，该船型比同类海进江船舶造价降低约10%，载重量增加 13%，能效提高约 12%，是我国水路运输发展史上的重大突破。“江海直达1”号于同年的12月8日正式下水，标志着我国首次拥有“海进江”“江出海”特定航线的江海直达船，海船难进江、江船难出海的矛盾将迎刃而解。
随着对江海直达运输更加深入的研究以及船舶技术的发展，江海直达多用途船成为了当今国内船舶研究的一个热点。从江海直达船的技术角度看，它是一种不同于常规海船和江船的浅吃水肥大型船舶。既要适应海上风浪，有较好的稳性、抗沉性和结构强度，又要适应内河弯曲浅水航道操纵灵活的要求；从多用途船的功能特点分析这种船舶所承载的货物是广而杂的，既可以装载各种箱、袋包装货和托盘货等各种体积小、重量轻的货物，也有能力搭载外型尺寸大、重量重的长大型货物和重货，所以有些会采用艉机型，双壳大开口的结构，期货装置也会有改变。从营运角度，它的设计制造要考虑货源的来源及流向，货源所在地主要港口的生产能力、装卸情况、码头停靠情况、枯洪水航道、大桥高度；从经济效益角度，要考虑初投资、回程货等，是在特定航区下的优化船型。所以江海直达多用途船的发展必将带来出色的经济效益更好的服务于区域发展，但是其设计制造需要投入更多的精力。
江海直达运输减少了运输环节，缩短了运输周期，降低了物流成本。据测算，与传统的中转方式比较，江海直达能使每吨矿石运输费节约10%-20%。同时，多用途的功能为江海直达多用途船拓展了贸易市场，为运输企业拓展市场、地方政府发展外向型经济创造了条件，在建设长江经济带的大趋势下，发展江海直达多用途船舶，能发挥水运运量大、成本低、节能节地的优势，满足我国日益增长的物流需求，推动长江经济带的发展。可以预见未来江海直达多用途船将会得到更高的重视和发展。
1.2论文研究内容及技术路线
本次论文题目为“9500吨江海直达多用途货船方案设计”，论文紧抓设计船“江海直达”和“多用途”的特点，设计研究了主要包括：船型和主要要素的确定、船体型线设、总布置设计、螺旋桨和舵设计、舱容和浮态调整、稳性计算、吨位丈量、干舷计算以及EEDI计算九个方面的内容，严格按照相关的法规对设计船进行总体的方案设计。
本文在设计过程中主要运用专业知识，结合江海直达船与多用途船的发展实际以及长江及沿海地区货船发展的趋势对设计船进行方案设计。整个过程由粗到细，统筹兼顾，抓住设计船的主要性能特点，对研究过程中遇到的问题及矛盾协调处理，寻找最合理的解决方案，最终得到符合实际的设计方案。
本文的设计思路主要为：首先，仔细研究设计任务书，了解任务书的主要内容，设计船舶要求和其他需要注意的方面。然后，进行调查，了解设计船的概况，航区经济发展，型船资料以及相关的规范、法规。之后确定船舶的主要参数，如主尺度和排水量（载重量系数）并进行校核调整直至找到合理的参数。完成船舶主尺度的确定后需要进行型线设计，结合船舶各方面的性能和江海直达船的型线特征设计型线。接着结合船舶的功能，适航性，安全性，结构强度运用建筑学和船舶美学的知识进行总布置设计，最后要对船舶的主要性能如稳性、快速性等进行预报。过程中如果发现船舶的性能有不满足的情况则需要对之前的设计内容进行调整，直到得到符合要求的设计。设计过程及思路如图1.1所示：
图1.1 设计过程图
第2章 设计任务书分析
2.1 航线的选择
本船为9500DWT江海直达多用途货船，航行于长江至北仑港。由于长江的上中下游吃水差异较大，且吃水随季节变化较多，同时三峡大坝，南京长江大桥等江上建筑也为船舶的通行形成了限制条件，设计初期应当充分了解长江各流域的吃水状况，主要航行船舶的类型及吨位，航区内存在的通行障碍物等等，初步估算船舶吃水，确定设计船的航行区域及路线。
设计船为9500吨级江海直达多用途船，南京长江大桥净空高度为24米初步估算可以满足设计船通过的要求，所以选择南京港上游港口作为起始港口，综合考虑芜湖长江大桥净空高度的限制以及安徽散货运输量较大的现实情况，最终定本船航线为由芜湖港出发至北仑港。
2.2 船舶主要用途分析
任务书中要求本船以装运铁矿石及钢材为主，兼装煤炭、水泥熟料、谷物等散货，并考虑兼装集装箱。经调查研究发现，长江下游安徽，江苏，上海以及北仑港所在的浙江四个省份在整个长江流域的粮食运输的比例达到了39%，煤炭运输量达到了总运输量的40%，其它铁矿石，钢材的比例也比较大。所以本船设计为散货船兼集装箱型多用途船，营运期间以装载矿石，煤炭，谷物等散货为主，装载集装箱为次要的营运方式。
2.3 设计要点分析
对于江海直达多用途货船，在设计过程中需要考虑多个方面的性能:
（1）载重能力。
本船为载重型船舶，设计过程中载重能力应当放在多种设计因素的首位。设计船应当有足够的货舱舱容，保证能够装载设计载重量的货物。
（2）航行安全
江海直达船因为要经过江段和海段两段航区，江段航行需要船舶操作灵活，有良好的操纵性，并且满足吃水安全的要求。在海段航行时，则要求船舶有较高的稳性。同时设计船多用途的特点要求，本船不仅在装载散货时能够满足法规和规范中的相应的要求，在装载集装箱时也要保证船舶航行的安全性。
（3）快速性
本船为运输货船，对本船而言，快速性是一项非常重要的性能。航速高则运载货物到达目的地的时间短，能够有效的缩短运输周期，提升运输效率，对船舶盈利有重要价值。如果设计船的航速达不到要求，有可能会延误货物运输，所以应该在保证船舶载重能力与安全性的前提下适当提升设计船的快速性。
（4）经济性
本船载重能力非常重要，但是增加载重能力时应当考虑船舶造价，不能只为提高载重能力，快速性等，而过多地增加船长、船宽使得船舶的建造成本过高。
（5）绿色环保
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