1800吨成品油船初步设计方案.docx

1800吨成品油船初步设计1绪论1.1 概述本次毕业设计的课题是设计载重量为1800吨的成品油船，属于海船范围。设计分为总体设计和性能设计。本设计选用母型船改造的方法设计，即选定一个母型船资料作为一个规划基础，在母型船技术上进行改造、计算和修改，从而能够得出设计船的主尺度及主要性能参数。当今的许多船只的设计都是选用母型船法。母型船都是在以往的设计及使用中性能比较好的船，采用母型船设计的方法可以把母型船中好的性能保留下来，并能根据母型船使用过程中的经验改良船体。另外，采用母型船设计的方法可以提高设计效率，降低设计难度，保证设计船舶的质量。实践证明，利用母型船的设计方案是一种有效而且便捷的设计手段。但在设计过程，这种设计方案是不能一步到位，必须经过反复的计算和校核，并且设计时，必须按照规范要求及根据实际的设计要求。本次设计方案分为总体设计和性能设计。1.LI总体设计总体设计部分包括：船体主尺度的选择、重量重心及排水量的计算和型线设计。1.1.2性能设计性能设计包括：静水力计算及静水力曲线图的绘制，螺旋桨的设计及螺旋桨图的绘制。1.2 1800吨成品油船的设计任务书要求1.2.1 航区及用途本船是属于海船范围，航行区域属于近海范围。主要用于运送成品油。1.2.2 主要性能及尺度本船是钢制海船，建造要符合中国船级社钢制海船入级与建造规范，采用无球鼻首船型。本船采用单桨单舵，要求的服务航速应该在11节左右。船长、型宽、型深及设计吃水应该与母型船的差别不大。1.3 设计任务书分析根据设计任务书，本次设计要进行以下步骤：(1)查阅国内外油船设计的相关文献，翻译英文文献一篇；(2)确定设计船舶的主尺度和排水量、重量和重心计算；(3)用母型船采用型线变换设计型线；(4)绘制型线图；(5)静水力曲线计算；(7)螺旋桨设计；(8)绘制螺旋桨图；(9)撰写论文准备答辩。根据任务书的要求，可知本设计船舶是近海油船，载重量是1800吨，设计时应充分考虑近海油船的设计特点，对本设计船的分析如下：131船型分析根据近几年国内外船舶及运输事业的发展的过程，船型的发展与更新很快，船舶的使用年限也有明显缩短的趋势，如果一个船型不能快速的发展改进一直更新换代，在造船市场上将会失去竞争力，从而被运输效率更高、经济效益更好、使用效能更强的新船型所取代。对于一个船型，其发展的根本动力是其经济性，作为商业用船，船型的改进几乎都是以其经济性为基础。选择船型及进行船型论证的主要依据是：航线的水文、地理、气象条件；母港及目的港的情况，建造船厂的技术条件,经济资料；主要的机电设备的配套情况；船级国的运输船舶技术、营运经济资料；国内外同类型船舶的情况；国内外现行规范及公约。132稳性船舶的稳性主要是指船舶受外力作用离开平衡位置而倾斜，当外力消除后能自行回复到原来平衡位置的能力。稳性对船的使用性能与安全性都用重要的影响，且受稳性规范的约束。在设计中，一般又将稳性问题分为初稳性和大倾角稳性。在初步设计阶段，一般只考虑初稳性，就是在初步选定主尺度以及在初步确定重量重心和排水量后的初步稳性校核，在考虑这些之后也要控制影响大倾角稳性的因素。1.4 基本设计思路1.4.1 设计船舶的主要尺度的初步确定船舶的主尺度直接与船舶的排水量相关。所以在主尺度的选择时应首先确定船舶的排水量。1.4.1.1 排水量的确定船舶的排水量是由多个部分组成的，包括载重量和空船重量。载重量中又包括人员及行李重量、食品和淡水量、燃油量、滑油量及成品油的载重量1800吨。载重量的每一项都可以根据船舶设计原理中的经验公式进行计算得出。然后将所得出值进行求和，就会得出设计船的载重量。本设计中由于采用的是母型船改造的方法，可以认为母型船和设计船的载重量系数是一样的，先求出母性船的载重量系数，利用载重量系数求出设计船的空船重量以及设计船的排水量。1.4.1.2 主尺度的确定利用母型船的资料以及设计船求出的排水量，根据船舶设计原理中的立方模数法可以逐步求出各个主尺度。1.4.1.3 重心的确定主要以母型船的资料根据经验公式来求。1.4.2 型线的设计型线设计是利用法，先根据母型船的型线图绘制出母型船的横剖面面积曲线图，利用迁移法绘制出设计船的横剖面面积曲线图。最终得出的是辅助站的位置以及在船上的实际位置。根据辅助站的各个位置计算出型值表，绘制型线图143静水力曲线的计算和绘制这一部分的设计是在选定主机功率等一切机电设备后进行的，主要包括船体阻力计算（艾亚法）、船身效率计算、螺旋桨收到的马力计算、假定航速下的有效推马力计算。1.4.4 螺旋桨的设计螺旋桨的设计是船舶快速性的一部分，其中的设计包括初步确定桨的要素、螺旋桨的空泡校核、确定螺旋桨的要素，校核强度、进行螺距修正和螺旋桨重量及惯性矩的计算。最后进行螺旋桨计算的总结以及螺旋桨图谱的绘制。1.5 设计过程的简要总结151总体方面首先根据大致的母型船资料确定设计船的排水量，然后由立方模数法初步确定设计船的主要尺度，由设计任务书确定的要求计算各部分载重量，然后再初步求和得出船舶的排水量。然后再根据设计任务书以及母型船的资料绘制出设计船体的性线图。每个图纸的绘制都是用AUtoCAD进行，绘制时参照规范，符合规范要求，并且在在最后要进行稳性及其他性能的校核。要求尽量满足设计任务书的要求并且设计船的经济性要很好。此外要注意，AUtOCAD制图要求曲线光滑，各个型线满足设计要求。1.5.2性能方面按照估算出的设计船的要素，进行静水力计算，绘制静水力曲线。用艾亚法估算设计船的阻力，在设计航速附近多取几个航速，画出有效马力曲线。再利用有效马力曲线以及MAU型螺旋桨图谱进行螺旋桨的设计计算。选择螺旋桨的各要素并确定设计航速和主机型号。选定螺旋桨后利用AUtOCAD绘制螺旋桨图。1.6 本章小结本章叙述了设计的主要内容，通过对设计任务书的大体阐述，对任务书进行详尽的分析，明确本次设计的设计目的。并对基本设计思路进行阐述，确定具体设计计算方法，最后对整个设计过程的总结。2主尺度的确定本章的任务是通过计算确定设计船的主尺度。船舶主尺度选择的好坏直接影响船舶的各项技术性能和经济性。因此在根据母型船数据计算设计船的主尺度时还要综合考虑经济性和其他设计任务书中要求的性能指标。载重量的确定是根据规范或者参考船舶设计原理上的计算公式。对船长、吃水、型深、型宽、船体系数的计算主要采用立方模数法。2.1载重量的确定在给定的母型船的总布置图中，排水体积为2730.834已知母型船的排水体积是2730.83加由公式A=9得o=1.025×1.006×2730.83=2815.90(t)；人员及行李重量：(65+45)x26=2.86,；本设计船与母型船的主机功率相同，载货量高于母型船，可假定服务航速为12.3节食品和淡水量：自持力X人员X数定量=(-)260.2=26.4/；12.3×24自持力=R匕24燃油量:%°二(1500/12.3)x(1280x0.238+150x0.2517)x1.15x0.001=48.02/；滑油量忆=加。=0.03x48.02=1.44/；备品及供应品为Wfi= 0.7%×LW即"=0.7%Ao-1600(78.72以)Wtin=7.9t;母型船载重量DW(1=2.86/+26.4/+48.02/+1.44÷7.9/+1600/=1686.62/因此其空船重量是LW产2815.90t-1686.62t=1129.28t;载重量系数加W=O%oo=1686.622815.9Of=0.60；DW=1800+86.62=1886.62t1,;设计船船的排水量A=DW/中W=(1800/+86.62/)/0.60=3144.4/；22主尺度的初步确定2.2.1 垂线间长L的初步确定由母型船换算公式L=Ao(A/A。严=7144.42815.90)"3=73.66(m)；2.2.2 型宽B和设计吃水d的初步确定由公式B=Bo(o),z3计算，其中BO=13.10m；B=Bo(A/o),z3=13.1×(3144.4/2815.90),z3=13.60m；由公式d=do(AAo)L3计算,其中do=4.4m；d=do(A/o),z3=4.4×(3144.4/2815.90),z3=4.56m;2.2.3 型深D的初步确定由公式计算，其中d=5.85m;doD=Do=5.85=6.07m；do4.42.2.4 干舷f的确定46.07-4.56=1.51疝；2.3 船型系数的确定2.3.1 方型系数CS3144.41.pp×B×d×k×73.66×13.60×4.56×1.006X1.0252.3.2 中横剖面系数CMCm=CMq=0.983；2.3.3 菱形系数。2.3.4 水线面系数空船重量计算1.JV=×L×B×D=-"''-×73.66×13.60×6.07=1262.05/;ZoxBoxDo71×13.10×5.852.4 平衡重力与浮力A=LlV+DJV=1262.05/+1886.62"3144.67/；=L×B×do×CB×k×=73.66×13.6×4.56×0.668×1.006×1.025=3146.54/=-=3144.67-3146.54=-1.87/网=1,87=0.06%<5%3144.67所以储备浮力足够。2.5 重心高度的计算由母型月台资料知&=0.7710；重心高度KG=a3D=0.7710X6.07?=4.68m"；2.6 总结2.6.1 初步确定的主尺度在考虑船舶的运营经济性的因素后，可将主尺度初步确定如下：1.pp=73.66/wB=13.60wd=4.56/wD=6.07mCb=0.668CM=0.983CP=0.680CmP=0.779272初步计算：设计船的排水量为31444；重心高度是4.68m；2.7.3快速性的估算设计船与母型船都是航速较低的船，且两船的主尺度、排水量、航速和形状都相近，可以假定两船的推进效率也相同。故对快速性的估算可以应用海军系数法：2z3C=;P2815.902 3×11.67831280先计算母型船的海军系数=248.1设计船与母型船的主机功率相同，航速估算为:恪得察11.395加；2.7 本章小结依据母型船的数据，根据立方模数法计算各个主要尺度，还经过初步的校核可以初步确定的设计船主尺度如下：1.pp=73.66？B=13.60Zd=4.56ZD=6.07mCR=O.668Cm=0.983Cp=0.680Cjfp=0.7793型线设计本章的主要任务是进行型线设计，其中包括型线迁移计算和型线图的绘制。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、使用以及建造等方面有很大的影响。所以在本章的型线设计中要注意几个方面：保证良好的航海性能、考虑总布置的要求、考虑船体结构的合理性和工艺性和考虑外观型。在本章的型线设计计算方面采用的是对母型船型线用法进行改造。3.1 型线迁移计算由于设计船和母型船都存在平行中体，因此采用1-。法进行设计船舶的型线设计。母型船的棱形系数为0.675,设计船的棱形系数初步定为0.680o3.1.1 设计船傅汝德数R的计算11.395×0.51449.8x73.66=0.22 ；V 12.3×0.51440.24；3.1.2 设计船浮心相对纵向位置XB的选择根据船舶设计原理第143页的图6.2.4当Ao=O.24时在Lammeren中查得XSD=02O所以设计船也根据船舶设计原理第143页的图6.2.4中Lammeren曲线查得XB为0303.2 绘制母型船横剖面面积曲线3.2.1 母型船横剖图给定的母型船横剖图3.1如下:图3-1母型船横剖图Figure 3-1 The transverse profile of the mother ship笠滕 150。笠is ，幺 12。笠埔 oooiffi 45。笠血s3.2.2 得出横剖面面积利用面积查询命令得各站横剖面面积如下表3-1表3-1各站横剖面面积Table3-1Thecrosssectionareaofeachstation站号面积（加2）站号面积（W2）00.090816.86481156.5620216.90971256.2774329.18251354.9517437.50581452.0090545.04221546.0988650.61281638.0145754.05001728.7261855.68481817.7540956.3901197.95341056.6073200.0003.2.3 绘制母型船横剖面面积曲线324横剖面面积曲线查询根据母型船的横剖面曲线，查询出前体曲线下的面积以及后体曲线下的面积根据公式：CK=前体曲线下面积/（中横剖面面积X1/2船长）CM=后体曲线下面积/（中横剖面面积X1/21船长）a，2dxX，=/一二通过面域命令分别查出前体、后体以及曲线下的面积形心,1.JSdX形心即是船体的浮心的纵向坐标O求出前体菱形系数Gyo以及后体菱形系数Cp,0和浮心X/O因此GY r06872.244210047.7910=0.6723 ；6809.388010047.7910=0.6777 ；母型船前体菱形系数Cpf。=0.6777；后体菱形系数Cpa=0.6723；菱形系数CP=0.6750；浮心纵向坐标Xb=0.2%×Lpp=0.002X71加=0.142/W；UrrO3.3 根据1-。法改造母型船型线得出设计船横剖面面积曲线3.3.1 确定设计船的C尸及刘根据前面的计算可以确定CP的值为0680,根据船舶设计原理第143页的图624中Lammeren曲线查得/为+0.3%,因此Xb=0.3%XLpp=0.003×73.66w=0.2210m;332根据经验公式得出设计船前体菱形系数C厂100x+0.25.,、Cpf=Cp-=0.691(1)50100x6+0.25Cna=Cp=U.oo9(2)50333前后体菱形系数变化量SCpf=Cpf-Cpfti=0.691-0.6777=0.0133；Cpa=Cpa-Cpaii=0.669一0.6723=0.0033；3.3.4 利用1-G法求辅助站的位置由于在本设计中涉及同时修改必和/p因此：6X；=U-改00133（ixj（船中前各站）；,I-Gz01-0.67771x,i1一七I-C加（ICa =0.00331-0.6723d）（船中后各站）；根据1-G法求得的各个辅助站距离理论站的距离为三宓T；将横剖面积曲线及修改无因次化，得到辅助站位置及设计船横剖面面积曲线如下表（理论站是负值表示是后体，正值表示前体）：表3-2辅助站移动距离Table3-2Themovingdistanceofauxiliarystation站号理论站移动距离宓辅助站实际移动距离近21图上移动距离0-10-101-0.90.001007-0.901007-35.7485-0.1792-0.80.002014-0.802004-71.4970-0.3583-0.70.003021-0.703021-107.2455-0.5364-0.60.004028-0.604028-142.994-0.7155-0.50.005036-0.505036-178.778-0.8946-0.40.006043-0.406043-214.5265-1.0737-0.30.007050-0.307050-250.275-1.2518-0.20.008057-0.208057-286.6625-1.4339-0.10.009064-0.909064-321.772-1.6091000000110.10.037140.137141318.476.592120.20.033010.233011171.8555.859130.30.028890.328891025.5955.128140.40.024760.42476878.984.395150.50.020630.52063732.3653.662160.60.016510.61651586.1052.931170.70.012380.71238439.492.197180.80.008250.80825292.8751.46418.50.850.006190.85619219.7451.099190.90.004130.90413146.6150.73319.50.950.002060.9520673.130.3662010100根据上表绘制出的设计船横剖面面积曲线图如下（图中红线是经过迁移后的设计船的横剖面面积曲线）：3.3.5 校核G和现在图3-3中利用面积查询公式求出CP=O.6806以及改造后的曲线的形心即船体的浮心的纵向坐标是：XB=0.4%LPP；因此浮心的纵向坐标不符合要求。3.3.6 调整横剖面面积曲线用迁移法调整横剖面面积曲线，使浮心满足要求横剖面面积曲线的形变函数为及="；b=MQ+Cp)/Cp；由于面积曲线的X坐标长度为355,因而Sxh=355×(0.3%-0.4%)=-0.355；由于CP=O.6806,b=-0.355(1+0.6806)/0.6806=-0.8766；所以各辅助站的再次移动距离如下：表33辅助站的二次移动Table3-3Thesecondmovingofauxiliarystation站号yAs/Am移动距离by00.001604-0.00140610.1213-0.106320.2987-0.261830.5155-0.451940.6626-0.580850.7957-0.697560.8941-0.783870.9548-0.837080.9837-0.862391.000-0.8766101.000-0.8766111.000-0.8766121.000-0.8766130.9708-0.8510140.9188-0.8054150.8144-0.7139160.6715-0.5886170.5075-0.4449180.3136-0.274918.50.2230-0.1955190.1405-0.123219.50.06763-0.059282000按照上表将图3-3得出的横剖面曲线再迁移得图3-43.3.7 横剖面面积曲线的查询利用面域命令得出其浮心纵向坐标为=031%L>j0=0.6804,基本满足设计要求。综合两次迁移计算，得出辅助站的位置及其在实船上的位置，列于下表3-40表3-4辅助站位置Table3-4Auxiliarystationposition站号综合移动距离辅助站在实船上的位置0-0.2812-355001-57.0085-32007.00852-123.857-28523.8573-197.6255-25047.62554-259.154-21559.1545-318.278-18068.2786-371.2865-14571.28657-417.675-11067.6758-459.1225-7559.12259-497.092-4047.09210-175.32175.32111493.795043.79121347.1758447.175131195.79511845.795141040.0615240.0615875.14518625.14516703.82522003.82517528.4725378.4718347.85528747.85518.5258.84530433.84519171.25532121.25519.584.98633809.98620003.3.8 在辅助站上量取的半宽水线值表35辅助水线半宽值Table3-5Theauxiliarywidthofwaterline辅辅助水线半宽助站号平底线300500100016502000250030003500440001354711176336395510586609677810103517742371999116314031645178520082283265536483954181920732521303133073697408144765238417282765304935904183444647315103541659265254436924067461551265353563558726077637963380459649175448591360986308645665656701741165272557960626425654866716738677967988468358096071645666896750679867996800680095070607563536662679567996800680068006800105212618764496739680068006800680068006800115168620564476693679067996800680068006800124910599262466571673367626782678867886800134382556658496251649665696628673867546789143571484251915649598760676254638165026654152508386542304748517452245549572258986210161617284632173773418543784587481249925390178831838219326953055323335373705391042861838010031204154018481985217123432519287718.5206654789103813021421158617361886218819307391568774864987Illl1235147719.5113265312399491584767200根据上表绘制出了辅助水线的半宽图卬图3-5辅助水线半宽图Figure3-5Thefigureauxiliarywaterlinehalfwidth根据半宽图查得在理论站上的辅助水线半宽值，在根据公式=第，求得理论站上的理论水线半宽值（其中，和Zo分别为设计船和母型船的设计吃水，号为设计船中于母型船水线相对应的辅助水线），列于下表表36理论水线半宽值Table3-6Thetheory,halfwidthofthewaterline理论水线半宽站号平底线30050010001650200025003000350044000135471117612216020424226927732143912292371999116314031645178520082283265530183954181920732521303133073697408144764913417282765304935904183444647315103541658245254436924067461551265353563558726077631763380459649175448591360986308645665656680741165272557960626425654866716738677967978468358096071645666896750679867996800680095070607563536662679567996802680068006800105213618764496739680068006803680068006800115168620564476693679067996803680068006800124910599262466571673367626782678867886800134382556658496251649665696628673867546798143571484251915649598760676254638165026701152508386542304748517452245549572258986208161617284632173772418543784587481249925413178831838219326953055323335373705391041981838010031204154018481985217123432519265518.5654789103813021421158617361886189619127212313507585689797906112319.51132653123994915844082033.9校核设计船的方形系数和浮心位置在设计完成的横剖图中依次测量出各站下的横剖面面积，如表3-7表3-7设计船横剖面面积值Table3-7Thecrosssectionareavalueofdesignedship站号面积(m2)站号面积(rn2)00.32914.7361158.750213.7321258.392327.0861357.032437.2931453.569545.2041546.712651.6321637.870755.6851727.472857.6531815.842958.506195.3511058.746200.000根据上表绘制出设计船的横剖面面积曲线如图3-6：图3-6设计船横剖而面积曲线Figure3-6Thedesignedshipcross-sectionareacurve将上图曲线生成面域后，查询知设计船的型排水体积V=2843.55浮心纵向坐标为XB=O.31%,所以由计算结果知符合设计要求。3.4本章小结本章的主要内容是对设计船进行型线设计和绘制型线图。采用的方法是I-G法，利用此方法对母型船的型线图进行改造，得出在相应水线处设计船的型线数值。在这一章绘制了设计船的中横剖面面积曲线和设计船型线图。4静水力计算浮性是船舶在一定装载情况下漂浮在水面（或浸没在水中）保持平衡位置的能力，它是船舶的基本性能之一，而船舶稳性是指船舶在外力作用消失后保持其原有位置的能力，因此对于一艘新设计的船来说，其浮性和稳性十分重要卬。静水力曲线图就是全面表达船舶在静止正浮状态下浮性和稳性要素随吃水变化的规律图，因此对于一艘新设计的船来说，通过静水力曲线图可以全面的了解其浮性和稳性的好坏。4.1静水力计算绘制静水力曲线图首先要进行静水力计算，其主要计算内容如下:1.H水线面面积：Aw=1皿¥；-L/2漂心纵向坐标:MovL/2 ydy-L'2浮心垂向坐标:MXoyZR =B V浮心纵向坐标:MyozLll ' yd-L/2cl L/2 yzdxdz_ 0 -L, 2一（I Li2- ydxdz0 -LHd L/2J J xydxdz 0 -2U .L/2J JydXdZ 0 -L/2dL/2型排水体积：V=2Jydxdz；0-L/2每厘米吃水吨数：TPC=-1001.H2yydx横稳心半径：两二*；3V1./22JX2ydx-AwXp纵稳心半径：西=UV4.2绘制静水力曲线图静水力曲线将包含下列曲线：1型排水体积曲线；2总排水体积匕曲线；3总排水量纵曲线；4浮心纵向坐标/曲线；5浮心垂向坐标句曲线；6水线面面积4,曲线；7漂心纵向坐标与曲线；8每厘米吃水吨数MTC曲线；9横稳心半径两曲线；10纵稳心心半径西曲线；11每厘米米纵倾力矩MTC曲线；12水线面系数曲线；13横剖面系数CM曲线；14方形系数Cg曲线；15菱形系数g曲线。以上各个曲线中，18为浮性曲线，911为稳性曲线，1215为船型系数曲线卬。根据给定的计算方法，按步骤要求计算出的结果如以下各表：表4-1Aw,Cwp9Xf,Ilf,Ii值的汇总表Table4-1ThevalueofAw,Cwp,Xf,ItFandIt吃水AC“pXFILFIT(m)(m2)(m)(m4)(m4)0.0382.8000.3820.04965980.0562240.1020.3517.6270.5170.497107143.0274437.9210.5555.8210.5550.611120419.8645206.0071.0611.9720.6110.735141937.1516412.4081.65656.9860.6560.768162793.1747355.1402.0673.9110.6730.720171924.3617680.9602.5697.6010.6960.758184879.6718158.1933.0718.6640.7170.707197402.4358580.2753.5739.1480.7380.622210820.5458968.6854.4784.0210.7830.189244938.0359741.332在上表的计算结果的基础上，进行了进一步的计算，计算结果如下表:表42静水力计算结果汇总表（a）Table4-2TheHydrostaticcalculations(a)d（米）V(米3)k(米3)（吨）Xr（米）Xb（米）Zb（米）Aw(米2)TPC（吨/米）0.00.049382.8003.9240.3135.064135.875139.2710.4970.3070.200517.6275.3060