1850DWT江海直達(dá)貨船船體設(shè)計

李予一

摘 要：2018年4月10日上午，滿載著兩萬噸鐵礦砂的國內(nèi)首艘江海直達(dá)船——“江海直達(dá)1號”在安徽馬鞍山完成首航，標(biāo)志著中國航運業(yè)江海聯(lián)運新時代的開啟。本文著重描述與設(shè)計1850t江海直達(dá)船，適用于長江主要流段。

關(guān)鍵詞：1850t江海直達(dá)船；總布置設(shè)計；型線設(shè)計；母型改造法；重量校核

中圖分類號：U674.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0070-04

1 設(shè)計技術(shù)任務(wù)書分析

1.1 航區(qū)及用途

本船主要航行于長江中下游沿江及東南沿海各港口，設(shè)計滿足長江A、B級航區(qū)的航行要求。

本船適用于裝運集裝箱、包裝雜貨、散裝水泥、熟料、鐵礦石、煤炭、谷物、工業(yè)成品、原材料、成形木材等，也可用于裝載長大件貨物，如鋼材，大型機(jī)械設(shè)備等。裝載重貨時，載重量不低于1850t。

1.2 主要尺度

要求進(jìn)行主尺度論證，滿足所在航區(qū)航線要求，設(shè)計吃水d不大于3.6m。

1.3 船級

本船按照中國船級社（CCS）現(xiàn)行的“鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范”（2012）要求設(shè)計與建造。

1.4 船籍

本船在中華人民共和國注冊。

1.5 規(guī)范、公約及規(guī)則

本船滿足下列規(guī)范、公約和規(guī)則及其修正案的要求：1）中國船級社“鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范”（2012）；2）中國船級社“船用產(chǎn)品檢驗規(guī)則”（1983）；3）中國船級社“內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則”（1999）。

1.6 總體概述

本船采用雙殼結(jié)構(gòu)，雙機(jī)雙槳推進(jìn)，球首雙尾的節(jié)能船型。

主船體由尾至首分為舵機(jī)艙、尾壓載水艙、機(jī)艙、燃油艙、貨艙（下為雙層底艙、左右為舷邊艙）、首壓載水艙、首尖艙。

本船設(shè)有首尾樓。機(jī)艙棚及居住艙室、駕駛室等均設(shè)置于尾部。

本船主機(jī)型號和功率根據(jù)航速要求與船東協(xié)商選定。減速齒輪箱根據(jù)主機(jī)轉(zhuǎn)速與螺旋槳轉(zhuǎn)速的配合要求決定。

本船主機(jī)為： TBS16/24 2臺

額定功率： 2×540kW

額定轉(zhuǎn)速： 1000r/min

減速比： 0.85

設(shè)外旋MAU型4葉槳兩只，車葉直徑2.1m。

本船的工藝及材料、設(shè)備（機(jī)電設(shè)備等）均按中國船級社（CCS）有關(guān)規(guī)范、規(guī)則的要求進(jìn)行建造和檢驗。

1.7 性能

1.7.1 航速

本船在設(shè)計吃水狀態(tài)下，主機(jī)發(fā)出最大持續(xù)功率的90%時，航速不小于11.0節(jié)，或在靜深淡水域風(fēng)力不大于蒲氏風(fēng)標(biāo)3級平靜海況下，試航速度≥18.6km/h。

1.7.2 穩(wěn)性

本船穩(wěn)性滿足中國船級社“內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則”（1999）對A、B級航區(qū)貨船的穩(wěn)性要求。

1.7.3 載重量、貨艙容積和載貨量

本船載重量為2850t。本船裝載集裝箱時，載箱數(shù)不小200TEU。平均箱重取14t。

本船貨艙包裝容積的積載因數(shù)應(yīng)不小于1.45m3/t。

本船裝載一般干貨時載貨量為載重量減去燃油、人員、行李、食品等的重量，這些重量按設(shè)計計算確定。

裝載集裝箱時的載貨能力由載箱數(shù)和平均箱重確定。滿載集裝箱時為滿足穩(wěn)性要求，允許加載一定數(shù)量的壓載水。為了降低重心而加壓載水，這些壓載水應(yīng)首先考慮加在雙層底內(nèi)。

1.7.4 壓載要求

本船應(yīng)考慮無貨壓載狀態(tài)的航海性能。壓載量應(yīng)能保證船舶的首吃水不小于2.5%LPP，尾吃水保證浸沒螺旋槳。

1.7.5 續(xù)航力

本船續(xù)航力大于120h。

1.7.6 操縱性

本船應(yīng)具有良好的操縱性能和適航性能。在設(shè)計吃水時，滿舵穩(wěn)定回轉(zhuǎn)直徑不大于2.5倍船長。

1.8 船員定額

本船船員定額為20-30人，其中干部船員4，普通船員20員的住室條件為：船長和輪機(jī)長為臥室和工作室，其他干部船員為單人間，普通船員為雙人間。

本船船員鋪位8-15個，其中：單人間：4間；雙人間：10間。

2 船舶主要要素的確定

母型船資料：

708所1200噸級江海直達(dá)貨船：

總長（）：62.85m；

設(shè)計水線長（）：60.22m；

垂線間長（）：58.00m；

型寬（）：11.60m；

型深（D）：5.00m；

設(shè)計吃水（T）：3.60m；

載重量（DW（T/））：1180/1500t；

設(shè)計排水量（△）：1812t；

方形系數(shù)（）：0.744；

浮心縱坐標(biāo)（）：1.015m；

首舷弧：0.25m；

尾舷弧：0.60m；

梁拱：0.25m；

肋距：0.60m；

上甲板距艇甲板：2.40m；

艇甲板距駕駛甲板：2.30m；

駕駛甲板距羅經(jīng)平臺：2.20m；

船員定額：24人；

主機(jī)：6300ZCD，MCR---600ps×400rpm；

齒輪箱速比：i=2.0；

滿載試航速：9.8 Kn；

空船重量：662 t；

空船重心-4.98m。

2.1 排水量的估算

按一般貨船的排水量估計公式初步估算排水量：

。

（1）載重量系數(shù)的選取，參考母型取；（2）載重量的估算—載貨量，燃潤料，淡水，糧食、供應(yīng)品、船員及行李、備品等；（3）總排水量的估算：η=DW/Δ=0.65 故Δ=2846.15t。

2.2 主尺度確定

2.2.1 船長L

母型船資料：=58m，=10kn，=1812t；

由巴士裘寧公式L=7.2×=7.2× 12.19=60.9m。

2.2.2 方形系數(shù)

===0.214

=1.08-1.68Fr=1.08-1.68×0.214=0.7204

2.2.3 吃水T

根據(jù)設(shè)計任務(wù)書取T=3.5。

2.2.4 船寬B

B=△/ρKLT，附體系數(shù)K=1.006；

代入可得B=△/ρKLT=1538/（1.006×56×3.6×0.7204）=10.55m。

2.2.5 型深D

按規(guī)范，雙層底中桁材的高度在任何情況下不得小于0.7m，且不得小于按下式計算所得之值：

=（25B+42T+300）mm=（25×10.55+42×3.6+300）mm=714.95mm

設(shè)計船考慮施工方便，以及壓載水艙容積的要求，取=800mm：

D=（O.8+5-1）=4.8

并且L/D=60.9/4.8=12.68<15，B/D=10.55/4.8= 2.197<2.5，滿足強(qiáng)度要求。

2.3 性能校核

2.3.1 重量校核

根據(jù)華中科技大學(xué)1200噸江海直達(dá)貨船的資料取：

鋼料重量系數(shù)=0.23；

舾裝重量系數(shù)=0.23；

機(jī)電重量系數(shù)=0.23t/KW；

（1）鋼料重量：=×ρKBT=0.23×1×1.006×59×10.7×3.6×0.7204=372.9t；

（2）舾裝重量：=×ρKBT=0.045×1×1.006 ×59×10.7×3.6×0.7204=70.2t；

（3）機(jī)電重量：=P=0.218×0.7355×600=96t；

（4）空船重量：LW=1.03（++）=1.03（372.9+ 70.2+96）=555.273t；

（5）載重量：DW=1875t；

（6）排水量：△=LW+DW=555.273+1875=2630.273t與2846t相差不大，故不需要進(jìn)行調(diào)整。

2.3.2 DW分項計算

=0.12×20=2.4t；

=0.135×15×20=31.05t；

=0.001×=0.001×

=0.001×1.15×0.238×600×0.9×2000×1.2/9= 39.4t；

實取=40t；

=4%=1.6t；

=0.8%LW=0.8%535t=4.28；

載重量常數(shù)∑DWC =2.4+31.05+40+1.6+4.28= 79.33t；

貨物重量=1000t；

載重量DW=+∑DWC=1000+79.33=1079.33t。

2.3.3 初穩(wěn)性和橫搖周期校核

GM=+r-=T+/T-ξD

=0.408+0.577Cb=0.408+0.577×0.7204=0.818

=（2.5-/）/3=（2.5-0.7204/0.818）/3=0.5438

=11.4×/=11.4×0.8182/0.7104=0.0826

ξ由母型船資料得ξ=0.7；

則GM=T+/T-ξD=0.5438×3.6+0.0826* 10.55/3.6-0.7×4.8=1.20m；

=0.58==6.650s。

2.3.4 航速校核

（1）海軍系數(shù)法。

海軍系數(shù)C由母型船資料得C===245.15；

由P=→===10.264kn>10kn。

（2）瓦特生法。

由P=；

式中K=+1.68=0.7104+1.68×0.21=1.07；

則0.7355×600=459

既441.3=0.3555，可得==10.75kn>10kn；

航速滿足要求。

2.3.5 艙容校核

倉容=B（D-）=[-（++）]B（D-）；

由規(guī)范知0.05L<<0.08L即2.8m<<4.48m；

0.05L<<0.07L即2.8m<<3.92m；

參考母型船取=9m；

則取倉容系數(shù)=0.8955，=9m，=3.5m，=3.9m， =0.8m；

=B（D-）=[-（++）]B（D-）；

=0.8955×[60.9-（3.5+3.9+9）]×10.55×（4.8-0.8）≈1511>1500；

則倉容滿足要求。

2.3.6 浮心縱坐標(biāo)

=L===1.039m。

2.3.7 空船重心

=L===-5.239m。

3 船舶總布置設(shè)計

船舶總布置設(shè)計如圖1所示。

4 型線設(shè)計（以5000t江海直達(dá)船作為母型船）

B/B0=0.65；L/L0=0.54；T/T0=0.8。

4.1 橫剖面積曲線

母型船的橫剖面面積曲線由給出的母船型線圖獲得，母船總長L，垂線間長Lpp，型深D，型寬B，設(shè)計吃水T，均可在型線圖中量得如下：

L=112m；Lpp=104m；D=7.6m；B=17.5m；T=5.8m。

線性改造后，可求得其如下：

Cp=/LAm=0.78；

浮心縱向坐標(biāo)Xb，由橫剖面面積曲線計算求出：Xb=0.78m。

4.2 改造后的新船橫剖面面積曲線（1-Cp法）

原來的船排水體積為4159.8，要將排水體積減小至2846.15。

將橫剖面面積曲線在船中剖面處分成前后半體，分別無量綱化。前半體曲線下的面積即為前半體棱形系數(shù)Cpf，后半體曲線下的面積即為后半體棱形系數(shù)Cpa。若將母型船的前半體棱形系數(shù)Cpf改變δCpf，可將這種改變看成是母型的橫剖面面積曲線在各x處評議的一段距離δx，其對應(yīng)的有量綱橫移值為Δx。

改造前的各型值：Δxf=（1-x）δCpf/（1-Cpf）；

前后半體的排水量分別為：

f=4413.5；

a=4516.3。

根據(jù)橫剖面面積曲線，可測得前后半體的棱形系數(shù)分別為：

Cpf=0.78，Cpa=0.77；

取：δCpf=-0.1，δCpa =-0.1012；

則有：δCpf/（1-Cpf）= -0.47；δCpa/（1-Cpa）=-0.44；

根據(jù)公式可得改造后的各站處偏移值，繼而得到修正后的橫剖面積曲線，如表1、 圖2所示。

在此曲線之上可測得改造后的排水體積=2837.3，符合要求。

4.3 橫剖面圖、水線半寬圖以及縱剖線圖的繪制

見清華大學(xué)出版社船舶設(shè)計原理第二版P166，用此方法獲得水線的型值，在母船型線圖圖上量取得到各點的y坐標(biāo)，由于圖幅比例是 1：50，且B/B0=0.65，故將得到的坐標(biāo)乘以系數(shù)50*0.65 =32。得到水線的y向坐標(biāo)，繼而得到型值。再接下來在母型船上進(jìn)行修改，得到新船型線圖以及型值表，如圖3所示。（此處橫剖面見華中科技大學(xué)出版社《船舶設(shè)計原理》P167）。

4.4 各視圖線條光順性修改與檢查，投影一致性檢查（長、寬、高）

各視圖線條光順性修改與檢查，投影一致性檢查（長、寬、高），圖表2所示。