船舶设计原理(第4章)

2010年《船舶设计原理》第四章舱容与布置地位上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院课号：001-(2010-2011-1)教学班：NA435封面船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.1概述运输船舶中，载重量（DW）占排水量比例较大的船称为载重型船舶，例如散货船、油船等。这类船舶对载重量和舱容的要求是确定船舶主尺度时考虑的主要因素。如果船舶的主尺度主要是由所需的布置地位决定，而载重量不作为主要的考虑因素，这类船称为布置地位型船，例如客船就是典型的布置地位型船。有些类型的船舶在设计中既要重点考虑所需的布置地位，又有一定的载重量要求，例如集装箱船、滚装船等。这类船舶运载的是具有特定尺寸的单元货，虽然单元货的密度（t/m3）不大，但单元货数量多，船舶的运载能力对载重量和布置地位具有双重的要求。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容一般载重型船舶，舱容主要是指货舱、压载水舱、淡水舱以及燃油、滑油、污油水舱等舱室的容积。这些舱通常位于上甲板（即露天连续甲板）以下，如果将机舱、舵机舱、首尾尖舱等考虑在内，即为主船体的全部容积。1.货舱容积VcVc=Wc·μc/Kc式中：Vc──货舱所需的型容积（m3）；Wc──载货量（t）；μc──货物的积载因数（m3/t）；Kc──容积折扣系数。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容对于经常存在空放航行的船舶，压载水量是根据空放航行时所需的首尾吃水来确定。其中尾吃水一般要求达到0.04L~0.045L，并保证螺旋桨全部浸没水中。首吃水要求尽可能达到0.025L~0.03L，太小的首吃水在风浪中航行时容易引起严重的船首拍击。为保证空放航行的首尾此时，船舶需要用压载水进行压载，现代船舶的压载水舱均为专用压载舱。2.压载水舱容积VB已知要求的压载航行平均吃水dB后，可按下式估算压载排水量△B，扣除空船重量以及油水、人员等重量后就可得到压载水量WB，进而可确定所需的压载水舱容积VB。WBCCBBdd///VB≈WB船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容2.压载水舱容积VBWB＝kB·DW式中：kB──对于单向运输的散货船约为0.32~0.5，B/d较大的船取大值，宽浅吃水船取大于0.5；多用途船约为0.2~0.3；集装箱船为0.3~0.35左右；大型油船（10万吨以上）约为0.35~0.4，中小型油船约为0.42~0.47。有相近的母型船时，可参考母型船选取。WB的近似估算：船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容3.机舱、油水舱及其他舱室所需容积式中：KM──机舱段体积丰满度系数，丰满船机舱在中部的可近似取1.0，中尾机和尾机型可参照母型船资料选取。hDM──机舱双层底高度，一般中等大小的船为1.2m~1.5m，小型船舶0.9m~1.2m,也可参考母型船取。已知机舱所需长度LM和位置时可按下式估算机舱容积VM：DMMMMhDBLKV机舱长度LM对货船舱容的利用率关系重大。为提高舱容利用率，设计中机舱总是取尽可能短的长度。在机舱高度允许的情况下，一般都设有机舱平台，大船通常还设有多层平台，以便充分利用空间布置机电设备，缩短机舱长度。（1）机舱VM船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容3.机舱、油水舱及其他舱室所需容积机舱位置在船长中部、中尾部或尾部的分别称为中机型、中尾机型和尾机型。机舱所需的大小是由机电设备布置地位所需的机舱长度LM和机舱位置所决定。因此，实践中大多是参考母型船来确定机舱长的。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容3.机舱、油水舱及其他舱室所需容积（2）油水舱VOW船上油水舱包括燃油舱、淡水舱、滑油舱（滑油循环舱、滑油储存舱等）、污油水舱等。这些舱所需容积可按储存量来计算：iCiiiiOWKWVVV式中：Wi──油、水等储存量(t)；ρi──油水的密度(t/m3)，一般重油（燃料油）取0.89~0.9；轻油（柴油）取0.84~086，淡水取1.0。kCi──容积折扣系数，对于水舱可取结构折扣系数（见表4.2.2），油舱再考虑膨胀系数0.97~0.98，重油舱内因需设置加热管系，还要占去3％左右的容积。实船设计中该系数的取值还应注意与轮机部分的设计相互协调。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.2新船所需的舱容3.机舱、油水舱及其他舱室所需容积（3）其他舱室的容积VA主船体的其他舱室还有首尖舱、尾尖舱、隔离空舱、轴隧室等。垂线范围内上述舱室的容积约占总容积的2％~5％。油船还要设置存放清洗货油舱后所产生的污油水和残油的污油水舱。防污染公约规定，此污油水舱的舱容不得小于货油舱容积的3％，对设有专用压载舱和使用原油洗舱的可为2％。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核1.新船所能提供的舱容的估算或计算舱容校核就是对新船所能提供的各部分舱容进行估算或计算，然后与所需的舱容作比较，需要时对设计进行调整，以满足舱容的平衡要求。在设计的初始阶段，由于型线尚未设计，新船所能提供的舱容只能用近似公式或参照母型船资料进行估算。在具备型线图和总布置图以后，可进行详细计算得到新船的各舱容。（1）主船体总容积的估算1HBDPPVCLBD式中：CBD──计算到型深的方形系数，可按下式估算：CBD=CB+(1-CB)(D-d)/(C1d)，其中C1为：首尾型线外飘较小时取4，外飘较大时取2.5，一般情况取3；D1──计入舷弧和梁拱的相当型深，可按下式估算：D1=D+SM+0.7C，其中：SM为相当舷弧高，可近似取为首尾舷弧之和的1/6；C为梁拱值，可取～0.01B。上式没有计入上甲板以上货舱舱口围板内的容积。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核1.新船所能提供的舱容的估算或计算（2）货舱容积的估算()TCCCCPPAFMCCVLAKLLLLAK式中：LC──货舱长度；LM、LF、LA──分别为机舱长度和首、尾尖舱长度；AC──船中处货舱横剖面积：货舱区不设边舱时，AC≈B(D-hD)，其中hD为双层底高度；设有边水舱时，根据货舱中剖面结构形式确定。KC──考虑舷弧、梁拱、舱口围板内体积以及型线首尾收缩等影响的系数，可用母型船资料换算，对散货船可用下式估算：KC＝0.135+1.08CB；AC船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核1.新船所能提供的舱容的估算或计算（3）双层底舱容积的估算式中：hD──双层底高。BDBDPPDCdhd.CBhLV1402船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核2.舱容校核与调整（1）全船容积的校核方法式中：VH──新船所能提供的总容积；VU──为上甲板以上装货的容积，包括货舱口围板内的容积和有长首楼时首楼内的货舱容积。HCBMOWAUVVVVVVV如果已知所需的货舱容积VC，压载水舱容积VB、机舱容积VM、油水舱容积VOW以及其他舱容积VA，可以用全船容量方程来校核。但是，由于该式中机舱所需容积实际上是由机舱布置地位所决定的，用容积来估算不易正确，此外，当容量方程不平衡时，如何修改主尺度或调整各部分容积也不直观，所以实践中很少采用全船容量方程的办法来校核舱容。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核2.舱容校核与调整（2）局部容积的校核方法经舱室初步划分以后，可用局部舱容的校核方法进行校核。对一般货船，船长范围内扣除首尾尖舱和机舱长度后，主要是货舱段。局部舱容校核主要就是对此段船长的容积校核。校核的内容就是货舱容积和压载水舱的容积，对燃油和淡水舱的容积视具体情况而定。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核2.舱容校核与调整（3）容积调整（a）货舱和压载水舱的总容积不足的情况当货舱和压载水舱总容积不足时，首先分析机舱长度能否缩短，最大限度地缩短机舱长度是提高舱容利用率的重要措施。当机舱长度不能再缩短时，舱容不足只有用加大主尺度（L、B、D）的办法来解决，此时应综合各方面情况，分析确定合理的主尺度修改方案：如果原选择的尺度比L/B是在正常范围内，稳性（主要是初稳性）也有一定富余情况下，加大型深D是增加舱容最合理的方案。因为加大船长，将使空船重量增加较多，对造价影响最显著，而加大船宽对性能影响较大。增大型深后对纵总强度有利，船体钢料增加最少，但因为重心升高和受风面积增大对稳性会有所影响。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核2.舱容校核与调整（3）容积调整如果原选择的主尺度，考虑其他因素（如嫌稳性不足，快速性不良等）也有修改意向时，应结合舱容的要求，综合分析，统筹兼顾，确定合理的修改方案。因舱容要求修改主尺度以后，浮力和重力的平衡应重新考虑，对其他性能有较大影响时也要重新校核。（b）舱容明显多余舱容明显多余时也应考虑调整主尺度。调整尺度时要充分考虑到对性能和其他方面的影响。在主要性能（如浮性、快速性、稳性等）已基本合适的情况下，可适当减小型深。减小型深应注意是否满足最小干舷的要求以及对纵总强度等其他因素的影响。如果排水量、快速性、稳性等条件允许船长或船宽作调整，则应根据舱容多余的问题统一考虑对主尺度进行调整。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核2.舱容校核与调整（3）容积调整3.舱容和形心的详细计算（c）部分舱容的调整如果货舱和压载水舱的总容积已足够，但不平衡，例如货舱容积多余，而压载水舱容积不足，此时应货舱与压载水舱容积的比例。通常可调整双层底高度以及首尾尖舱的长度，有边舱时还可调整边舱的尺寸，但应注意调整后可能产生的不利后果，如货船重心高度；压载状态的静水弯矩等问题。详见教材和静力学相关内容。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核3.舱容和形心的详细计算舱容图：舱容表与舱容曲线船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.3舱容校核3.舱容和形心的详细计算舱容表与舱容曲线船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.4船舶的布置地位1.客船的布置地位客船是指载客人数超过12人的船舶，包括纯客船和以载客为主兼载部分货物的客货船。目前，纯客船已向旅游船和高速船两个方向发展，客货船向客滚船（或称车客渡船）方向发展。这些船舶都属于比较典型的布置地位型船舶。客船上旅客舱室（包括客舱和公共处所）法规专门的一篇规定——《乘客定额与舱室设备》，相关内容见教材对于载重型船舶，一般来说，布置地位（例如货舱口及堆放舱盖的布置地位，各种甲板机械的布置地位，以及船员的起居和服务处所的布置地位等）不是影响船舶主尺度的主要因素。但有些类型的船舶，如客船、集装箱船、滚装船、科学考察船、渔业加工船、某些工程船等（称为布置地位型船），船舶的主尺度很大程度上取决于所需的布置地位或受布置地位的制约。设计这类船舶时，往往需要从所需的布置地位入手来考虑船长、船宽和型深，然后再根据性能、强度等方面的考虑来校核其主尺度是否合理，并决定其他要素。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.4船舶的布置地位2.集装箱船的布置地位考虑集装箱船的布置地位，主要是根据设计技术任务书对总载箱数要求，通过对集装箱的具体布置安排，得出新船满足集装箱布置地位所需的主尺度（L、B、D），进而通过浮性、稳性、快速性和其他性能以及强度等方面因素的考虑和校核来确定船的主尺度。在这个过程中，要分析比较不同排箱方案对船舶主尺度、重心高度以及装卸使用等方面的影响。船舶设计原理第四章、舱容与布置地位4.4船舶的布置地位2.集装箱船的布置地位考虑集装箱船的布置地位，以下二个方面是非常重要的：（1）舱内集装箱数与甲板上集装箱数的分配舱内集装箱的数量直接关系到主尺度的大小，而甲板上的集装箱从布置地位看，堆高不受限制，数量是可以增加的。限制甲板上集装箱数量的主要因素是船舶的稳性，关键是集装箱的重心高度。在一定的主尺度条件下，如果在舱内能增加载箱数，就可以降低重心高度，或者在同等稳性条件下，可以增加甲板上的载箱数。所以合理布置舱内集装箱，尽可能增加舱内载箱数是考虑集装箱布置中的一个重要问题。船舶设计原理第四章、舱