200TEU内河长江集装箱船设计.doc
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1、200TEU 长江集装箱船设计设计任务书本船为钢质、单甲板、双机、双桨、柴油机驱动的集装箱船;主要航行于川江及三峡库区和长江中下游航线。载箱量为重箱可载200TEU,按”ccs”有关规范入级、设计和建造。满载试航速度不低于20 km/h, 续航力不小于3000 km。第一部分 设计思路及相关资料准备主要内容:1.集装箱船设计思路 2.航区、航线概况介绍3.集装箱尺度与箱重 4.船用主机资料 5.标准船型主尺度系列 6.母型船参数1.集装箱船设计思路 总体根据现有的集装箱船标准船型主尺度系列来决定主尺度。集装箱船的尺度很大程度取决于集装箱的布置形式。在制定本船尺度系列时,除遵循与航道等级相匹配、
2、最少档次、船型协调性、船型优选及实用性、与现行标准相协调等原则外,还要充分考虑集装箱的布置要求。为此,首先根据集装箱排列方式确定相应的尺度,然后根据浮力重力平衡条件、满足各性能要求以及航道的限制等其他法规、规范的相关规定来确定集装箱船标准船型主尺度。具体计算中,首先根据排箱方式确定满足布置要求的最小平面尺度要求,然后对应不同的设计吃水和结构吃水,允许其平面尺度在一定范围内变化,计算各尺度组合下船舶的技术经济性能,通过对选定的指标进行评价,确定出该排箱方式下较佳的船型尺度系列。采用同样的方法计算其它排箱方式下较佳的尺度系列,然后对载箱量大致相同的不同载箱方式进行比选,最后确定相应箱位数较佳的标准
3、船型尺度系列。2.航区、航线概况介绍 2.1川江与三峡库区介绍“川江及三峡库区”航道指长江干线重庆重钢新码头至宜昌葛洲坝段航道,全长805.4公里。三峡水库蓄水前,川江属于山区河流,流路曲折、江面狭窄、多浅滩暗礁,船舶航行艰难,航道维护尺度为2.960750米(水深航宽弯曲半径)。三峡库区蓄水至 139米后,航道维护尺度为3.51001000米,保证率达到98% ,航道条件得到彻底改善。川江及三峡库区主要通航建筑物是三峡五级船闸和葛洲坝船闸。三峡船闸闸室有效尺度为280345米(长宽门槛水深),可通过万吨级船队,设计年单向通过能力5000 万吨。2.2 长江中下游航线介绍全长1644公里的长江
4、中下游航道,河道弯曲,浅滩众多,河道演变剧烈,航道极不稳定,是“黄金水道”的瓶颈河段,集中了长江沿线大部分浅险水道。 至2010年,长江干流的通过能力将达到如下标准: 南京港以下常年可通航25万吨级海轮和由20005000吨级驳船组成的2万4万吨级船队; 南京至安庆水深达到6米,可通航50001万吨级海轮或由2000吨级驳船组成的2万4万吨级船队; 安庆至武汉水深达到45米,可较大幅度地延长5000吨级海船的通航期; 武汉至城陵矶水深达到37米,可通航由3500吨级油驳组成的万吨级油运船队,利用自然水深可通航3000吨级海轮; 3.集装箱尺度与箱重 本船所装集装箱为1CC标准箱具体尺寸:20f
5、t8.0ft8.5ft(长宽高,6058mm2438mm2591mm)。 集装箱数量为200TEU。根据相关资料,取货箱平均重为12吨/TEU。4. 船用主机资料 美国康明斯主机资料 5. 标准船型主尺度系列 中华人民共和国交通运输部公告(2010年第3号)表1 川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列(2010年修订版)船型分级(载箱量)总长LOAm船宽Bm设计吃水m参考设计载箱量TEU参考主机功率kW备注50626410.82.02.44555(200-230)2在参考主机功率下,对应船舶设计吃水的设计航速:20 km/h60677012.82.02.66070(300350)210072
6、7512.82.63.090110(330-350)2150859013.62.83.2120157(330-440)2200-I859014.82.83.2135170(420-470)2200-II859016.23.03.5150200(470-500)2250-I929816.23.54.0220240(550-600)2250-II10511016.23.54.0240260(600-660)230010511017.23.54.0260310(630-660)235010511019.24.14.3320360(700-730)2注:1.以上载箱量为装载20英尺标准箱(TEU)货箱
7、载箱量,货箱平均重为13吨/TEU;当船舶载运货箱和空箱数量超过所推荐载箱量时,应满足规范和法规的相应要求。2.若实际装载货箱重量大于或小于13吨/TEU时,其载箱量会发生变化,此时应满足规范和法规的相应要求。3.若装载特种箱、非标箱时,其有关要求应予特殊考虑。4.本系列船型采用平板型护舷材,船舶应满足规定的总长、船宽要求。6. 母型船参数参考母型船为200TEU长江集装箱船,主要技术指标为:总长: 90 m 设计水线长:88 m垂线间长:85.8 m 型宽: 16.2m结构吃水:3.4 m 设计吃水: 2.8 m型深: 5.2 m 方型系数: 0.793主机功率: 477kw*2设计航速:
8、20km/h第二部分 主要要素的确定主要内容:1.集装箱的布置2.按初步估算主尺度3.集装箱布置地位的校核和主尺度调整4.估算空船重量和载重量5.根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数6.主要性能的校核 7.主尺度的最终确定1. 集装箱的布置 长江200TEU左右内河集装箱船,多采用 6-10行4 列布置。根据内河船建造规范2009,要满足“集装箱的装载层数应不大于五层”和“集装箱船驾驶盲区不大于2倍船长”的要求。本船载箱量200TEU,在货舱部位舱内分为9行4列2层,货舱部分甲板上分9行4列3层,尾部2行4列3层,在尾部少放4箱。布置图如下 图1 整体示意图 图2 甲板示意图 2.初步估算主尺
9、度 2.1 船长 根据经验公式: 其中:20英尺集装箱数量Nc=200 代入方程得 Lpp=76.2 m 2.2 船宽 根据经验公式: 其中:集装箱宽度bc=2.438m,甲板上集装箱列数rd=5,集装箱列之间的间隙Cc=0.038m, 代入方程得 12.3m,初取B=13 m 2.3 吃水 根据航道水深的限制,并且根据统计资料船宽吃水比B/d在2.53.5之间 初取 d=3.7 m 2.4 型深 根据统计资料D/d在1.42.0之间 初取 D=5.2 m 2.5 方形系数 根据亚历山大公式:其中:取C=1.08,V=20 km/h ,Fn=0.19,代入公式 初取 Cb=0.763. 集装箱
10、布置地位的校核和主尺度调整 3.1 船长 根据布置要求,垂线间长Lpp为: Lpp=Lc+La+Lf+Lm其中:尾尖舱长度La取5%Lpp艏尖舱长度Lf取6%Lpp机舱长度Lm为主机长加10m,大致取为11.5 m 货舱长度Lc=7.7X-8(X为集装箱行数)=61.3 m,实取64 m列方程,解得 Lpp=84.8 m.相应的Lwl取为86.9 m,Loa约89 m 3.2 船宽 根据舱内集装箱布置要求(图3),船宽B为: B=Yo(w+a)+c(Yo-1)+2b+2d其中:Yo(列数)=4;w(箱宽)=8英尺=2.438 m ;a(箱与导轨之间的间隙)=0.025 m; c(导轨之间的间隙
11、)=0.2 m ;b(导轨与纵隔壁的间距)=0.125 m;图3d(舱口围板到舷侧的距离)=2.44 m. 代入数据得 B=15.58 m 根据川江及三峡库区集装箱船标准船型主尺度系列,B=16.2 m. 3.3 型深 决定型深的主要因素是舱内集装箱层数,根据布置要求,型深D为: D=hd+t+hn+f-hc-c 其中:hd(双层底高)=B/16=1.01 m; t(垫板厚度)=0.05 m;hn(舱内箱高)=2*2.591 m;f(集装箱顶与舱口盖下缘的间隙)=0.15 m;hc(舱口围板高)=0.8 m;c(梁拱高)=B/50=0.324 m; 计算得 D=5.3 m.4. 估算空船重量和
12、载重量 4.1 估算空船重量 4.1.1根据经验公式: 其中:L、B、D为以上取值,代入得: LW=1322.18 t 4.1.2 根据米勒空船重量的分项估算公式Cb为初取值 Cb=0.76,L、B、D为以上取值船体钢料重量: 代入数值得, Wk=1202.81 舾装重量: 代入数值得: Wf=129.58 t 机电设备重量: K=1.15 BHP(主机功率)=477 kw代入数值得: Wm=197.26 t 根据Miller公式,重量小于7000t,估算误差偏大10%左右 空船重量 Lw=(Wh+Wf+Wm)*90%=1376.69 t 4.1.3 空船重量的确定 取以上两个估算值的平均数
13、Lw=(1322.18+1376.69)/2=1349.44 t 4.2 计算载重量 4.2.1 载货量 其中:Nt(集装箱总数)=200,Wo(平均箱重)=12 t 则有 Wc=2400 t 4.2.2 人员及行李、食品、淡水重量 船员取为14人,每人平均65kg;船员行李50kg/人;食品消耗3.5 ;淡水消耗75。 取船航速20km/h,续航力3000km. 则这部分重量: W1=14(65+50)+14(3000/20/24)(3.5+75)=8.48 t 4.2.3 燃油、滑油及炉水重量 燃油重量 滑油重量 取0.05 炉水重量 由于为小型船舶,可不计炉水重量 这部分重量为: W2=
14、WF+WL=1.15*0.202*477*2*3000/20*1.1*(1+0.05)/1000= 38.39t 4.2.4 备品、供应品重量 W3=LW 取0.5% W3=0.0051349.44=6.75 t 4.2.5 载重量的合计 DW=Wc+W1+W2+W3=2400+8.48+38.39+6.75=2453.62 t 4.2.6 排水量裕度 53.98 t 4.2 船体总重量 3857.04 t5. 根据重力与浮力平衡确定吃水和方形系数 由2.5可知 初取 Cb=0.76 根据 得 d=3.69 m 由于航区航道限制,实取 吃水d=3.5 m 故相应 Cb=0.806. 主要性能的
15、校核 6.1 主尺度规范要求 由上述所定尺度校核: Lpp/D=84.8/5.3=16 B/D=16.2/5.3=3.06 均满足规范要求 6.2 快速性估算 6.2.1 海军系数法由海军系数法预估设计船达到预定航速(20km/h)所需主机功率=477 kw 快速性与母型船相当,满足快速性要求。 6.2.2 统计回归公式 V=2.42Lpp0.17273 B-0.22589 d-0.06644 CB-0.41631(p/0.736)0.205 N-0.01033 计算得:V=20.1 km/h 满足快速性要求6.3 初稳性估算 初稳性公式如下:系数 ,均可由母型船资料换算所得. 按型船资料,计
16、算应满足以下规范要求:船舶与海上设施法定检验规范(内河)1.初稳性高度应不小于0.3m2.集装箱船应核算下列基本装载情况的稳性:满载出港,满载到港,压载出港,压载到港3.计算集装箱船的稳性时,每只集装箱重心高度应取在集装箱高度的一半处。6.4 横摇周期估算 我国法规的完整稳性规则(非国际航行船舶)中,横摇周期按下列估算:7. 主尺度的最终确定 由以上计算和校验可的最终主尺度如下:总长: 89 m 设计水线长:86.9 m垂线间长:84.8m 型宽: 16.2 m设计吃水:3.5 m 型深: 5.3 m 方型系数:0.80 设计航速: 20 km/h 主机功率: 477kw*2第三部分 型线设计
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