船舶设计原理(第3章)

2010年《船舶设计原理》第三章船舶重量与重心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封面船舶原理与设计第三章、船舶重量重心3.1概述船舶的重量重心是船舶最重要参数之一，准确地估算或计算，并控制好船舶的重量与重心位置是保证船舶各项性能的基本条件。1.重量分类船舶的总重量（即排水量Δ）分为空船重量（LW）和载重量（DW）两部分，空船重量是船舶的一项重要指标，载重量是船舶的装载能力。DWLWMOHLW──空船重量（t）；民船设计中通常将其分为船体钢料重量WH、舾装重量WO和机电设备重量WM三大部分，即:DW──载重量（t）；包括货物、旅客、船员、行李、油水（燃油、滑油、淡水等）、食品、备品、供应品以及压载水等。船舶原理与设计3.1概述第三章、船舶重量重心一般货船，通常取四种典型载况：满载出港──设计排水量状态；满载到港──船上的油水等消耗品重量规定为设计状态储备量的10％；压载出港──船上不装载货物，但有所需的压载水，油水储备量为设计状态之值；压载到港──船上不装载货物，但有所需的压载水，油水为其总储备量的10％。2.典型载况船舶原理与设计3.2空船重量估算第三章、船舶重量重心1.影响船体钢料重量的主要因素3.2.1船体钢料重量的分析与估算(1)主尺度主尺度(L、B、D、d、CB）中影响最大的是L，其次是B，d和CB对WH的影响较小，而D的影响程度要根据具体情况来分析。如用指数函数的形式来表示其影响程度，即：BHCdDBLW式中：α、β、γ、δ、τ称为主尺度对船体钢料重量的影响指数。各指数的大体关系为：αβγ和δ及τ，其中α1。（参见表3.2.4）船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.1船体钢料重量的分析与估算第三章、船舶重量重心1.影响船体钢料重量的主要因素（2）布置特征甲板层数舱壁数量上层建筑和甲板室布置决定的结构形式（3）使用要求新船要求的使用年限结构材料（高强度钢的使用比例）附体的大小和多少……船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.1船体钢料重量的分析与估算第三章、船舶重量重心2.WH的粗估方法（1）平方模数法式中：CH1取自母型船：a、b权重系数）＋（＝bDaBLCWHH11()HOHOOOWCLaBbD（2）立方模数法21HHWCLBDLhlLSDDii1式中：D1相当型深CH2取自母型船船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.1船体钢料重量的分析与估算第三章、船舶重量重心2.WH的粗估方法（3）指数法式中：CH3取自母型船；忽略d和CB时，取为0。（4）统计法CBHHWCdDBLCW3、统计公式。例如：适用于10000～50000吨散货船的统计公式：120010)7.0(90.342BHCBKLW23)100300(75.10LK式中：船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.1船体钢料重量的分析估算第三章、船舶重量重心3.比较精确的估算方法（1）每米船长重量法需具备新船和母型船的典型横剖面结构图和总布置图。估算步骤如下：①全船性结构钢料重量的估算：分别计算出新船和母型船单元长度（每米长度重量）的结构重量w和w0。按下式换算新船的全船性钢料重量：式中：下标为“o”者是母型船之值；WHO为母型船对应的全船性钢料重量。3131BOBPPOPPOHOHCCLLWW②局部修正和计入其它结构重量。（2）分项重量换算法船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.2舾装重量的分析与估算第三章、船舶重量重心1.舾装重量的分析舾装部分重量的特点是：项目繁多，且各自独立，规律性差。采用分类、分项估算较可靠。估算舾装重量，通常可分成以下四类，分别对照母型船的舾装重量资料来分析和估算与船的排水量和主尺度有关的重量──如船舶设备与系统，包括锚、舵、系泊、消防、管系、油漆等。与船员或旅客人数有关的重量──如舱室木作（衬板、天花板、甲板敷料）、家俱、卫生设备、救生设备等。与船的使用特点有关的重量──如货船上的起货设备及舱口盖，拖船上的拖带设备等。特殊项目重量──如减摇装置，侧向推进装置等。船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.2舾装重量的分析与估算第三章、船舶重量重心1.舾装重量WO的估算方法WO的粗略估算方法也有类似于WH估算方法中的平方模数法和立方模数法，即：LBCWOO1)(2DBLCWOO4OOWCLBD平方模数法：立方模数法：233()OOWCLBD或：或：式中：CO1、CO2、CO3、CO4均为取自母型船的对应系数。船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.2舾装重量的分析与估算第三章、船舶重量重心1.舾装重量WO的估算方法WO的其他估算方法：统计公式；较详细的分项估算。分项估算的详细程度根据设计的深度而定。对于已确定的具体舾装设备，可参照设备样本提供的重量资料来确定，如救生设备、锚泊设备、舵设备、起货设备等。对于舱口盖、甲板覆料、内装材料等可根据布置和选型结果，用型船资料或经验公式等方法估算。对于设计暂未确定的其他杂项的重量也可用型船资料换算，换算中注意对新船和型船的不同处应进行适当的修正。船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.3机电设备重量估算第三章、船舶重量重心1.按主机功率的粗估方法机电设备重量可以近似地按主机功率平方根的关系进行换算，例如：式中：PD——主机功率MCR（kW）；CM——系数，可用母型船资料换算。缺乏母型资料时，CM可按以下范围取值：对于中速主机：CM=5~6，对于低速主机：MCR在10000kW以上时CM=7~8；MCR在10000kW以下时CM=8~9。5.0DP5.0)7355.0(DMMPCW2.分项估算方法船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.4固定压载和排水量裕度第三章、船舶重量重心1.固定压载固定压载属于空船重量的一部分。船舶加固定压载的主要原因有：某些船稳性不足，加固定压载以降低重心高度；某些特殊船舶嫌满载吃水太浅或排水量太小，用固定压载加大吃水和排水量；有的船因布置的特殊要求导致浮态不理想，用加固定压载来调整纵倾。对于一般运输货船，设计成加固定压载是不允许的。某些特殊情况下，新船建造完工后，发现重心过高或浮态很不好，用加固定压载来作为一种补救措施，以便在新船牺牲了部分装载能力后还能继续使用。船舶原理与设计3.2空船重量估算3.2.4固定压载和排水量裕度第三章、船舶重量重心设计中重量估算误差。未预计重量的增加，如在设计后期或建造过程中船东提出增加设备等。建造中时常难免会采用代用品（包括材料及设备等）导致空船重量增加。2.排水量裕度排水量裕度也叫排水量储备。在估算空船重量时，通常都要考虑加一定的排水量裕度，其原因大致有以下三个方面：排水量裕度的取值视不同设计阶段而定，例如，在初步设计阶段，排水量裕度可取空船重量LW的4％~6％。或者对船体钢料重量WH取3％~5％，对舾装重量WO和机电设备重量WM各取8%~10％。船舶原理与设计3.3载重量估算第三章、船舶重量重心3.3.1人员、行李、食品、淡水的重量载重量DW包括了货物、人员及行李、食品、淡水、燃油、滑油、炉水以及备品和供应品的重量，如果设计状态还有压载水的话，则还包括压载水的重量。如设计任务书已知DW，为了考虑各种舱室容积的要求和计算重心的位置等，也必须对组成载重量的各部分重量进行计算或估算。人员和行李通常按每人平均（70kg＋50kg）计算。食品及淡水总储备量＝自持力×人员数×定量）　（自持力＝dVRS24R为续航力，Vs是服务航速。食品和淡水的定量标准…。船舶原理与设计3.3载重量估算第三章、船舶重量重心1.燃油（WF）33221110k)gPgPg(tWFt──航行时间（h）;g1——主机耗油率[kg/(kW.h)]；p1——主机常用额定功率（kW）；g2——辅机（主要指发电机组）耗油率[kg/(kW.h)]；p2——航行时使用的辅机总功率（kW）；g3——其他燃油设备（如燃油锅炉）单位时间耗油量（kg/h）；k——风浪影响系数，可取1.1~1.2。2.滑油（WL）FLWW3.炉水（WBW）tGWBW4.备品供应品备品和供应品的重量可取空船重量的一个百分数，如（0.5%～1.0%）LW。3.3.2燃油、滑油、炉水及备品供应品的重量船舶原理与设计3.4排水量的粗估和重量与浮力的平衡第三章、船舶重量重心在设计的最初阶段，初步选取主尺度时如何考虑排水量的要求是设计者面临的第一个问题。在已知载重量的情况下，排水量的第一次近似通常可应用载重量系数的方法初步确定，即：ηDW的估算方法在有相近母型船资料时，用母型船资料较可靠。也有一些统计公式可供参考使用，例如：DWDW式中ηDW称为载重量系数。ηDW表示船舶载重量DW占排水量的比例系数，对于相同排水量的船来说，ηDW大，表示空船重量轻，或者说载重能力大。由此可见，一艘运输货船ηDW的大小是反映该船设计建造质量的一个重要指标。554535255)10(0469.0)10(1441.0)10(1294.0)10(0775.0)10(1304.07666.0DWDWDWDWDWDW该式适用于DW=10000～100000t的散货船。船舶原理与设计3.4排水量的粗估和重量与浮力的平衡第三章、船舶重量重心根据浮性方程：DWLWkLBdCB已知粗估所得的新船排水量Δ和初步选取的L、B、D、d及CB，就可根据这些要素估算出空船的重量LW以及载重量DW。此时，一般情况下，（LW+DW）≠ρkLBdCB，需要调整。设：DWCCCD＋＋＋＋＋＋＝则Δ的增量为：DD)()()(经整理归并后有：DWN][1N称为为诺曼系数。船舶原理与设计3.5重心的估算方法第三章、船舶重量重心或：（4）载重量的重心高度（5）新船重心高度的裕度（1）船体钢料重心高度gHzDCzEgH11DCzEgH式中：CE或CE1取自母型船，D1为相当型深。（2）舾装重心高度gOz（3）机电设备重心高度gMzgDz1.重心高度船舶原理与设计3.5重心的估算方法第三章、船舶重量重心2.重心纵向位置Xg空船重量的重心纵向位置，在设计初始阶段可近似用比例于船长L的方法，用母型船资料换算，即：LCxLgE式中CL──比例系数，取自母型船。在有了总布置方案以后，XgE的估算应分项进行，并根据布置特征，采用相对位置来估算。2010年《船舶设计原理》第三章船舶重量与重心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