5500DWT成品油轮方案设计分析报告

5500DWT成品油轮方案设计分析报告一、综述二、设计思想及技术规格说明三、主要尺度及排水量的确定1、型船资料2、初始主要尺度的拟定3、空船重量LW的估算4、计算排水量∆及方形系数Cb5、载货量Wc的计算6、航速校核7、容积校核四、总布置五、主尺度方案与实船数据的对比分析金海彬2220081286船舶08-1班2011年12月2日一、综述根据课程作业要求，本人在国际船舶网和各大船舶论坛网站上进行了广泛的搜索，最终将本次报告的船型定位为载重量型船舶。通过三年专业知识的学习，无论是从船舶结构方面还是船舶原理，我们大多接触的都是一些散货船和油船为代表的载重量型船舶，相比于其他船型，我们更加熟悉此类船型，而且也可以有很多例子作为参考，因此本人认为将此类船型作为本次报告的船型较为合适。通过大量资料的收集和筛选，最终将此次报告的研究对象定为5500DWT成品油船。在本设计分析报告中将针对主尺度要素和排水量的确定、船舶重量和容量的计算和校核、以及这些要素对船舶性能的影响和总布置进行简要的分析。最后将本人的设计方案与已有船舶的设计方案进行了对比，找出各自的优劣势，从而在日后的学习中进行改善。由于水平有限，故此报告中将不可避免地出现若干理论上和经验上的失误，相信本人在日后的学习生活中会加以改正和提高。二、设计思想及技术规格说明本船为总载重量5500吨，在货舱中载运散装运输三个品位成品油的双底双壳，航行于远海航区的成品油轮。本船适用于在货舱中散装运输三个品位的成品油。在设计时，所有货油舱和污油舱的液货的闪点小于60℃。本船应设有专用压载水舱，专用压载水舱全船压载总量应保证空船航行时首吃水不小于0.027L，尾部螺旋桨在空载航行时不得露出水面。本船干舷按不小于1966年国际载重线公约及1979议定书及1988修正案规定的“A”型船舶要求设计。干舷标记应在船级社批准后，勘划在标高不超过设计吃水的水平面之上。本船在正常海上航行时，应符合有关载重线公约、防污染公约（MARPOL）和国际海事组织规范关于稳性的要求。本船应设计为在通常的服务状态下有足够的稳性和适当的纵倾，应具有足够的纵向强度，以避免装载受限制。装卸货时，应保证本船稳性为正值。本设计船的有关设计、结构、分段装配、安装、检验及造船工人均须经船级社认可。本船应依据船舶建造方的实践经验，设计为适应于在本说明书中所规定的船舶性能且具有高效率的船体线型，推进器和舵。为了验证船舶速度建造方应进行模型试验。船模水池试验应由公认的船模试验水池研究所进行。应在压载吃水与设计吃水状态进行模型试验。试验内容包括：（1）阻力与自航试验（2）在相当速度下的伴流测量（3）流线试验试验后，其模型试验结果及报告应提交给船东认可。本船在设计吃水，主机为最大持续输出功率MCR为3089KW，船壳清洁无污底情况下，处于风力小于蒲氏风级2级的平静深海域条件下，其设计航速为13.0节。主机为常用功率CSR2734KW，其服务航速应大约为12.0节。综合以上要求及具体设计技术任务书如下：（1）航区、航线：远海航区、不定限航行；（2）用途：本船主要应用于成品油的海上运输。载货量不得小于4000t；（3）货舱容积：货油舱能提供的容积应不得小于8000m3；（4）主机：型号为GN8320ZC68，持续服务功率为2734KW，保证螺旋桨的转速为185rpm；（5）方形系数：不得小于0.8；（6）设计航速：主机最大持续输出功率时，在要求条件下的设计航速不得小于13.0节；（7）首侧推：本船首部应设有大小为约250KW的可调桨首侧推；（8）续航力：5500海里；（9）船员人数：20人，外加一名引航员；（10）船中主甲板上采用一台起重能力为2t，伸臂3m的液压甲板克令吊。本船是一条运输成品油的商船，满足任务书及船东要求，同时满足船级社的规定是本艘船舶最基本的要求，在此基础之上应追求较高的船舶性能，包括快速性较好的同时，尽量多装货。这就要求本船设计应主要注重两个方面的要求。一方面是，在快速性上拥有良好的性能，即在特定装载和特定主机功率下达到越高越好的航行速度；另一方面是，由于本船的最终目的是要进行运输任务，因此应在主尺度一定的情况下，达到船东对载货量和货舱容积的要求，即：载货量应不小于4000t，货油舱能提供的容积应不得小于8000m3。此外，为了制造出一艘运输工具，不得不考虑船厂的基本设备和船坞及船台的情况，这就要求设计者在有限的条件和若干限制条件下，综合考虑，设计出一艘既满足客观条件，又能够提供基本运输条件的船舶。由于本人所掌握的基本理论和经验有限，因此在本船确定主尺度时，在满足船舶基本的要求前提下，主要考虑了两个方面：货油舱容积、载货量和航速要求。而对于船舶造价和和总布置则放在了次要的位置上。设计时，本人认为，如若尽可能增加舱容和载货量，可相对减少船舶必要的往返次数，这样相当于缩短了航行距离，减小了船舶运行时所产生的成本，提高了单次运输的收益值。从这个方面考虑，可以认为提高了船舶的经济性。另外，拥有较大的航速减少了运输过程中消耗的时间，在日益激烈的商业竞争中，时间就是金钱，这样看来提高航速也可以提升运输过程中的经济收益率。综合考虑设计时的经济性能以及日后运输过程中的经济性能，本人认为提高航速和增大货物舱容是提高经济性能的两大切入点。因此本船的设计思想确定为：在保证满足船舶基本性能要求的前提下，尽可能增大货舱容积和尽可能提高航速。三、主要尺度及排水量的确定1.型船资料通过搜集图书馆中5500DWT左右油船的主要尺度数据以及国际船舶网中若干油船数据的资料统计整理得下列数据范围：Lpp=95--105mB=16.5--18.0md=6.0--6.5mD=8--10mCb=0.75--0.85mLpp/B=6--7B/d=2.5--3Lpp/D=10--12DW/∆=0.5--0.82.初始主要尺度的拟定由于经验有限，因此选取方案主要以所学知识与收集数据为根据。参考以上型船资料与下列计算公式（适用于5500吨的主尺度计算统计公式）：Lpp=8.15DW0.3-15B=11.13DW0.155-26d=0.44DW0.3+0.665D=1.786d-3.11同时，考虑到船东的要求以及船厂的生产条件，初步拟定方案如下：Lpp=100mB=16.8md=6.3mD=9.8m初步选择的尺度，在参考统计公式与数据范围的基础上，主要参考了一5500载重吨成品油船母船的主要尺度，并且符合收集船舶资料的范围。由于在确定主要尺度时已经考虑船厂的实际生产条件，因此本船可以在有限条件下进行施工与建造。综上所述，将这一系列尺度作为初始方案。3.空船重量LW的估算空船重量LW按船体钢料重量Wh、舾装设备重量Wf及机电设备重量Wm三大项进行估算。1）船体钢料重量Wh按立方模数公式估算船体钢料重量。根据与其他船型的对比和统计数据，取5500DWT级油船的钢料重量系数Ch为0.1458。因此，得：Wh=Ch*Lpp*B*D=0.1458*100*16.8*9.8=2400.45(t)2）舾装设备重量Wf由于本船型缺少舾装设备重量的数据，因此在计算该项重量时不能利用统计的方法类比得出船体钢料重量。具体是因为，缺少与其他船数据的对比，其重量系数Cf的大小是很难确定的。平方模数重量系数亦难以确定，因此我们就不能够使用立方模数或者平方模数公式计算舾装设备重量Wf。通过对比一艘10000DWT油轮的舾装设备重量，发现该载重吨位的油船舾装设备重量与设计船的该重量相类似。包括锚泊系统、起重设备、梯道、救生设备、涂敷料、液货设备、船舶管系在内，参考10000DWT油船的舾装设备重量，估算本船的舾装设备重量Wf约为300t。3）机电设备重量Wm为了使得该结果可靠，仍然应用计算舾装设备重量时的方法，而不采用以主机功率为参数的换算公式。仍然对比一艘10000DWT油轮，本船与该油轮对比时，包括主机、辅机系统以及锅炉湿热湿重都有所减小，重量总和，即机电设备重量估算为520t。综上所述，综合船体钢料重量、舾装设备重量、机电设备重量，三个部分的重量，得：LW=Wh+Wf+Wm=2400.45+300+520=3220.45(t)4.计算排水量∆及方形系数Cb根据前面的计算，已知DW=5500t，LW=3220.45t，则：∆=LW+DW=3220.45+5500=8720.45(t)因此排水体积▽为▽=∆/γk=8720.45/（1.025*1.005）=8465.43（m3）式中，γ=1.025t/m3，是海水的密度；k=1.005，是包括外板的突出体系数。所以方形系数Cb为Cb=▽/LppBd=8465.43/(100*16.8*6.3)=0.800。若用如下公式进行计算，则方形系数为0.804。因此方形系数0.800满足同类油船方形系数的范围，同时满足设计技术任务书的要求，因此就方形系数而言，此初步方案为合理的，可以采用。5.载重量Wc的计算载货量Wc等于载重量DW减去油水等消耗品重量。现在将对油水及备品和供应品的重量进行计算。（1）主机燃料油。燃油消耗主机功率为MCR的88.5%作为常用持续功率CSR。用低热值为42705千焦/千克（10200千卡/千克）的燃油，+/-5%的公差，主机常用持续输出功率CSR的情况下，车间试验确定的燃油消耗率为430克/千瓦小时（320克/马力小时）。主机在采用持续输出功率为2734KW，另加10天的的燃油储备。本船在设计吃水，主机为最大持续输出功率MCR为3089KW，船壳清洁无污底情况下，处于风力小于蒲氏风级2级的平静深海域条件下，其设计航速力为大约13.0节。在设计吃水满载条件，主机为常用功率CSR2734KW，无海上裕度，其服务航速大约为12.0节，最后的航速将依据模型试验。基于正常航行状态燃油舱为300m3，设计吃水为6.30m，服务船速为12节时，续航力约为5500海里。因此燃油的总重量为430*2734*（5500/12+24*10）*10-6=821(t)（2）轻柴油。本船航行时发电机的电力负荷为300KW，停泊时低于此值，而在靠近港口的时候将等于或者略高于300KW。由于相对于船舶运行的时间，靠港与离港的时间可以忽略不计，因此用300KW作为平均值来计算是比较合理的。考虑到本船发电机的效率为0.8，柴油机的单位耗油量为220.54克/千瓦小时，时间按5500海里续航力加10天的储备进行计算，则柴油机的耗油量为220.54*300/0.8*（5500/12+24*10）*10-6=57.75(t)（3）锅炉燃油。本船采用1台副锅炉，蒸发量总共为10t/h，燃油耗量总共为1t/h，以下分成4种工况进行计算。卸油时锅炉满负荷工作，卸油时间为15小时，耗油量Q1为Q1=1*15=15（t）卸油前24小时，需要向货油舱内的加热盘管通入蒸汽对货油加温，加温时锅炉负荷约为满负荷工作时的20%，耗油量Q2为Q2=1*0.2*24=4.8(t)打开压载水平均每个单程有一次抽或者排，任务书要求每次抽排时间不得超过5h，蒸汽泵的耗气量约为锅炉负荷的30%，则抽排压载水耗油量Q3为Q3=1*0.3*5=1.5（t）航行时主要利用废弃锅炉的蒸汽，副锅炉保持不灭火的状态即可，负荷非常低，暂取为5%的负荷。停泊时，船上的蒸汽消耗量非常小，但是不可忽略，取5%的负荷进行计算。所以除去卸油、加温及抽排压载水以外的航行及停泊时间，锅炉的耗油量Q4为Q4=1*0.05*(5500/12+24*10-15-24-5)=32.8（t）增加5%的裕度，则锅炉燃油总需要量Q为Q=1.05*(Q1+Q2+Q3+Q4)=1.05*(15+4.8+1.5+32.8)=56.81(t)（4）锅炉水。在营运过程中，本船每次出港之前，锅炉及管路里应有的水总是装满的，而蒸汽系统工作中的废气总要冷凝成水再送回锅炉循环使用，因此船上所携带的锅炉用水只需能够补足由于管理不严等原因漏失的一部分水即可，本船的蒸汽漏失量取为总蒸发量的3%。因此锅炉水总量应为Q/1*40*3%=68.17（t）（5）滑油。按照