1850DWT江海直达货船船体设计

李予一

摘 要：2018年4月10日上午，满载着两万吨铁矿砂的国内首艘江海直达船——“江海直达1号”在安徽马鞍山完成首航，标志着中国航运业江海联运新时代的开启。本文着重描述与设计1850t江海直达船，适用于长江主要流段。

关键词：1850t江海直达船；总布置设计；型线设计；母型改造法；重量校核

中图分类号：U674.13 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）19-0070-04

1 设计技术任务书分析

1.1 航区及用途

本船主要航行于长江中下游沿江及东南沿海各港口，设计满足长江A、B级航区的航行要求。

本船适用于装运集装箱、包装杂货、散装水泥、熟料、铁矿石、煤炭、谷物、工业成品、原材料、成形木材等，也可用于装载长大件货物，如钢材，大型机械设备等。装载重货时，载重量不低于1850t。

1.2 主要尺度

要求进行主尺度论证，满足所在航区航线要求，设计吃水d不大于3.6m。

1.3 船级

本船按照中国船级社（CCS）现行的“钢质内河船舶建造规范”（2012）要求设计与建造。

1.4 船籍

本船在中华人民共和国注册。

1.5 规范、公约及规则

本船满足下列规范、公约和规则及其修正案的要求：1）中国船级社“钢质内河船舶建造规范”（2012）；2）中国船级社“船用产品检验规则”（1983）；3）中国船级社“内河船舶法定检验技术规则”（1999）。

1.6 总体概述

本船采用双壳结构，双机双桨推进，球首双尾的节能船型。

主船体由尾至首分为舵机舱、尾压载水舱、机舱、燃油舱、货舱（下为双层底舱、左右为舷边舱）、首压载水舱、首尖舱。

本船设有首尾楼。机舱棚及居住舱室、驾驶室等均设置于尾部。

本船主机型号和功率根据航速要求与船东协商选定。减速齿轮箱根据主机转速与螺旋桨转速的配合要求决定。

本船主机为： TBS16/24 2台

额定功率： 2×540kW

额定转速： 1000r/min

减速比： 0.85

设外旋MAU型4叶桨两只，车叶直径2.1m。

本船的工艺及材料、设备（机电设备等）均按中国船级社（CCS）有关规范、规则的要求进行建造和检验。

1.7 性能

1.7.1 航速

本船在设计吃水状态下，主机发出最大持续功率的90%时，航速不小于11.0节，或在静深淡水域风力不大于蒲氏风标3级平静海况下，试航速度≥18.6km/h。

1.7.2 稳性

本船稳性满足中国船级社“内河船舶法定检验技术规则”（1999）对A、B级航区货船的稳性要求。

1.7.3 载重量、货舱容积和载货量

本船载重量为2850t。本船装载集装箱时，载箱数不小200TEU。平均箱重取14t。

本船货舱包装容积的积载因数应不小于1.45m3/t。

本船装载一般干货时载货量为载重量减去燃油、人员、行李、食品等的重量，这些重量按设计计算确定。

装载集装箱时的载货能力由载箱数和平均箱重确定。满载集装箱时为满足稳性要求，允许加载一定数量的压载水。为了降低重心而加压载水，这些压载水应首先考虑加在双层底内。

1.7.4 压载要求

本船应考虑无货压载状态的航海性能。压载量应能保证船舶的首吃水不小于2.5%LPP，尾吃水保证浸没螺旋桨。

1.7.5 续航力

本船續航力大于120h。

1.7.6 操纵性

本船应具有良好的操纵性能和适航性能。在设计吃水时，满舵稳定回转直径不大于2.5倍船长。

1.8 船员定额

本船船员定额为20-30人，其中干部船员4，普通船员20员的住室条件为：船长和轮机长为卧室和工作室，其他干部船员为单人间，普通船员为双人间。

本船船员铺位8-15个，其中：单人间：4间；双人间：10间。

2 船舶主要要素的确定

母型船资料：

708所1200吨级江海直达货船：

总长（）：62.85m；

设计水线长（）：60.22m；

垂线间长（）：58.00m；

型宽（）：11.60m；

型深（D）：5.00m；

设计吃水（T）：3.60m；

载重量（DW（T/））：1180/1500t；

设计排水量（△）：1812t；

方形系数（）：0.744；

浮心纵坐标（）：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；

艇甲板距驾驶甲板：2.30m；

驾驶甲板距罗经平台：2.20m；

船员定额：24人；

主机：6300ZCD，MCR---600ps×400rpm；

齿轮箱速比：i=2.0；

满载试航速：9.8 Kn；

空船重量：662 t；

空船重心-4.98m。

2.1 排水量的估算

按一般货船的排水量估计公式初步估算排水量：

。

（1）载重量系数的选取，参考母型取；（2）载重量的估算—载货量，燃润料，淡水，粮食、供应品、船员及行李、备品等；（3）总排水量的估算：η=DW/Δ=0.65 故Δ=2846.15t。

2.2 主尺度确定

2.2.1 船长L

母型船资料：=58m，=10kn，=1812t；

由巴士裘宁公式L=7.2×=7.2× 12.19=60.9m。

2.2.2 方形系数

===0.214

=1.08-1.68Fr=1.08-1.68×0.214=0.7204

2.2.3 吃水T

根据设计任务书取T=3.5。

2.2.4 船宽B

B=△/ρKLT，附体系数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

按规范，双层底中桁材的高度在任何情况下不得小于0.7m，且不得小于按下式计算所得之值：

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

设计船考虑施工方便，以及压载水舱容积的要求，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，满足强度要求。

2.3 性能校核

2.3.1 重量校核

根据华中科技大学1200吨江海直达货船的资料取：

钢料重量系数=0.23；

舾装重量系数=0.23；

机电重量系数=0.23t/KW；

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

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

（3）机电重量：=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）载重量：DW=1875t；

（6）排水量：△=LW+DW=555.273+1875=2630.273t与2846t相差不大，故不需要进行调整。

2.3.2 DW分项计算

=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；

载重量常数∑DWC =2.4+31.05+40+1.6+4.28= 79.33t；

货物重量=1000t；

载重量DW=+∑DWC=1000+79.33=1079.33t。

2.3.3 初稳性和横摇周期校核

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由母型船资料得ξ=0.7；

则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）海军系数法。

海军系数C由母型船资料得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；

则0.7355×600=459

既441.3=0.3555，可得==10.75kn>10kn；

航速满足要求。

2.3.5 舱容校核

仓容=B（D-）=[-（++）]B（D-）；

由规范知0.05L<<0.08L即2.8m<<4.48m；

0.05L<<0.07L即2.8m<<3.92m；

参考母型船取=9m；

则取仓容系数=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；

则仓容满足要求。

2.3.6 浮心纵坐标

=L===1.039m。

2.3.7 空船重心

=L===-5.239m。

3 船舶总布置设计

船舶总布置设计如图1所示。

4 型线设计（以5000t江海直达船作为母型船）

B/B0=0.65；L/L0=0.54；T/T0=0.8。

4.1 横剖面积曲线

母型船的横剖面面积曲线由给出的母船型线图获得，母船总长L，垂线间长Lpp，型深D，型宽B，设计吃水T，均可在型线图中量得如下：

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

线性改造后，可求得其如下：

Cp=/LAm=0.78；

浮心纵向坐标Xb，由横剖面面积曲线计算求出：Xb=0.78m。

4.2 改造后的新船橫剖面面积曲线（1-Cp法）

原来的船排水体积为4159.8，要将排水体积减小至2846.15。

将横剖面面积曲线在船中剖面处分成前后半体，分别无量纲化。前半体曲线下的面积即为前半体棱形系数Cpf，后半体曲线下的面积即为后半体棱形系数Cpa。若将母型船的前半体棱形系数Cpf改变δCpf，可将这种改变看成是母型的横剖面面积曲线在各x处评议的一段距离δx，其对应的有量纲横移值为Δx。

改造前的各型值：Δxf=（1-x）δCpf/（1-Cpf）；

前后半体的排水量分别为：

f=4413.5；

a=4516.3。

根据横剖面面积曲线，可测得前后半体的棱形系数分别为：

Cpf=0.78，Cpa=0.77；

取：δCpf=-0.1，δCpa =-0.1012；

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

根据公式可得改造后的各站处偏移值，继而得到修正后的横剖面积曲线，如表1、 图2所示。

在此曲线之上可测得改造后的排水体积=2837.3，符合要求。

4.3 横剖面图、水线半宽图以及纵剖线图的绘制

见清华大学出版社船舶设计原理第二版P166，用此方法获得水线的型值，在母船型线图图上量取得到各点的y坐标，由于图幅比例是 1：50，且B/B0=0.65，故将得到的坐标乘以系数50*0.65 =32。得到水线的y向坐标，继而得到型值。再接下来在母型船上进行修改，得到新船型线图以及型值表，如图3所示。（此处横剖面见华中科技大学出版社《船舶设计原理》P167）。

4.4 各视图线条光顺性修改与检查，投影一致性检查（长、宽、高）

各视图线条光顺性修改与检查，投影一致性检查（长、宽、高），图表2所示。