第5章方案構思與主尺度選擇

2021-10-21 05:00:17 字數 4593 閱讀 5185

5.1  總體設計方案構思

總體設計方案構思是新船設計過程中的乙個重要環節,是一項基礎性的工作。它對設計工作順利進行和保證新船設計質量有重要意義。總體設計方案構思的任務是:

1 分析各項設計要求,明確設計任務;

2 分析同型別船的資料,採用適當的估算方法和各種可用的技術手段,設立乙個初步的新船總體設計方案,分析和確定各個設計引數可能的選擇範圍,研究新船設計中可能存在的主要矛盾;

3 分析新船的主要技術效能和經濟性指標,考慮所要採取的主要措施以及進一步開展設計工作的設想。

總體設計方案構思的特點是綜合性強,涉及面廣。該項工作涉及到總體設計所有方面的內容,需要考慮的因素很多,要在各種錯綜複雜的關係中理出頭緒,尋找解決問題的辦法。針對具體的設計任務,由於設計技術任務書規定的要求和明確程度不同,方案構思工作的難易程度也不同。

例如常規船型的設計,如果任務書的要求詳細又具體,那麼方案構思相對比較簡單;如果船型較特殊,要求上比較籠統、原則,設計方案選擇的範圍又廣,那麼方案構思就比較複雜。就一般情況而言,船舶總體設計方案構思主要包括以下幾個方面的內容:

1 船型特徵和總布置設想;

2 考慮和初步選擇主尺度;

3 主要技術效能的估算與分析;

4 其他重要方面的考慮(如船舶的主要裝備、法規和規範的要求等)。

以上這些方面的內容,在實船設計工作過程中,不是分割開來單獨逐一進行,而必須將有關內容綜合起來統一考慮。

下面對方案構思中有關方面的內容作一介紹。

5.1.1 船型特徵和總布置設想

這裡所說的船型特徵是指某一型別船舶總體的基本特徵。根據設計技術任務書的要求,新船的型別已經給定,通常噸位(載重量或總噸位)的大小也有基本要求,在此基礎上進行總體設計方案的構思,需要對新船的特徵和總布置有乙個基本的設想。通過這項工作,可以對新船的概況有乙個明確的概念,對如何滿足新船的各項要求可以進行具體的考慮,可以將設計工作的各個方面直接聯絡起來,也便於暴露存在的主要矛盾。

船型特徵和總布置設想的主要內容有:主船體特徵、機艙部位、甲板層數、貨艙形式、上層建築的大小和位置、船體結構特點等。這些設想必須從新船的使用要求和客觀情況出發,參考相近的優良實船資料和使用經驗才能合理作出。

每種型別的船舶,經過長期的使用和不斷地改進,都已形成了各自的特徵和特點。設計新船時對這些實踐證明合理、有效的特徵和特點應予以借鑑,並結合新船的具體要求有所改進和創新。

船舶的型別很多,就運輸船舶而言,就有散貨船、貨櫃船、多用途船、滾裝船、冷藏船、運木船、油船、化學品船、液化氣體船、客船、車客渡船等各種船舶,它們有各自的特點。設計不同型別的船舶,總體方案的構思有所不同,對船型的特徵和總布置的構思差別很大。限於篇幅,本書僅對散貨船、貨櫃船、多用途船這三種船舶的特點作一簡要說明,其他型別船舶的特點可參閱有關文獻。

1. 散貨船

散貨船以運輸大宗貨物為主,主要有:煤、穀物、礦砂等,也可以裝運木材、鋼材、紙漿、重貨等。設計時一般以其中的

一、二種貨物為主來考慮。散貨船的載重量一般都在萬噸以上,大型散貨船為13萬噸~17萬噸(好望角型),6~8萬噸級為巴拿馬型(型寬限制約為32.2m),4~5萬噸級的稱為靈便型。

3.5萬噸級以下的散貨船有不少是吃水受限制的寬淺吃水船。國內沿海也有5千噸級左右的小型散貨船。

圖5.1.1是一艘載重量為27000t的散貨船。

圖5.1.1 dw=27000t散貨船

載運大宗貨物的散貨船都是低速船,所以船體都比較豐滿,大多為單槳推進,寬淺吃水型船也有採用雙槳。現代散貨船一般都設定具有整流作用,並能兼顧壓載航行工況的球首。

散貨船的總布置有以下特點:

1 現代散貨船都採用尾機型(機艙設在尾部)。這樣中部方整的部位都可以用於貨艙,有利於貨艙口的布置和提高艙容利用率,也有利於結構的連續性,提高總縱強度。機艙的長度在機艙布置許可的情況下應盡量縮短。

方案構思時可用第四章4.1.3節介紹的方法估算機艙長度。

首尖艙的長度約0.05~0.07lpp,尾尖艙的長度約0.

035~0.045lpp。

2 散貨船的貨艙通常設有頂邊水艙和底邊水艙,如圖5.1.2(a)所示。

這種貨艙形狀的好處是:減少了卸貨時的清艙工作量;可以將散貨裝滿,減少平艙工作量;頂邊艙和底邊艙用於裝載壓載水,增加了壓載量,提高了壓載重心,可增加壓載航行的首尾吃水和改善壓載狀態的橫搖效能。頂邊艙和底邊艙的形狀引數詳見第七章的圖7.

2.2。圖5.

1.2(b)的貨艙形狀是在(a)的基礎上增設了舷側的內側板,從而形成了乙個完整的雙殼體結構,增加了船體的強度和剛度,對破艙穩性也有利,但對貨艙艙容有一定的損失,也增加了一些船體鋼料。圖5.

1.2(c)是礦砂船的貨艙形狀,因礦砂密度大,所需艙容小,所以雙層底高度和邊艙尺寸都很大,這樣可避免貨物重心過低,初穩性過高,橫搖週期過短。散貨船貨艙的數量根據船的大小、裝卸裝置的配備以及破艙穩性的要求確定,每艙長度一般不超過30m。

圖5.1.2 散貨船貨艙剖面形狀

3 散貨船一般都為單甲板(僅有一層連續露天甲板)。大型散貨船大多僅設甲板室,無首樓和尾樓,也有些僅設首樓,無尾樓;中小型船一般都設有首樓,並根據需要也有設定尾樓。駕駛室以及船員生活艙室等都設定在船尾。

甲板室的層數和高度根據所需的布置地位以及駕駛盲區的要求確定。

4 散貨船大多設有甲板起重機,主要用於卸貨。對於主要用於定線運輸煤、礦砂等散貨的船,如碼頭有裝卸裝置,則船上可以不設起重機。現代散貨船根據需要也有採用自動卸貨裝置,稱為自卸散貨船,常用重力餵料、皮帶輸運方式。

這種裝置一般由料斗、斗門、艙底輸送帶、橫向輸送帶、提公升帶以及懸臂輸運帶等組成。自卸船的造價比較昂貴。

2.貨櫃船

貨櫃船的大小通常以20ft標準貨櫃(teu)數量來表示。一般來說載箱數超過2500teu為大型船,載箱數在500teu以下的為小型船。目前,巴拿馬型貨櫃船的載箱數在2500teu~4400teu,超巴拿馬型的貨櫃船都在4000teu以上。

圖5.1.3是一艘小型貨櫃船的布置概況。

圖5.1.3 365teu貨櫃船

貨櫃船的航速一般較高,大多為中速船(fn大多在0.22~0.26),現代貨櫃船有向更高航速發展的趨勢。貨櫃船為了快速離靠碼頭,除了小型船以外,大多設有首側推裝置。

貨櫃船的總布置有以下特點:

1 貨櫃船的機艙部位,對於中小型船大多採用尾機型,大型船也有採用中尾機型(即機艙後面還設乙個貨艙)。由於貨櫃船航速較高,方形係數較小,所以船尾部比較削瘦,採用尾機型機艙需要較大的長度,而中尾機型船的機艙長度相對可減小。

2 貨櫃船的貨艙形狀由於大開口的要求,絕大多數採用雙殼體結構。為了提高甲板大開口船的抗彎、抗扭強度,雙殼體的上部都設有平台,形成箱形抗扭結構,如圖5.1.

4所示。由於貨艙蓋上要堆裝多層貨櫃(一般在4層以上),所以艙蓋要有足夠的強度。吊裝式艙口蓋(貨櫃船絕大多數採用這種形式的艙蓋)因每塊蓋板的重量要控制在起貨裝置的起吊能力範圍內,所以艙蓋的大小、布置和支撐形式與貨艙的設計也有密切關係。

圖5.1.4是橫向布置三個貨艙口的貨櫃船貨艙形式。

關於貨櫃的布置詳見第四章4.4.2節。

無艙蓋貨櫃船是近年來發展起來的船型。它的優點是沒有甲板上需要綁紮的貨櫃,無需開啟和關閉艙口蓋,因此可大大縮短停港時間。無艙蓋貨櫃船設計中必須考慮貨艙進水的問題,對此規範有專門的規定。

為了防止甲板上浪時貨艙的大量進水,無艙蓋貨櫃船的型深都特別大。設計中對貨艙上浪進水量的考慮一般需要通過船模試驗確定,此外船舶還需配備較強的艙底水排放系統。

3 貨櫃船的上層建築具有長度短,層數多的特點。長度短是為了節省甲板面積;層數多是駕駛室高度的需要,目的是為了解決駕駛盲區的問題。imo規定貨櫃船駕駛盲區不應大於2倍船長。

有些貨櫃船為了解決駕駛盲區的問題,將駕駛室和整個居住艙室設於首部,以求有大的載箱數,但造價會有所增加,且機艙人員工作不便。貨櫃船因航速較高,船首容易上浪,所以一般都設有首樓,並在首樓上設定一定高度、具有足夠強度的擋浪板,以便保護首部甲板上貨櫃免受波浪的正面衝擊。

4 大中型貨櫃船通常不設起貨裝置。小型貨櫃船為適應小型港口的需要,常設定甲板起重機。為了減少設定起重機對貨櫃布置的影響,有些船將起重機布置在舷側。

5 貨櫃船由於重心很高,為解決穩性問題,滿載情況也常需要用壓載水來降低重心高度,所以雙層底艙幾乎全部用作壓載水艙。此外,首尾尖艙、兩舷雙殼體內一般也用作壓載水艙。為了平衡裝卸貨櫃時的橫傾,兩舷邊艙中的左右一對壓載水艙通常各裝50%壓載水,用作調整橫傾。

貨櫃船在裝卸艙內貨櫃時橫傾不能超過5°,以免貨櫃被導軌卡住。

3.多用途船

多用途船一般是指多用途幹貨船,其用途不包括裝載液體貨。多用途船是從雜貨船演變而來的。由於貨櫃運輸的迅速發展,一般包裝雜貨(如百貨、五金、一般機械裝置等)幾乎都採用貨櫃運輸,普通件雜貨的貨源已很少,因此以往的雜貨船已經淘汰,取而代之的是多用途船。

多用途船可以看成是雜貨船、貨櫃船、散貨船幾種船型的混合型船。由於不同貨物性質上的差別,多用途船不可能對各種貨物都有最高的運輸效率。設計多用途船通常以某一類貨物為主,兼顧其他貨物,例如以貨櫃為主的多用途船,或以散貨為主的多用途船等。

多用途船的優點是靈活,在貨源不穩定的情況下,具有適應性強的特點,特別適應中短途的貨物運輸。對於長航線的運輸,多用途船顯然沒有大型專用船舶效率高。所以多用途船的噸位一般都不大,載重量大多在25000t級以下,大於25000t級的多用途船大多以散貨為主。

表5.1.1 多用途船經濟航速

多用途船的航速一般介於同噸位的散貨船和貨櫃船之間。不同噸位的多用途船經濟航速約為表5.1.

1所列之值。船東從提高攬貨能力考慮,常希望服務航速比經濟航速再提高1節左右,特別是以貨櫃為主的多用途船。

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