1、 网络教育学院船舶设计原理课程设计 题 目： 200TEU集装箱船的主尺度确定 学习中心： 奥鹏远程教育 层 次： 专升本 专 业： 船舶与海洋工程 年 级： 16春 学 号： 学 生： 指导教师： 邵 昊 燕 完成日期： 2017年8月13日 1 集装箱船概述集装箱船是专门运输货柜的船舶，又名货柜船，因此货柜船也常称名集装箱货船。集装箱运输在航运业出现于1960年代。本文对集装箱船的装载和破舱稳性等总体性能进行设计，该船为钢质、单甲板、单机、单桨、柴油机驱动的集装箱船，主要面向内河货物运输，通过计算以探讨使集装箱船布置更合理之方法。1.1 课程设计任务书提要（1）航区：无限航区。（2）用途：
2、运输20fts的标准箱的集装箱，数量为200箱。（3）船籍：本船入CCS船级。（4）规范：国内航行海船建造规范（2006）、钢质海船入级规范（2006）（5）船型：单机、单桨、单甲板、尾机型，具有球艏和球艉线型。（6）航速：本船要求设计航速不小于18节。（7）续航力及自持力：本船续航力约为10000海里，自持力为60天。（8）船员人数：_20_人。1.1 集装箱船的特点 1.1.1 集装箱船的艏部线型严重外飘为了获得更大的装载空间，达到装最多的集装箱，集装箱船的艏部线型一般外飘比较严重，并且外板与舷侧肋骨夹角也比较小（远小于90度）。并且集装箱船的航速比较高，通常是大于20kn，并且伴有较高寒
3、冰区等级，这对于船首的外板抨击加强提出了非常高的要求。有寒冰区加强的集装箱船，需要增加在艏部的外板厚度，并且肋骨尺寸也需要有较大的增加，另外在冰区加强的区域内设置了大量的防倾肘板。集装箱船的艏楼上通常设有档浪板或防浪罩。1.1.2 集装箱对于货物运输有着重要的作用与影响集装箱运输就是指利用集装箱运输货物的方式是一种方便又灵活的运输措施。现在已被众多的货主所采用，他可以在最大限度上减少运输过程中造成的货损。比如可以抵御风雨、外力等一些不可避免的因素对货物造成的损害，一直以来集装箱业务以其保障性高，运输费用低，深受广大货主的钟爱。1.1.3 集装箱船所装的都是标准规格的集装箱基于这一特点，使得集装
4、箱船的结构和一般的货船大不相同。它采用垂向直壁式结构，并且它的的货舱口宽度几乎和货舱宽度一样大，舷边只留了一定宽度的甲板边缘板。而这样的开口明显不利于船的抗弯能力、抗扭能力和横向强度。为了弥补这些的不足，集装箱船在结构上通常采用下列加强措施：(1) 船舷采用双舷侧且具有水密舷边舱；(2) 增加甲板板和舷侧板的厚度；(3) 加大两个货舱口之间的甲板横梁和舱口端部的横梁尺寸。由于货舱的开口比较大，为了保证强度，必须采用相应措施来加强。为了保证装卸方便的要求，从抗扭强度上考虑，最方便的就是在舷侧设内纵壁和抗扭箱；从稳性角度考虑，最方便的就是在舷侧设压载水舱。1.1.4 集装箱船的货舱区域舷侧材料更为
5、先进集装箱船的货舱区域舷侧都采用了更为先进的双层壳板，其货舱载货达到的有效宽度和货舱宽度差不多。内舷侧纵壁对甲板作大开口处理造成的总纵强度的削弱做了有效补偿。另外，舷边船舱还能有效提高船体的抗沉性能，并且可用作压载水舱。舷边船舱内一般设置平台甲板，对增加总纵刚度和强度都有帮助，同时，平台甲板还可用作人员通道。集装箱船舷侧多采用纵骨架式，有些船舶将上层平台甲板以下采用横骨架式，上层平台与甲板间采用箱形结构作为抗扭箱，以提高船舶的抗扭强度和总纵强度。1.1.5 集装箱船的组成构件尺寸比较大由于集装箱船甲板外飘、航速快，船体受到波浪的冲击力比较大，造成的冲荡应力也比较大，加上总纵合成应力也比较大，所
6、以船体内结构所受的弯矩值也就大，所选取的构件尺寸也应较大。和一般货船比，所受应力较大，疲劳问题更严重，从而对上甲板的设计与施工，舱口围板的设计与施工都提出了较高的要求。1.1.6 集装箱船的结构布置受到较大的应力影响为了装更加多的集装箱，集装箱船一般设计成狭长的甲板条船舶和大的货舱开口，大大提升了船体的水平弯曲、横向强度、扭转效应在其总纵强度中所占的比例，有明显的应力集中在舱口角隅处。而随着货舱开口的宽度不断增加，应力集中也明显增加，在机舱前端壁与纵横构件的交汇处，最大的应力集中出现在这里。一般船舶的货舱上甲板角隅所采用的是抛物线形、圆弧形、椭圆形。靠近机舱处的甲板角隅的应力集中达到最大，若设
7、计成为抛物线形等一般形式，则需要非常大的圆弧半径，这要求集装箱与横舱壁、纵舱壁的间隙变得更大，同时也会影响到能否合理布置，所以一般在角隅处采用负半径的结构形式。而舱口角隅的大小也将影响到构件的布置以及集装箱的布置。1.2 现有集装箱船主尺度资料搜集表1 内河集装箱船标准船型主尺度系列船型分级（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)2100727512.82.63.090110(33
8、0-350)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本课程设计选择的集装箱船的参数为200TEU，运输20fts的标准箱的集装箱。2 船舶主尺度
9、确定船舶的排水量、船型系数以及主要尺度统称为船舶的主要要素，它们是描绘船舶几何形状的最基本的特征性数据，这些要素制约着船舶的主要技术性能，例如快速性、适航性、稳定性、总布置、容量以及船舶的经济性，决定了二级船舶质量的好坏。因此，合适地确定这些要素，是船舶总体布局设计中的一项最重要最基本的工作。船的设计一般是由确定这些要素开始的1。船舶主要要素: 船主要尺度 (船长、船宽、型深、吃水)、排水量、船型系数 (方形系数、棱形系数、水线面系数、中剖面系数)、船舶技术经济性能: (快速性、稳性、耐波形、重量、容量、强度、总布置、经济性等)、船舶初始设计阶段:主尺度:船长L、船宽B、型深D、设计吃水T和方
10、形系数确定船舶主要要素的特点：1.综合性；2.灵活性与多解性；3.过程的逐步近似。确定主要要素的一般步骤：(1)任务书、(2)调查研究、(3)确立设计指导思想、(4)估取第一近似值、(5)性能校验、(6)绘图核算、(7)主尺度选优。确定船舶主要要素应满足的基本原理：满足尺度限制的前提，以满足性能，尽力提高使用性能和经济性要求。2.1 主要尺度确定集装箱船属于典型的布置型船舶，所以船舶的主要尺度的论证时从总布置出发，在满足布置要求、排箱要求的前提下确定主要尺度，由于空箱的运费一般是重箱运费的一半左右，装箱数是船东颇为关心的参数，也是集装箱船重要的表征值之一，它是衡量该船盈利能力重要的指标2。箱的
11、分布情况：总箱NT =200表2-1 舱内和甲板上装载集装箱的数量舱内行数X=10列数Y=4层数Z=2折减后实际NH=80甲板上行数X=10列数Y=4层数Z=3折减后实际ND=1202.1.1 船宽B的确定集装箱船船宽的确定取决于甲板上或者=舱内装载集装箱的列数，即或，并需考虑船舶稳性的要求，视何者为大而定。由甲板上集装箱列数确定船宽：式中 集装箱宽度，通常取标准箱宽2.438m，有时还须考虑欧洲箱的宽度2.500m；甲板上集装箱的列数；集装箱列与列的间隙，考虑到紧固件的操作和标准，通常为0.025m，0.038m，0.080m。由舱内集装箱列数确定船宽：式中 舱内集装箱列数； 集装箱宽度，通
12、常取标准箱宽2.438m； 货舱内甲板纵桁数；货舱内集装箱列与列的间隙，其间隙为了便于安装导轨，通常为0.10m0.210m，个别船仅为0.05m； 甲板纵桁的面板宽度，通常取为0.50m0.80m； 舱口开口系数，通常取为0.800.85。表2-2 集装箱船船宽的确定集装箱宽度=2.483m甲板上集装箱的列数=4列集装箱列与列的间隙=0.038m舱内集装箱列数=4列货舱内甲板纵桁数=0.43m货舱内集装箱列与列的间隙=0.15m甲板纵桁的面板宽度=0.5m舱口开口系数=0.80表2-3 集装箱船不同部分船宽的确定甲板上：m舱内：m最终：B=13m2.1.2 船深D的确定表2-4 集装箱船型深
13、的确定双层底高度=1.01m内底距最下层集装箱高度=0.05m箱高度=13m最上层货箱顶距舱口盖下缘距离 =0.15m围板高度=0.8m拱高C=0.324mD= +Z+ -(+C) =6.6最终取D=6.6m2.1.3 船长L的确定 (下表为三个货舱，如果货舱数大于3，则需要续加表格。)取实际肋骨间距长度为=610mm，按肋位数计算：表2-5 集装箱船船长的确定舱口长度第一舱=( =(+0.022)5+20.27+0.55=34.19m第二舱=(+0.022)5+20.27+0.55=34.19m计算肋位后第一舱 =41=32.59m第二舱 =41=32.59m货舱长度第一舱=+2=34.19
14、m第二舱=+2=34.19m货舱总长度=+=68.38m尾尖舱=3.81m机舱=11.5m首尖舱=4.572m船长=88.26m最终=+=88.26m2.2 排水量估算2.2.1 空船重量(1)钢料重量按照下式估算：=588.03t(2)舣装按照下式估算：=274.74t(3)机电按照下式估算（取主机额定功率=2481kW）：=636.71 t空船重量LW=( + + )1.045 =1566.97t其中系数1.045是考虑了4.5的储备重量。2.2.2 载重量（1）集装箱重量： 每箱重量 15t 总箱数 NT 200 集装箱总重量 3000t（2）燃油重量是按照以下公式估算的：式中：主机耗油
15、率 =171 g/kWh 主机持续使用功率 = 10458kW 续航力 = 10000 n mile风浪储备 = 1.15 计算得到 W0 = 616.8t（3）锅炉水重量 =0.05 =30.8t（4）滑油重量 =0.05 =30.8t（5）船员生活用水 船员定员为20人，每人每天消耗淡水110kg，自持力60天，则 船员生活用水=20*110*60/1000=132t（6）人员及行李 船员每人65kg，行李60kg，则 人员及行李重量=20*（65+60）/1000=2.5t（7）食品 船员每人每天消耗5kg食品，自持力60天，则食品重量=20*5*60/1000=6t（8）备品 2.3
16、吃水及方形系数估算2.3.1 吃水船舶吃水一般是指船舶的吃水深度，是指船舶的底部至船体与水面相连处的垂直距离，它间接反应了船舶在行驶过程中所受的浮力（或者说是船体及其货物等的重量，因为这与船体受到的浮力相等）。因此，船体的吃水深度越大，表明船船舶体载货的能力越大。，根据设计船与母型的载重量和船型参数的差异，初步取吃水d=5.5m。2.3.2 方形系数 0.73式中，为海水密度，。2.4 性能校核2.4.1 稳性校核表2-6 稳性校核计算表项目数值系数0.66吃水d5.5m浮心高度3.63系数0.097横稳心半径r2.98重心高度系数1.03重心高度5.665初稳性高GM0.945表中 ，系数，横稳心半径，系数 ， ，。水线面系数及重心竖向高度系数，参照母型船确定。初稳性高度按下式核算 。2.4.2 航速校核主机功率 2481 ，转速1800，计算航速时取功率为0.95，即为2357。初步估算航速，用下面的经验公式计算： =13.24kn2.5 小结 以上性能校核均合格，因而主尺度拟定满足要求： 垂线间长 =99m 船宽 B=14m 型深 D=9、9m 吃水 d=6.6m 方形系数 Cb=0.73
