5200近海油船方案设计开题报告
2020-02-10 22:57:58
1. 研究目的与意义（文献综述）
本设计为5200dwt近海油船方案设计。本设计所开发的油船为中小型油船，主要用途为载运闪点不高于60℃的成品油。
根据商务部令2006年第23号文件《成品油市场管理办法》第四条：成品油是指汽油、煤油、柴油及其他符合国家产品质量标准、具有相同用途的乙醇汽油和生物柴油等替代燃料。成品油是人们日常生活中不可或缺的资源，广泛使用于汽车、火车、飞机、轮船等交通工具的动力系统以及人们的日常生活中。基于中国广袤的国土面积以及十四亿的人口基数，成品油的需求量将非常之大。然而由于我国油页岩主要分布于中国西北、华北以及东北地区，西南、华南、东南等地只能借助管道和航运从西部和北部运输成品油。因此，油轮显得尤为重要。载重量在5000dwt左右的成品油船,因其具有载重量相对较大、操纵灵活的特点，成为我国近海油船的主力经济船型。
油船的设计理念是在保证安全不会污染环境的前提下，携带尽可能多的油。因此，单舷侧的油船船型逐步淘汰，大多数油船采用双壳体。此外，油船非常重视消防安全，所用材料均为a级防火材料。可以说，成品油是人类社会交通系统的血液一样的存在。因此，成品油船的市场前景也是一片光明。尽管市场上出现了一些电动汽车如tesla等，但是它们的造价很高，且未健全完整的配套补给设施，因此暂时不会威胁到成品油的市场。
2. 研究的基本内容与方案
2. 现行规范、规则、标准
本设计依据现行的规范、规则与标准如下：
（1） 中国船级社《国内航行海船建造规范》（2014）
（2） 中国船级社《钢质海船入级规范》（2012）及2013、2014年修改通告
（3） 中华人民共和国海事局（CHINA MSA）《船舶与海上设施法定检验规则》（国内航行海船法定检验技术规则）（2011）
（4） 《金属船体制图标准》
3.航运条件
本船设计航线为上海——青岛——大连，经东海、黄海。
沿线港口：上海港、青岛董家口港区（董家口港）、大连港。
3.1港口条件
上海港航道水深10米以上的占80％，全线可通航水深为8米。
青岛港-董家口港区泊位吃水限制为17.2米。董家口港区近海自然水深平均-15米，距岸1000米水深可达-20米，是不可多得的天然优良深水港。
大连港泊区平均水深大于8米。
大连港拥有30万吨级原油码头和30万吨级矿石码头，可停靠30万吨级油轮，装卸效率每小时达1.2万吨，港区储油罐容量达300余万立方米，年综合通过能力5600万吨以上。
3.2水文及气象
3.2.1水文情况
长江口地区的潮汐属非正规半日浅海潮，一天内高高潮与低高潮可相差0.5米～1.5米，落潮历时约6.5小时～8.5小时，自河口往上游沿程递增；涨潮历时约4小时～6小时，往上游递减。
青岛港-董家口港区属规则半日潮。其最高潮位5.19米，最低潮位-0.15米，平均高潮位4.27米，平均低潮位1.46米，最大潮差4.79米，平均潮差2.94米，平均海平面2.83米。最大流速在青岛高、低潮时，约为1.2节～1.3节。
大连港属正规半日潮和不正规半日潮混合潮港，受风的影响，潮差不等，平均潮差2.1米，大连湾内诸港区最大潮差3.9米。大连港平均高潮间隙10时18分，平均低潮间隙4时1分，大潮升2.87米，小潮升2.28米，平均海面1.63米。大连湾内，一般情况下涌浪甚少。在受台风影响时，东南向涌浪较大。
3.2.2气象情况
1. 风力情况
上海港全年多为东南风，西北及东北风次之，强风向为东北风。风的季节性变化明显，春、夏两季和初秋多南东南风和东南风，晚秋和冬季多北西北风和北东北风。上海地区每年3月－10月间局部地区可能出现龙卷风，主要出现在7、8月，其次是6、9月，其他月份很少。
董家口港区强风向为东东北向，最大风速12.8米/秒，次强风向为东北向，风速11.8米/秒。常风向为西北向，频率11.2%，次常风向为北西北向，频率8.5%。历史上本区曾出现过23米/秒的大风，20米/秒以上的大风多由台风造成。
大连港每年10月至次年3月，多北及西北风。4月—8月多南及东南风。9月为风向转换季节，北及西北风与偏南风交替出现。冬季风力较强，并且多阵时大风，有时6级以上强风持续3天以上。夏季风力较弱，大风日数每月4天～5天，风力一般只有6级。
2. 结冰情况
青岛港-董家口港区受冰的影响较小，一般情况下都可航行。结冰期多在1月中旬到2月上旬，持续时间不长。历史上海面结冰较严重的有3次，1917年结冰面积达90%，1936年大港全封，1947年大港封冻冰厚1米。近年来没有出现冰情。
大连港为终年不冻港。但每年的1月－3月初，各码头区有结冰现象，厚度5厘米～20厘米，一般钢壳船无碍航行。结冰范围自大港港区北防波堤东端至椒金山一线以西水域，其中臭水套与黑咀子区最为严重，冰厚一般在15厘米～20厘米。严重时黑咀子港区影响小型船舶靠离码头。
4.被调查船的情况
4.1船型特点
4.1.1型线及布置特点
1.型线特点
本船型线特点为：首部加球鼻艏，大部分为SV型。尾部水线以上为方尾，水线以下为球尾。
2.布置特点
(1) 区域划分
全船纵向分为三段，为：首段、货舱段、尾段。其中，首段为系泊设备装配区。货舱段主要用于装载闪点不高于60℃的液体货物。尾段分布上层建筑以及机舱和燃油舱，主要用于人员住宿生活以及船舶动力装置和工作区。首段和尾端之间设有联络桥通道，供工作人员使用。
(2) 双壳型式
整个货油舱范围内设置双层底和边舱给以保护；
(3) 机器处所
机器处所必须位于货油舱与污油水舱的后方，两者之间应以隔离舱隔开，隔离舱可以是空舱或货油泵舱或燃油舱或压载舱；
(4) 舱室布置
起居处所和服务处所及控制站应均位于货油舱和污油水舱的后方。上述处所的出入门、开口均不应面向货油区域，且应距离货物区边界端部至少为船长的4%，但不小于3米，也不大于5米。
根据母型船资料，载货量在5000吨左右的油船，货油舱划分为4—5个货舱。中线面处设置一道纵向舱壁，以减小自由液面对船舶稳性的影响。
(5) 横向舱壁
设置多道横舱壁和大型肋骨框架，用以增加横向强度和适装不同品种的油类；
(6) 液体舱设置
设有专用压载舱或清洁压载舱，并设有污油水舱。
3.结构特点
根据MARPOL公约，5000t以上油船需采用双壳体船体，即使用双舷以及双底，加强船舶安全性以及降低油船泄露造成污染的概率。油船一般使用混合骨架式结构，首段采用横向骨架式结构，中部货油段采用纵向骨架式结构。
油船最典型的特点即甲板的骨架为暴露在甲板上，这是由液货船的使用特点决定的。它的主要装载货物为油类等粘性较大的液体，因此如果按照普通散货船的骨架安装方式，不仅会造成货舱区域装载能力变低，而且会造成清舱不便，增加清舱工作量。而油船甲板主要为管道与小开口，骨架在甲板上并不会影响船舶原有的性能。
4.2中小型油船技术参数分析
4.2.1主要技术参数范围
相对于同等级的集装箱船来说，载重量小于1万吨的中小型油船L/B较小、B/d及方形系数Cb较大，属肥胖型船。为增加货舱容积，型深有逐渐增加的趋势。
1.主尺度范围
根据母型船资料统计，载重量在5000t-6200t的油船主尺度范围为：总长Loa：96~118m；垂线间长Lpp：89.8~110m；型宽B：15.8~17.6m；型深D：7~9m；设计吃水d：5.7~6.5m。
2.尺度比统计
尺度比与船舶性能有紧密的联系。中小型油船母型船尺度比统计范围如下：
L/B：5.5~6.75
B/D：1.84~2.24
D/d：1.25~1.6
4.2.2技术参数分析
1.海军系数C
统计中小型油船母型船资料，计算各母型船的海军系数，海军系数分布范围为290~433。由于所需功率越小越经济，因此海军系数越大，船舶的快速性越好。
2.弗汝德数
统计中小型油船母型船资料，弗汝德数分布范围为：0.20~0.22，为中低速船。
4.2.3母型船资料
本设计所收集的主要型船资料如下表1-1所示。
表1-1 型船资料
| 船名 | 5500t油船 | 5800t油船 | 5000t油船 | 5000t油船 | |||||
| Loa m | 110 | 118.8 | 105 | 104.65 | |||||
| Lwl m |
|
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| |||||
| Lpp m | 103 | 110 | 98 | 98 | |||||
| B m | 17.2 | 17.6 | 16.4 | 16.4 | |||||
| T 结构 m | 6.6 | 6.3 |
| 6.7 | |||||
| T设计 m | 6.2 | 6 | 6.15 | 6.5 | |||||
| D m | 8.8 | 8.4 | 8 | 8.15 | |||||
| Cb |
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| |||||
| CP |
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| 排水量 t |
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| 设计吃水载重量 t | 5500 | 5800 | 4990 | 5486 | |||||
| 结构吃水载重量 t | 6000 |
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| 5765 | |||||
| 载油量 |
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| |||||
| 船员 人 | 20 | 28 | 20 | 34 | |||||
| 主机型号 | MAN/Bamp;W 4L35MC | MAN/Bamp;W 5L35MC | MAN/Bamp;W 4L35MC | 6E34/82SDZC | |||||
| 主机持续功率 kW | 2600X210r/min | 3250X210r/min | 2600X211r/min | 2205X205r/min | |||||
| 航速 kn | 12.5 | 13.5 | 13 | 12.76 | |||||
| 航区 | 近海 | 近海 | 近海 |
| |||||
| LW t |
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| Xg（空船） m |
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| Zg（空船） m |
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| Xg m |
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| Zg m |
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| Zb m |
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| Xb m |
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| |||||
| 货舱数量 | 10 | 11 | 10 | 10 | |||||
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| 船名 | 5500T油船 | 4000t | 5000t成品油船 | 5000t成品油轮 |
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| Loa m | 99.6 | 93.5 | 96.86 | 96.9 |
| ||||
| Lwl m |
| 90.1 | 92.6 |
|
| ||||
| Lpp m | 94 | 88 | 90.8 | 89.8 |
| ||||
| B m | 18 | 14.5 | 15.8 | 15.8 |
| ||||
| T 结构 m | 6.5 |
|
|
|
| ||||
| T设计 m | 6 | 5.3 | 5.7 |
|
| ||||
| D m | 9.6 | 6.98 | 7.7 | 7.05 |
| ||||
| Cb |
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| CP |
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| 排水量 t |
| 5537 | 6655.4 | 6838 |
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| 设计吃水载重量 t | 5500 | 3978.4 | 5079.3 | 4693 |
| ||||
| 结构吃水载重量 t | 6300 |
|
|
|
| ||||
| 载油量 |
| 3765.8 |
|
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| ||||
| 船员 人 | 16 | 10 | 12 | 14 |
| ||||
| 主机型号 | Mak 9M25 | ZJMD-MAN Bamp;W 6L23/30A | 8320ZCd-4 | 广柴/8320ZCd-4 |
| ||||
| 主机持续功率 kW | 2975X750r/min | 960X900r/min（2台) | 2060 | /1765KW/500r/min/1台 |
| ||||
| 航速 kn | 12 | 11(设计航速) | 12 |
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| ||||
| 航区 | 无限 | 无限 | 近海 | 近海/A1 A2 |
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| LW t |
| 1558.2 | 1576.1 |
|
| ||||
| Xg（空船） m |
| -5.415 | -5.15 |
|
| ||||
| Zg（空船） m |
| 4.854 | 4.903 |
|
| ||||
| Xg m |
| -0.094 | 1.788 |
|
| ||||
| Zg m |
| 4.268 | 4.633 |
|
| ||||
| Zb m |
| 2.817 | 3.003 |
|
| ||||
| Xb m |
| 0.02 | 1.871 |
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| ||||
| 货舱数量 | 10 |
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| 船名 | 5500t油船 | 5400t油船 | 5500t油船 | 4800t油船 |
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| Loa m | 99.6 | 105.89 | 110 | 96.09 | ||||
| Lwl m |
|
|
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| ||||
| Lpp m | 94 | 9.85 | 102.7 | 89.8 | ||||
| B m | 18 | 15.8 | 16.8 | 15.8 | ||||
| T 结构 m | 6.5 |
|
|
| ||||
| T设计 m | 6 | 5.9 | 5.8 | 5.78 | ||||
| D m | 9.6 | 7.8 | 8.2 | 6.8 | ||||
| Cb | 0.809 |
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| ||||
| CP | 0.815 |
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| ||||
| 排水量 t |
| 7663.7 | 7916.1（满） |
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| 设计吃水载重量 t | 5500 | 5400 | 5500 | 4800 | ||||
| 结构吃水载重量 t | 6300 |
|
|
| ||||
| 载油量 |
|
|
|
| ||||
| 船员 人 | 16 | 18 |
| 14 | ||||
| 主机型号 | Mak 9M25 | 83202CD-4 |
| 广州8320CD-6 | ||||
| 主机持续功率 kW | 2970X750r/min | 1765X500r/min | 2060X525r/min | 2060X525r/min | ||||
| 航速 kn | 12（服务航速） | 11.5 | 12 | 11.5 | ||||
| 航区 | 无限 | 近海 | 近海 |
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| LW t |
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| ||||
| Xg（空船） m |
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| Zg（空船） m |
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| Xg m |
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| Zg m |
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| Zb m |
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| ||||
| Xb m |
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| 货舱数量 |
| 10 | 12（2油污兼液货舱） | 10（2油污仓） | ||||
5、设计内容与主要方法
5.1设计内容
（1） 型线设计及绘制型线图
（2） 静水力计算并绘制相应图纸——静水力曲线图、邦金曲线
（3） 总布置设计及总布置图的绘制
（4） 性能校核
完成稳性、快速性、最小干舷的校核计算。
（5） 设备选择
计算舾装数，并以此为根据，依照法规要求和实际需要选择合适的船舶设备。
5.2主要方法
5.2.1自行设绘法
根据新船的具体要求、型线设计的基本原则和规律，参考相近船型的优良型线资料，经过综合分析和比对不同型线性能的优劣，在对新船型线特征有所把握后，自行设计并绘制型线图。
5.2.2母型船改造
利用与新船相近的优秀母型船的型线资料，应用适当的修改方法，将其改造成符合设计要求的新船型线。
用母型船改造方法生成的型线，可以保持优秀母型船的型线特征，因而对新船的性能比较容易把握。选择母型船时，要考虑到母型船型线的优良性，注意到新船和母型船各项参数的接近程度，否则修改量太大，很难保持母型船的优良性能。
当新船与母型船的主尺度不同时，需作尺度变换，常用的是线性变换；将母型船的横剖面面积曲线作为新船初始得到的横剖面积曲线。
5.2.3系列船型法
选择与新船船型特征相近的系列船型，直接应用系列船型的型线资料，查得设计水线以下及部分水线以上的船体型值，需要时作局部修改。
5.2.4数学型线法
应用数学函数来表达水线或横剖线或船体曲面，控制形状特征参数，由计算机程序完成型线生成工作。
6.结束语
本设计所设计船舶为同时可以运载多种闪点不高于60℃的成品油船。航区为近海航区。本船为钢质、具有连续单甲板、艏楼和艉上层建筑、双壳、双底、单桨、单舵、尾机型、单柴油机驱动。
按照CCS有关法规和规定设计校核。本船设计载重量为5200t。本船试航速度不低于12kn，续航力3500 nmile，自持力12d。主机、辅机拟用低耗油国产或引进专利国内生产柴油机，其型号与功率由设计要求自行选定。并按照规范要求和实际需求选取锚、系泊、舵、工作、救生、消防及航行信号等设备。
设计步骤大致分为型线设计及静力学计算、总布置设计、性能校核、编写结构计算书以及绘制分段结构图与编写设计报告六个阶段，并于其中穿插外文文献的翻译工作，历时十三到十五周。
设计过程中将应用船舶与海洋工程专业所学专业课知识，通过《船舶设计原理》《船舶静力学》《船体制图》《船舶推进》《船舶阻力》等专业课所学，综合分析油船的技术性能和船型特点，根据中国船级社(CCS)《国内航行海船建造规范》(2014)；《钢质海船入级规范》（2012）及2013、2014年修改通告；中华人民共和国海事局(CHINA MSA)《船舶与海上设施法定检验规则》（国内航行海船法定检验技术规则）(2011)等规范与法规设计一条具有良好性能的油船。
通过本次设计，我们可以将所有专业课的知识运用在实践中，加深对船舶设计的理解，亲身感受船舶设计中会遇到的各种难题和困难，一一解决。
3. 研究计划与安排
| 时间 | 周数 | 内容 | 要求 |
| 第1周 | 1.0 | 通过调研，收集资料，对毕业设计内容进行思考，撰写完成开题报告、布置外文资料翻译任务 | 提交开题报告 |
| 第2周- | 1.0 | 确定船舶主要要素，绘制布置草图 | 提交尺度确定阶段报告及图纸 |
| 第3-4周 | 2.0 | 设计与绘制型线图, 完成静力学计算、绘制静水力曲线图、邦金曲线图 | 提交型线阶段报告及图纸 |
| 第5周 | 1.0 | 完成总布置设计，绘制总布置图 | 提交总布置设计阶段报告及图纸 |
| 第6周 | 1.0 | 1． 计算液体舱舱容要素 2． 完成各种载况下船舶浮态，稳性衡准的计算 |
|
| 进行中期抽查（院系组织专人检查），实行中期淘汰制（第6周末） | |||
| 第7-8周 | 2.0 | 1．计算液体舱舱容要素 2．完成各种载况下船舶浮态，稳性衡准的计算 3．完成快速性预报 4．完成最小干舷计算书 5．完成舾装数计算及设备配置 | 提交性能阶段计算报告 |
| 第9-10周 | 2.0 | 编制相应结构计算以及剖面绘制 |
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| 第11-12周 | 2.0 | 翻译外文资料、编写毕业设计报告书 | 提交全部设计资料 |
| 第13周- |
| 返回修改，准备答辩 |
|
| 注：外文资料翻译分散进行。 |
