摘 要

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。

本设计依据现行的相关法规、规范，针对5200DWT近海油船，进行方案设计。本设计主要工作有型线设计、总布置设计。利用COMPASS软件进行了设计船的静水力和邦金曲线计算。依据现行法规完成了稳性和最小干舷的校核计算。利用MAU图谱，设计了满足空泡要求的螺旋桨。

关键词：成品油轮；方案设计；总布置设计；型线设计

Abstract

This design book is designed for the 5200DWT offshore product oil tanker. The oil tanker developed by this design is a medium and small oil tanker. Its main purpose is to carry oil products with a flash point of is not higher than 60 °C.

This design is based on the current relevant regulations and specifications for the 5200DWT offshore oil tanker. The main work of this design is molded body plan design and general arrangement design. The hydrostatic and Bonjean curve calculations of the design ship were carried out using COMPASS software. Stability and minimum freeboard calibration calculations were completed in accordance with current regulations. By using the MAU propeller map, a propeller that meets the requirements for cavitation is designed.

Key words: refined product tanker; program design; general arrangement plan; molded plan design

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2主要研究内容 1

1.3研究的主要方法 2

第2章 任务书分析 4

2.1设计任务 4

2.2调查研究、资料搜集 4

2.2.1港口和码头条件 4

2.2.2母型船数据 5

2.3船型特点 6

2.4综合分析 7

2.4.1应解决的主要矛盾 7

2.4.2应注意的主要因素 7

第3章 船体说明书 9

3.1用途及航区 9

3.1.1用途 9

3.1.2航区 9

3.2船型 9

3.3设计依据 9

3.4主尺度及要素 10

3.4.1主要尺度 10

3.4.2甲板间高 11

3.4.3舷弧及梁拱 11

3.4.4肋骨间距 11

3.4.5双层底高度和边舱宽度 12

3.5快速性及续航力 12

3.5.1主机 12

3.5.2螺旋桨 12

3.5.3航速 12

3.5.4续航力、自持力 12

3.6干舷及稳性 13

3.7总布置概况 13

3.7.1上层建筑 13

3.7.2船体区域划分 14

3.8舾装布置 15

3.9舵设备 15

3.10信号设备 15

3.11救生设备 16

3.12舱室布置 16

3.12.1居住舱室 16

3.12.2工作舱室 16

第4章 主尺度确定 17

4.1主尺度确定思路 17

4.2排水量的初步估算 17

4.3主尺度的初步估计 18

4.3.1船长的初步估算 18

4.3.2船宽的初步估算 19

4.3.3设计吃水的初步估算 20

4.3.4型深的初步估算 20

4.3.5方形系数的初步估算 21

4.3.6主机功率的初步估算 22

4.3.7船舶重量计算 23

4.4载货量的计算 26

4.5舱容校核 27

4.5.1所需舱容计算 27

4.5.2肋骨间距 27

4.5.3水密舱壁 27

4.5.4舱室布置 28

4.6快速性初步校核 31

4.7稳性初步校核 32

4.8最终方案 33

第5章 型线设计 34

5.1型线设计的原则和步骤 34

5.2绘制横剖面面积曲线 35

5.2.1的选取 35

5.2.2的选取 36

5.2.3横剖面面积曲线改造 36

5.2.4母型船改造 39

5.3中纵剖面设计 40

5.3.1首部轮廓线 40

5.3.2尾部型线设计 41

5.3.3甲板线 42

5.4绘制型线图 43

5.4.1绘制横剖面图 43

5.4.2绘制半宽水线图 43

5.4.3水线以上部分型线设计 43

5.4.4绘制纵剖线 44

第6章 静水力计算 45

6.1静水力计算软件 45

6.2静水力计算结果 45

第7章 总布置设计 50

7.1总布置设计的原则和内容 50

7.2船舶主要区域的划分 51

7.2.1油船总布置特点 51

7.2.2船体舱室划分 51

7.2.3液舱的划分 51

7.3.上层建筑 52

7.3.1生活舱室布置 52

7.3.2工作舱室布置 53

7.4.交通路线 54

7.5舾装数计算 55

7.5.1主要尺度 55

7.5.2舾装数计算 55

7.5.3锚泊及系泊设备配置 56

7.6锚泊及系泊设备布置 57

7.6浮态调整 58

第8章 干舷计算 60

8.1计算说明 60

8.2主要数据 60

8.3最小干舷计算 61

8.3.1基本干舷 61

8.3.2方形系数修正 61

8.3.3干舷甲板凹槽修正 61

8.3.4上层建筑对干舷的修正 61

8.3.5非标准舷弧对干舷的修正 61

8.3.6最小船首高度 62

8.3.7夏季最小干舷 62

8.3.8干舷衡准 63

8.3.9热带干舷 63

8.3.10淡水干舷 63

8.4结语 64

第9章 螺旋桨设计 65

9.1爱尔法估算阻力 65

9.2初步设计 67

9.3终结设计 69

9.4空泡校核 72

第10章 完整稳性校核 74

10.1说明 74

10.1.1计算依据 74

10.1.2核算状态 74

10.2各种装载状态重量及重心计算 74

10.2.1满载出港 74

10.2.2满载到港 75

10.2.3压载出港 75

10.2.4压载到港 76

10.3自由液面修正 76

10.3.1初稳性修正 76

10.3.2大倾角自由液面修正 76

10.4浮态、初稳性、横摇周期、横摇角计算 77

10.5稳性横截曲线和进水角曲线 79

10.6静稳性力臂计算 80

10.6.1满载出港 80

10.6.2满载到港 81

10.6.3压载出港 82

10.6.4压载到港 83

10.7受风面积及形心计算 84

10.8风压力臂计算 85

10.9最小倾覆力矩 85

10.10稳性校核 87

第11章 舱容校核 88

11.1舱容校核软件 88

11.2典型舱室舱容要素曲线 88

第12章 结束语 91

参考文献 92

致谢 93

附录一：静水力计算 94

附录二：邦金曲线数据 95

附录三：舱容要素数据 99

附录四：母型船数据 111

第1章 绪论

1.1研究背景

现代油船的研究开始于1850年，在近170年的发展历程中，油船呈现出大型化、安全化的趋势。由于全球石油分布不均，同时又是个人生活和社会发展不可缺少的重要资源，因此，石油稀缺以及高消耗地区需要借助油轮来从外界运输石油。在中国，油矿的分布为北多南少。1992年起，我国石油日消耗量开始大于日产量，多出部分全部依赖进口补充，主要来源国为中东、俄罗斯、南美以及北非各国。截至2018年，我国石油进口量已突破4亿，位列全球第一。

成品油即汽车、飞机等重要交通工具动力来源。基于中国庞大的交通体系、高额的私家车持有量，以及经济的稳步上行，成品油的市场需求呈现出线性增长，同时石油作为重要资源其价格具有相对稳定性。因此，航运业对油轮相当依赖。

自2008年以后，航运市场持续低迷，海运事业竞争激化，油船明显大型化发展。但是大型船舶仅适用于远洋航线等跨国运输，对于国内短程成品油运输而言，大型油轮相较中小型油轮有着装卸效率低，停靠港口多，以及限制条件大等无法避免的劣势。5000载重吨成品油轮以其载重量较大、操纵较灵活、港口适应性强的优势，占据着国内成品油运输领域的重要一席。

本船为5200DWT中小型成品油船，本论文针对其进行相关设计和计算并最终确定设计方案。

1.2主要研究内容

本设计船为5200载重吨级成品油船，用于装载闪点不大于60℃的成品油，航行于东部近海航区，主要研究内容如下：

（1）主尺度确定：根据文献提供经验公式和设计需求容积，确定满足设计要求的主尺度方案，估算船舶重量重心，平衡船舶浮态，使船舶达到最佳的浮态。

（2）型线设计：从载重量、快速性、稳性、耐波性、经济性、工艺性等多维度进行考虑，选取棱形系数和浮心位置。运用1-法改造母型船的无因次横剖面曲线的棱形系数，并利用迁移法修正浮心纵向位置。结合母型船船体型线，利用改造后无因次横剖面面积曲线，自行设绘设计船水下部分型线。水上部分型线则从甲板上浪、甲板面积、耐波性和稳性等角度考虑，自行设计。最终绘制出设计船的型线图。

（3）静水力计算：借助COMPASS软件，采用计算机辅助设计的方法，建立设计船的计算机模型，进行静水力计算和邦金数据计算。并以计算结果为依据，检验型线设计吃水时对应主要参数是否于主尺度确定阶段相一致。绘制静水力曲线图和邦金曲线图作为后续计算的依据。

（4）总布置设计：依据相关法规规范要求，参考母型船总布置设计，以设计合理、交通便利、舱室安全、功能齐全、舒适宜居为原则，进行船舶舱室划分、人员配备、上层建筑设计、交通通道规划、舾装设备选型及布置等工作。

（5）螺旋桨设计：进行螺旋桨初步设计、终结设计以及空泡校核。最终确定满足设计航速的最佳转速、直径、螺距比、盘面比和桨叶数等主要螺旋桨参数

（6）舾装数计算：根据现行法规规范，选择设计船所需锚泊与系泊设备。

（7）最小干舷、完整稳性计算：根据现行法规规范，完成最小干舷及完整稳性计算，校核船舶安全性与可靠性。

（8）舱容校核：根据COMPASS软件与总布置设计，建立设计船分舱模型，进行舱容要素计算，校核设计船舱容是否满足需求。

1.3研究的主要方法

本论文针对5200DWT油船的总体设计以安全可靠、经济环保、性能优良为基本原则，采用法规、规范设计与计算机辅助设计相结合的设计方法来进行方案设计。本船依据现行的船舶相关法规、规范，参考相关船舶设计手册。

在初步设计阶段，首先根据相关经验公式和统计公式，确定一系列船舶尺度方案，再经过综合分析，确定出初步船舶尺度。以该尺度为依据进行相关的性能校核，并依据校核结果修改和改进方案，以螺旋式前进的设计流程进行船舶设计。

依据母型船数据，根据确定的主尺度对母型船型线进行仿射变换，并自行设计水上部分型线。根据设计结果制作型值表，以此为依据，利用COMPASS软件建立船体模型，计算邦金曲线、静水力曲线以及舱容要素，根据计算结果进行后续的性能校核以及总布置设计工作。参考螺旋桨图谱进行螺旋桨的设计出船舶可使用的效率最佳的螺旋桨。最终确定5200DWT成品油船设计方案。

第2章 任务书分析

2.1设计任务

本任务书要求完成船舶的主尺度确定、型线设计、静水力计算、总布置设计、舾装设备选择、干舷计算、螺旋桨的设计、完整稳性校核等主要工作，并完成不少于5张2#图纸的设绘工作量。

2.2调查研究、资料搜集

在进行方案设计之前，设计师需要对任务书进行深入的分析，了解设用船部门的意图和要求，明确设计船是一艘什么样的船，需要达到什么要求。然后根据这些要求进行相关资料的搜集，作好设计前的基础工作，主要有以下几个方面的资料需要搜集：

2.2.1港口和码头条件

本船设计航线为上海——青岛——大连

（1）航道限制条件

上海港限制水深为8米。

青岛港-董家口港区泊位吃水限制为17.2米。

大连港泊区限制水深大于8米。

（2）水文条件

上海港潮汐属正规半日浅海潮。高低潮相差0.5~1.5米，涨落潮历时4~8.5小时。

青岛港-董家口港区属规则半日潮。最大潮差5.34米，平均潮差2.94米。最大流速1.2~1.3节

大连港属混合潮港即正规半日潮和不正规半日潮交替出现。潮差不等，平均潮差2.1米。平均涨落潮间隙高潮10小时18分，平均低潮4小时1分。

（3）气象条件

上海港每年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。

董家口港区强风最大风速12.8m/s，历史最大风速23m/s。风速较大，对船舶稳性有更高要求。

大连港夏季最大风级为6级，且持续时间较短，每月仅4~5天。冬季为强风期，且多为振时大风。

（4）结冰情况

上海港为终年不冻港。

大连港每年晚冬和初春会有结冰现象，但冰厚仅有5~20cm，一般不影响航行。

董家口港需要考虑冰区影响，百年内仅有三次严重结冰期，但一般每年仅有半月有较薄冰层凝结，通常无碍于航行。

2.2.2母型船数据

母型船数据见附录四。

（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。

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

（2）快速性指标

根据附录母型船数据，可以计算出：

海军系数的范围为290~433;

弗汝德数的范围为0.20~0.22。

2.3船型特点

（1）型线特点

本船型线特点为：首部加装SV形球鼻首，龙骨线为水平，尾部为方尾。首部横剖线偏V形，尾部偏U形。有较长平行中体，属肥大型船。设计水线较丰满，水下排水体积偏向船中前，以获得更好的阻力性能。

（2）布置特点

全船纵向划分为三段，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。主机为尾机型，有利于加快装卸速率，减小轴系空间，并节省货舱容积。

机器处所必须位于货油舱后，并设置空舱或货油泵舱隔离开。起居处所和服务处所出入门及开口均不可面向货油区，且距其边界端部至少为3米或4%，取其大值，并不大于5米。

（3）结构特点

设计船设置多道水密舱壁和强肋骨框架，以增加船体强度，和装载不同种类油类。货舱采用安全性更高的双壳式舱室即采用双舷双底，加强船舶安全性以及降低油船泄露造成污染的概率，降低经济损失及环境破坏。使用混合骨架式结构，首部采用横向骨架式结构，中部采用纵向骨架式结构。与散货船不同，油船甲板骨架安装为外骨架式，即肋骨与纵桁均安装于甲板之上，而非甲板以下。这是因为所载货物的不同所引起的，散货船多为干货，而油船为粘性较大的油类，容易吸附在船体骨架上，时间久了也会有油渣残留，不便于洗舱。

2.4综合分析

2.4.1应解决的主要矛盾

（1）快速性与经济性间的矛盾

油船属中低速船舶，对于快速性要求并不高。因此，在选择主尺度时，应偏向选取经济最佳尺度而非阻力最佳尺度。且快速性越高，造价越高，盈利能力越低，经济性越差。因此，经济性优先于快速性考虑，在满足设计航速要求后，尽可能降低建造成本及运营成本。

（2）载重量与快速性、稳性间的矛盾

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