万吨级散货船的性能设计.docx

万吨级散货船的性能设计 开题报告 船舶与海洋工程 万吨级散货船的性能设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 国际动态： 2022 年，从成交的船型看，散货船依然是订造最多的船型，占订单总量的63.5%，油船占27%，集装箱船全年仅勉强成交2 艘1060TEU,散货船是非常活跃的船型，因此其市场的走势较为复杂，目前，中国铁矿石海运贸易量占全球的70，亚洲焦煤海运贸 易量占全球的71，亚洲动力煤海运交易量占到全球的68以上，因此，散货船市场2022 年的表现主要寄希望于亚洲国家，尤其是中国和印度的需求。目前各方均看涨铁矿石价格，去年初，铁矿石现货价格在需求上涨、炒作等因素的影响下持续上扬，2022 年上半年散货船市场行情也可铺因抢运铁矿石而出现上涨1。 这几年来造成航运市场运力吃紧的主要因素是中国大量进口铁矿石和煤炭，使得 运力增长满足不了运量快速增长需求。散货船船队运营效率不高，成为推动近年来世 界干散航运费率不断创出新高重要原因，但是不能改变未来船队运力过剩的趋势2。 近些年来,散货市场对散货船的需求主要是普通散货船,而散P油兼用船和自卸式散货船的需求较少。承担大宗干散货海上运输主要任务的散货船历来都是世界航运界的 主要运输船型，而载重量在25万t 级左右的灵便型散货船又以其载重吨位适中，对航道、运河及港口码头具有较强的适应性且营运方便灵活因而被称之为“灵便型”，其 中五万t 级载重量的灵便型散货船又被称之为大灵便型散货船（Handymax）10。随着 对大型散货船需求量的不断增多,好望角型、巴拿马型和大灵便型船在散货船中所占的比例不断增加,而小灵便型船的比例却在逐渐减小。2022 年,好望角型、巴拿马型和大灵便型散货船订单量分别为1430 万、860 万和660 万载重吨,占散货船订单总量的45 %、27 %和21 %15。 世界散货船发展的主要趋势是:随着船舶大型化的发展,散货船结构将继续调整; 散货船船龄将进一步缩短。散货船趋于大型化,船舶结构将继续调整20 世纪80 年代初,散货船队以小灵便型船为主力,占散货船总吨位的55. 2 % ,而好望角型船仅占4. 8 % , 大灵便型船和巴拿马型船各占19. 3 %和20. 7 %.20 世纪90 年代初,好望角型船和巴拿马 型船,取代了小灵便型船在运力中的地位,占总力的50. 8 %;到2022 年,两者所占的比例分别达到了32 %和25 % ,小灵便型船则下降到了25%。2022 年,好望角型船和巴拿马型船在船舶结构中的比例进一步提高,分别为33. 3 %和27. 2 % ,小灵便型仅占22. 66 %。预计好望角和巴拿马型船的比例将继续增长,小灵便型船将继续减少,散货船越来越趋向 于大型3。 国内动态： 在散货船的五种代表船型中，100 000 DWT180 000 DWT 好望角型散货船是通过好望角连接大西洋和太平洋的典型船型，主要承担海上远距离散货的运输任务。近年来 随着中国作为世界经济增长引擎的作用彰显，煤和铁矿石运量迅速增长，好望角型散 货船需求大增6。 从1992 年至2022 年的10 年间，国际航行船舶发生150 余起事故。与此同时，IMO 也在讨论散货船的标准问题，其中一项重要的动议是推行散货船双舷侧结构化，并且 一度欲将其列为强制执行的公约。这些新的国际公约与国际技术标准的变化也使得我 国当时所制造的散货船面临产品更新的境地，迫切需要进行结构上更安全的新型散货 船的船型开发。针对如此紧迫的国际环境，2022 年1 月，由中国船舶工业行业协会、中国造船工程学会、中国船舶工业集团公司、中国船舶重工集团公司、中国船级社、 中国远洋运输（集团）总公司、万邦航运集团总公司等七家单位共同启动OBC （Optimum Bulk Carrier) 项目。这次开发的系列优选型双舷侧结构散货船，符合当前国际航运及造船界发展所需的“安全、经济、健康、环保”的总体潮流，是国际船舶 市场的热门船型。首批共有四种船型，分别是载重5.4万吨级的大灵便型、7.5 万吨级的巴拿马型、10万吨级的超巴拿马型和17.5 万吨级的好望角型。表明我国在散货船研发中把握住了国际船东需求和船舶设计理念的发展趋势，前瞻性地提出了一些新的设 计理念和标准，所设计建造的船舶得到了国际航运界的认可与好评，使得我国在散货 船的船型开发上走到了世界的前列，同时也表明我国的船舶设计和建造水平达到了一 个新的高度4。 中国对进口铁矿石的大量需求,使得干散货航运市场在2022年6、7月份及10、11月份走出两波涨升行情。在三大主力船型中,散货船也是2022年表现最好的一种船型9。 在国内，散货运输约占货运量的40%，日益发展的散货船队在能源运输、国际贸易中是一支主力军，在国民经济发展中占有重要地位。从船队结构情况看，我国干散货 船队船舶吨位偏小，平均载重吨低于世界平均水平，其中2万5万吨散货船约占43%(以 载重吨计)。我国船队最近几年应加快老龄散货船的更新及大型散货船的建造，以适应我国经济发展的需求。 近年国际上运输船型不断向大型化发展,造船技术的发展进步使得同型船舶的载重量不断增大, 以期不断提高单船的经济效益5。 随着世界经济的发展，散货船运输在经济发展中的作用日益重要。要实现我国成 为世界第一造船大国的目标，首先就要在产量上超过日本和韩国，为此应该把吨位 大、技术难度小、已形成优势的三大主力船型之一的散货船作为发展的重点，加大投入，增加技术储备，积极参与国际竞争。2022 年按订单的交船量，已相当于2022 年规划造船能力和2022 年年造船量的3 倍（相当于2000 年造船完工量346 万dwt 的20 倍）14。目前国内的各大船厂都在努力打造自己的品牌船型，像上海沪东船厂设计被 誉为“中国沪东型”的7.4万吨散货船、上海外高桥造船厂开发建造的17.5万吨好望角型散货船、渤海船舶重工有限责任公司的17.4万吨双壳体散货船等都是国际上极具竞争力的散货船型7。目前国内外的散货船需求大增，我们应该抓住机遇，加快散货船的建造和运输的发展，为我国的经济建设服务。 船舶性能校核主要指船舶设计中技术性能校核计算，如浮性、稳性、快速性、操 纵性、耐波性、抗沉性等。从广义上说还应包括干舷、舱容、吨位、振动、强度、经 济性等。它们与船舶的主要要素、船体型线、布置地位、结构形式密切相关，对船舶 的安全性、经济性及适用性有着重要的影响11。 船舶性能及结构特性综合优化问题较为复杂, 涉及的船型参数也很多, 经综合分析现选以下12个参数作为设计变量。船长L, 船宽B, 吃水T, 方型系数CB, 中横剖面系数CM, 水线面系数CWP, 浮心纵向位置LCB, 螺旋桨直径DP, 盘面比AE /AO, 螺距比P/DP, 螺旋桨转速n, 设计航速VS这12 个参数作为设计变量12。 散货船的总布置有以下的特点。 1.现在散货船都采用尾机型。这样中部方整的部位都可以用于货舱，有利于货舱 口的布置和提高舱容利用率，也有利于结构的连续性，提高纵总强度。机舱的长度在 机舱布置许可的情况下应尽量缩短。首尖舱的长度约（0.05-0.07）L pp, 尾尖舱的长度约（0.035-0.045）L pp。2.散货船的货舱通常设有顶边舱和底边舱。这种货舱形状的好处是：减少卸货时的清舱工作量；减少平舱工作量；顶边舱和底边舱用于装载压载 水，增加了压载量，提高了压载重心，可增加压载航行首尾吃水和改善压载状态的横 摇性能。散货船货舱的数量根据船的大小、装卸设备的配置以及破舱稳性的要求确 定，每舱长度一般不超过30米13。 3.散货船一般都为单甲板。大型散货船大多仅设甲板室，无首楼和尾楼，也有些仅设首楼，无尾楼；中小型船一般设有首楼，并根据需要设置尾楼。驾驶室以及船员生活舱室等都设置在尾楼。甲板室的层数和高度根据所需的布置地位以及驾驶盲区的要求确定 4.散货船大多设有甲板起重机，主要用于卸货。对大型散货船和主要用于定线运输煤、矿砂等散货的船，如码头有装卸设备，则船上可以不设起重机。现在散货船根据需要有的采用自动卸货设备，称为自卸散货船，常用重力喂料、皮带运输的卸载方式。这种设置一般由料斗、斗门、舱底输送带、横向输送带、提升带以及悬臂输运带等组成。不过自卸散货船造价比较安昂贵8。 新的造船规范的出现，新的信息技术的应用，新的材料与技术的出现，使船舶制造进入一个新的发展时期。通观散货船的发展历史及对现状的分析，散货船的发展趋势在快速性、使同年限增长、环保和自动化程度提高等几个方面体现的相当明显。本次课程设计，秉着前人的经验和自己的设想，对散货船的总体，性能进行了一次系统的考虑和设计。由于时间和能力水平的限制，存在许多的漏洞和错误，希望得到各位指导老师的批评与指正。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 一、总体部分 1、任务书与母型船资料分析 2、设计船排水量及重量计算 二、性能部分 1、概述 2、船舶几何形体输入、邦金曲线计算 3、静水力计算 4、稳性与浮态计算 5、静水力曲线图绘制 三、吨位计算 1、主要尺度及参数； 2、上甲板以下围蔽处所的容积V1 3、上甲板以上围蔽处所的容积V2 4、载货处所的容积Vc 5、吨位计算 四，干舷计算 1、主尺度 2、干舷计算 五、总结部分 三、研究步骤、方法及措施： 一、总体部分 1、对任务书进行分析，明确设计的主要内容 方法：根据给定设计船的型线图、总布置图、横剖面图, 分析该船的各项资料。 2、设计船排水量及重量计算 方法：根据船舶设计原理教材书进行计算。 二、性能部分 1、设计船型线图介绍； 2、船舶几何形体输入、邦金曲线计算SRH10； 方法：用COMPASS软件进行船舶几何形体输入和邦金曲线计算。 3、静水力计算SRH11； 方法：用COMPASS软件进行静水力计算和装载计算。 4、稳性与浮态计算； 方法：用COMPASS软件进行横交曲线计算、舱容计算和装载计算。 5、静水力曲线图绘制； 方法：根据COMPASS软件输出的结果绘制静水力曲线图。 三、吨位计算 方法：根据2022年国内航行海船法定检验技术规则“吨位丈量”要求，按国内航行作业的船舶的要求进行计算。 四、4、干舷计算 方法：本船是用于近海散货运输，干舷是根据“非国际航行法定检验技术规则”中第三篇的内容进行计算。 五、总结部分 四、参考文献 1.韩笑妍.2022年全球船市分析J.船舶物资与市场，2022（2）：17-21 2.包张静.散货船市场得恋曲2022J.中国船检，2022（9）：38-40 3. 刘晓东，谢新连.散货船运输市场现状与发展趋势J.大连海事大学学报，2022（8）：24-27 4.杨培举.散货船舞台展神韵J.中国船检，2022（2）：32-34 5.白绍隽.五万吨级散货船系列研究开发J.船舶设计通讯，2000（12）：5-6 6.沈小兴.Mini-capesize散货船结构设计概述J.船舶设计通讯，2022（6）：27-29 7. 王运龙，纪卓尚，林焰.散货船现状及其发展趋势J.船舶工程，2022（1）：45-47 8. 顾敏同.船舶设计原理M.上海交通大学出版社，2022：98-99 9.祁斌,李源,秦琦,沈苏雯.2022年世界船舶市场评述与展望J.船舶，2022（2）：1-8 10.盛庆武,李彤宇，寻正来,杨佑宗,孙小江.大灵便型散货船的线性设计与优化J.中国造船，2022（3）：37-46 11.董元胜.船舶性能核算的发展趋势J.船舶工业，2022（9）：12-14 12. 杨松林, 陈淑玲, 奚炜, 张火明.模糊混沌算法及其在船舶性能或结构特性综合优化的应用研究J.船舶力学，2022（4）：209-213 13.中国船级社钢质海船入级与建造规范M北京：人民交通出版社，2022 14.应长春.长三角地区船舶产业发展态势J.上海造船，2022（1）：1-14 15.叶修强.今年船型需求及船价走势J.船市，2022（2）：40-41