[交通运输]高速船与游艇设计3-1容量与登记吨位.ppt

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1、课题三 船舶容量与登记吨位, 概 述 船舶容量是船内容积与甲板面积的总称。 任何一艘船舶，为满足预定的使用要求，至少应具备两方面的条件： 其一，必须满足重力与浮力平衡，提供足够的浮力来支持船舶自重和预定的载重量； 其二，设计船必须提供足够的容量，以满足货物、燃油、淡水、压载水等对装载空间，机舱设备对机舱空间的要求；同时，还必须提供足够的内部甲板和露天甲板面积，以满足各类人员对生活舱室、工作舱室与公共处所的布置要求，满足各类甲板机械的布置与作业面积要求。,研究的意义 船舶容量的研究是重要的，因为它关系到设计船能否满足任务书规定的使用要求，同时还影响船舶的技术性能(如浮态)与经济性。如果船舶容量不

2、足，就不能满足使用要求；反之，如果容量过大，则船舶尺度势必过大，船舶造价与营运成本增加。因此，无论是容量不足或是容量过大，都要及时调整船舶主尺度。,研究船舶容量的方法 研究船舶容量的方法因设计阶段而异。船舶初始设计阶段，设计者要按任务书指定的各项使用要求估算设计船所需的容量；同时，又要根据满足重力和浮力平衡条件所初步拟定的船舶主尺度及总布置格局，估算设计船所能提供的容量；力求使设计船所能提供的容量等于或略大于所需容量。在技术设计过程中，设计者将根据船舶型线图、总布置图、帮戎曲线图等图纸资料，对全船各舱室的容积及其形心进行详细计算，绘制容量图和舱容要素曲线，以便精确计算货物、油和水等的重量重心，

3、为纵倾调整和各载况稳性计算提供必要数据。,本 课 题 内 容 (1)初始设计阶段船舶容量的估算方法，研究舱容与船舶主尺度的联系规律，以便运用这些规律合理选择船舶主尺度； (2)详细设计过程中容量图与舱容要素曲线的计算与绘制方法； (3)船舶登记吨位与船内容积密切相关，是影响船舶经济性的重要指标。因此也在本课题结合规范作简要介绍。,31 货船的容积 一、船舶容积的有关概念 (一)货物的积载因数 货物的积载因数，是每吨货物装船时所占据的货舱容积，以c表示(m3/t)。 货物的积载因数，随货物的种类、产地及装运方式的不同而异，如铁矿石散装运输时、其积载因数： c 0.330.45；而小麦散装运输时，

4、c 1.221.34，袋装运输时，c 134145；表31列举了部分常见货物的积载因数。,（二)型容积利用系数 型容积(或称毛容积)系指按型线图计算所得的舱内容积(m3)。 净容积：实际上，船舱内总是含有骨架的，而舱内骨架、护条、垫板等总要占据一定的空间，当货物、油，水等装载时扣除掉这部分空间后所剩余的有效装载容积称为净容积； 折扣系数：舱内净容积与型容积之比称为型容积利用系数，有时也称为折扣系数，用kc表示。显然， kc的大小表明了舱容利用率的高低。,各类货舱的kc值一般取：对于包装货舱，为0.880.92；对于散装货舱，为0.98左右；对于货油舱，为0.950.96(其中23，为考虑油受热

5、膨胀所需的体积)；对于冷藏舱，为0.70.8左右(因绝缘与管系占去较多容积)。 应当注意，上述这些数值只供参考用，设计时最好参考相近母型船的资料，比较分析进行修正，如船小，通常kc应小些；甲板层数多， kc也小些。如果设计时将值取大了，则选定主尺度的相应实船装不下预定数量的货物，这将影响船的使用效能及经济性。一般船东对货舱容积十分重视，设计中要给予保证。,(三)散装舱容与包装舱容 1包装货与散装货 船舶所运输的货物种类很多，按其载运形式可分为两大类：包装货和散装货。载运时用箱、桶或袋子包装起来的，称包装货，如成箱装运的水果、食品。家具、五金，桶装的各种酒、油类，袋装的化工产品、面粉、水泥、食糖

6、等。还有一些货物虽然运输时不用包装，但它们本身已进行了整理，如装配好的机器、汽车等，也属于包装货，另一类货物如矿石、煤炭、谷物、散装水泥等，运输时不用包装，而是直接装在货舱里，此类货物称为散装货。同一类货物有时既可采用包装，也可采用散装运输，如谷物、食盐、水泥等，应视具体情况而定。,2包装货舱容积和散装货舱容积 由于装运的货物分为包装货和散装货，由此货舱容积也分为包装货舱容积和散装货舱容积，简称包装舱容和散装舱容。所谓散装舱容，是装载散装货物时货舱的有效容积，此时，货物装载可达甲板横梁(或纵骨)的上缘、肋骨外缘和舱底板的顶面。 货舱的散装舱容=该舱型容积X型容积利用系数kc(0.980.99)

7、,包装舱容，是装载包装货物时货舱的有效容积，此时，货物装载一般只能达到甲板横梁(或纵骨)的下缘，肋骨及货舱护条的内缘和舱底铺板的顶面。货舱的包装舱容约为该舱型容积的0.880.92。通常，同一货舱，其包装舱容约为散装舱容的0.90。,二、所需船主体型容积的计算 图31所示的为一艘典型货船的布置示意图，主体内设有货舱、机舱、燃油舱、淡水舱、压载水舱及首、尾尖舱等。,各舱容积的计算方法： 1、货舱型容积Vc 式中，Wc载货量(t)；c 货物积载因数(m3/t)；kc型容积利用系数。,2油水舱型容积V0w 式中； V0w油、水重量(t)；i 相应燃油、滑油、淡水的密度(t/ m3)，通常重油：089

8、 t/ m3 ；ki 液体舱型容积利用系数，一般，燃油舱取0.94，水舱取0.97。,3专用压载水舱型容积Vb 油船、散装货船、多用途货船，空载返航时常需加压载水。装载压载水的理由是： (1)保证必要的浮态。空载返航时，吃水太小，桨叶不能被充分浸入水中，螺旋桨的推进效率和推力就会减小，且桨叶交替出水会引起桨叶的严重振动；空载时首吃水太小，船舶在海浪中易引起拍击和砰击，以致损坏首部的结构，而且极度尾纵倾会缩小驾驶室的视野，在横向风浪中会给操舵增加困难。因此需加压载水，以保证船舶耐波性所要求的浮态。,(2)空载返航过程中，油、水和备晶的消耗，使船舶重心提高，初稳性 高度降低。为保证稳性，也须加压载

9、水。 由于环境保护和防污染的规定，目前已不再用油舱兼作压载水舱，而设专用压载水舱。压载水量多少，因船而异，幅度变化很大。一般要求压载航行时的首尾吃水为： 首吃水Tf；253Lbp；尾吃水Ta：080D(D为螺旋桨直径)，并尽可能浸没螺旋桨。沿海或江海直达货轮压载航行时的首吃水Tf可浅些。,设计初期，压载水舱型容积Vb可按以下步骤估算： 估算压载航行时的平均吃水Tb， Tb=(Tf+Ta ) 2 (33),5，其他舱的型容积V 其他舱是指首、尾尖舱和轴隧室等。此外，油船还有泵舱，前部干货舱(用于调整纵倾)，机舱与货油舱之间，油水舱之间，轻油及滑油与重油舱之间的隔离空舱等等，都占有一定空间，应在估

10、算所需的舱容时进行考虑。货船的Va，一般为主体总容积的24。 综上所述，船主体内各种舱室所需要的总型容积为 V Vc+VOW+Vb+VmVu (39) 式中， Vu一上甲板以上装货的容积。包括货舱口围板范围内的容积和有长首楼货船的首楼内货舱容积。,四、容量方程式 (一)全船容量方程式 设计船所能提供的主体型容积Vh，应等于或略大于所需的主体型容积，这样才能满足设计任务书对舱容的要求。若式(3-9)与式(310)相等，即可得出全船容量方程式为: CbDLbpBD1=Vc+VOW+Vb+VmVu (312）,(二)货舱容量方程式 货船容积的主要矛盾是货舱舱容，一般说来，若货舱舱容满足使用要求，则其

11、他舱室的容积也不难满足，并且，在主尺度相同的情况下，货舱舱容的大小标志着船舶经济性的优劣。因此，可 再从货舱所需型容积Vc ，及船主体所能提供的货舱型容积Vch两方面建立货舱容量方程式，以 供货船初始设计阶段选择主尺度、进行舱容校验之用。,如图31所示，船主体所能提供的货舱型容积为：,设计船所需货舱型容积Vc ，按式(31)计算；为满足货舱容量的使用要求，在忽略货舱口容量的情况下；应使Vc Vch ，即： 这就是货舱容量方程式。货舱容量方程式，鲜明地揭示了货舱容量与船舶主尺度及总布置参数之间的内在联系，有利于从容量角度来研究与调整船舶方案的主尺度与总布置。因此，对于货物运输船，货舱容量方程式较

12、之全船容量方程式使用得更多、更方便。,五、容量校核 一艘载重型船的设计，在初步选取了船舶主尺度并勾画了总布置草图(拟定总布置格局)后，接着要进行一系列的性能初步校核。性能校核的第一步，通常是重力与浮力平衡，而第二步即是容量校核。 所谓容量校核，一方面是按设计任务书的要求估算设计船所需的容积，另一方面是按设计船的主尺度与总布置估算其实有的容积，通过所需容积与实有容积的比较来校核设计船主尺度方案与总布置格局的可行性与合理性。如果实有容积小于所需容积，则要通过修改主尺度或适当调整总布置来增加设计船的货舱容积；反之，如果实有容积过大，则通常要减小船的主尺度。,(一)容量校核的方法 容量校核的方法大体上

13、有两种，一是按照全船容量方程式(312)分别估算船主体实有容积及各类舱室所需总容积；二是按照货舱容量方程式(314)分别估算设计船货舱区段实有容积与装载预定的载货量所需的货舱容积。然后比较实有容积是否等于或略大于所需容积。 (二)增加货舱容积的措施 根据货舱容量方程式,看出，要使货舱容积Vc 增加，就应加大L、B、D，或减小la 、 lf 、 lm、 hd。,(1)加大L和B；,(2)减小la 、 lf 、 hd ；,(3)减小lm ；,综上所述，增加货舱容积最有效(且较合理)的措施是适当加大型深D或D/T。当然，增加船舶平行中体长度、增大弦弧和梁拱等也能增加Vc ，但其效果不大。,(4)增加

14、D;,32 客船的甲板面积 客船是载运旅客的运输船，安全、快速、舒适是对客船设计的基本要求。为满足旅客搭载、食宿和旅途文化娱乐与观光的要求，具有足够的甲板面积成为客船设计的主要矛盾，与货船的容积研究相似，客船设计往往先要估算所需的甲板面积，继而作主尺度规划，然后通过总布置图来校验并确定各舱室的实际甲板面积。,一、所需甲板面积的估算 ZC乘客定额与舱室设备规范及交通部部颁标准沿海客货船船员和乘客主要舱室面积及家具设备配置对各类客船的布置和甲板面积提出了基本要求(参见84)，一般客船设计时均应遵循。在客船设计实践中，往往还要参考客舱标准相近的母型船，结合设计船的具体要求(注意听取船东意见)，对设计

15、船的各类舱室和处所的面积进行估算和统计，求得新船所需的甲板总面积。,通常，应估算和统计的主要舱室及处所包括： 不同等级的旅客居住舱(每舱室人数、人均占有面积数)； 客舱公共处所(厨房、餐厅、盥洗室、浴室厕所等)； 旅客文化娱乐处所(阅览室、娱乐室、舞厅)； 各层甲板通道和旅客散步甲板面积； 不同等级的船员居住舱； 船员生活区公共处所及文娱处所(含会议室)； 船员工作舱室(驾驶室、海图室，报务室，广播室、客运室、民警室、医务室、小卖部等)； 其他特设处所。 根据上述估算和统计数据求和，即得到全船所需的甲板总面积A。,二、主尺度(L、B、D)规划 对客船来说，由于客舱和船员舱均布置在上层建筑内，因

16、此客船的上层建筑通常很发达。在规划客船主尺度之初，往往先要确定上层建筑的层数。层数少了，布置不下众多的各类舱室；层数多了，又会使受风面积过大且重心升高对稳性不利。通常，上层建筑层数可参考相近型船与船宽协调确定。 船宽B，按横向布置情况和稳性要求确定。横向布置，即考虑外走道、床铺(座椅)数目与尺寸、内走廊的布置，有时加宽不多就可能增加一排床铺(坐椅)，使舱室利用率获较大提高。小型客船的B通常还应考虑机舱的布置地位(尤其是双机双桨船)，使主机靠舷边一侧有足够的检查、操作与维修空间。,船长L，可参考同档次建筑形式相近的型船按下式估取： L=A(nB) 式中，A设计船所需的甲板总面积;n、B设计船的甲

17、板层数和船宽， 客船甲板总面积与nLB之比值，通常取自母型船。 型深D，对于大型海洋客船，要考虑船主体内的甲板层数和层高而定；对于小型客船，往往视主机的高度和机舱布置要求而定。,三、甲板面积的校验 在初步拟定客船L、B、D后，即可绘制新船的总布置草图。客船上甲板的总长，要考虑首尾部有足够的露天甲板面积用于布置锚泊、系缆装置和靠离码头时便于船员操作。上甲板以上各层甲板一般沿L内缩， 以形成流线型的侧面外观，沿B向每舷亦逐层内缩50mm左右以避免与船邻靠时碰坏上层建筑。各层甲板的平面布置，往往从通道规划与不同等级的舱室分区开始，各等级的客舱宜按统一模式先作出一个标准间布置以确定其舱室面积。,通过勾

18、画全船的总布置草图，将各种舱室布置在合理的部位。然后仔细检查所布置的各等级客舱人数及面积、船员铺位数及面积、公共处所及其他舱室的面积，计算客舱和船员舱的总面积和人均占有面积，以校验各等级舱位及舱室面积是否满足预定要求，并可作为与其他客船舒适性、甲板面积利用率比较的资料。, 33 容量图与舱容要素曲线 在船舶初始设计阶段，利用容量方程式可以校核船舶主尺度方案是否满足设计任务书提出的舱容要求。随着设计的深入，在型线图、总布置图、帮戎曲线和肋骨型线图等完成以后，则需要精确计算各舱舱容及其形心位置，并绘成容量图(亦称舱容图)与舱容要素曲线。以便精确计算各舱装载量的重量与重心，进而计算船舶各载况的浮态，

19、进行纵倾调整和稳性计算；同时，为船舶在营运中进行配载，控制船舶浮态与稳性提供基础资料。,一、容量图 容量图清楚形象地表示出全船主体(包括货舱口)各舱室容积的大小及分布。该图以船长L为横坐标，以各舱沿L不同剖面处的横剖面面积为纵坐标绘成。 图3-2给出了某二层甲板干货船的容量图。,容量图上通常还附有各舱室舱容要素汇总表(见表32)，以便使用。,容量图的绘制依据是，总布置图、帮戎曲线图、型线图和肋骨型线图。 计算与绘制容量图的大体步骤是： (1)画出纵、横坐标轴，选择适当的长度和面积比例，在船长方向标出首、尾垂线、站线与肋位号，对照总布置侧面图，画出各舱壁位置线； (2)根据帮戎曲线图查出各站在双

20、层底、各层甲板和平台高度处的横剖面面积，并按比例标于容量图的站线上，然后分别把双层底、各层甲板和平台高度处的各站面积点光顺相连即得容量图。,对于那些沿船长不连续、舱壁位置不在站线上的双层底舱或局部平台舱柜，其舱壁位置线上的面积值可根据型线图(或肋骨型线图)计算得到。 根据容量图可知，其最高连续曲线下包围的总面积，相当于设计船主甲板下的总型容积；每个舱室所包围的面积代表了该舱的型容积，面积形心在长度方向的坐标代表该舱容积形心的x坐标。因此，依据容量图能方便地算出各舱室的型容积及其x坐标，进而可算得各舱室的装载量及其型心，与空船重量重心汇总后可得全船排水量及重心纵坐标xgi，于是可方便地计算船舶浮

21、态，进行纵倾调整。,二、舱容要素曲线 舱容要素曲线包括各液面高度处体积V及其形心坐标x 、 z及边舱y ，以及自由液面对通过其面积形心的纵轴的惯性矩ix ；计算时液面深度z通常从舱柜底面算起。舱容要素曲线 根据舱柜布置图、肋骨 型线图及有关的结构图 经汁算后绘成。计算液 舱体积及其形心时，以 采用沿水线面积分的方 法为好，因为这样可同 时算得各深度处自由液 面要素。,34 船舶登记吨位 一、登记吨位的概念与历史沿革 船舶登记吨位(RegisterTonnage，缩写为RT)，是指按船籍国制订的船舶吨位丈量规范(或规则)对船内容积进行丈量和计算所得的登记吨数。 1登记吨=2832m3 (100f

22、t3 ) 由于丈量和计算的结果数据要登记在该船的船舶吨位证书上，所以称为船舶登记吨位。 登记吨位，是船内容积的度量，因此，它与排水量“吨”或载重量“吨”是截然不同的概念。,船舶登记吨位的概念起始于13世纪海上商船的萌芽时期，它是衡量船舶装载能力的简便技术指标，并作为税收、买卖或租赁船舶、签订运输合同、支付各种报酬等的一种依据。 19世纪中叶，英国丈量师乔治摩逊提出了丈量船内容积以衡量船舶吨位的提案。他主张对船内容积进行丈量并采用辛浦生第一法积分计算，计算结果以100ft3为1个吨位，这就是著名的摩逊丈量法。按摩逊法丈量的船舶吨位有两种：一种是量计除“免除处所”以外的全船所有“围蔽处所”所得的吨

23、位，叫做总吨位GT(Gross Tonnage)；另一种则是从总吨位中减除船员舱室和机舱处所等非营利容积后所余的容积，称为净吨位NT(NetTounage)。现今主要海运国家的船舶吨位丈量法规基本上都是以摩逊法为基础制订的。,1有关定义 上甲板，一般指最高一层露天连续甲板，该甲板上所有的露天开口及船侧两舷的所有开口均设有永久性水密封闭装置，如船舶具有阶梯形上甲板，则取最低的露天甲板和平行于升高部分甲板的延伸线作为上甲板，上甲板在吨位丈量中一般作为量吨甲板。 围蔽处所，是指由船壳、固定的或可移动的隔板或舱壁，甲板或盖板所围成的处所，但由永久的或可移动的天篷遮盖的处所除外。围蔽处所的开口情况，只能

24、部分影响围蔽处所吨位的计算体积。,免除处所，只包括按照下列规定确定的围蔽处所之开蔽部分：一端敞开，开口宽度大于0.9B(船宽)，则从该端向内B2距离的空间可以免除，其余部分仍认为是围蔽处所；如开口的宽度小于0.9B,就不能认为是开敞的，不予免除。舷侧有较大开口时，开口长度一段的体积可以免除。甲板上敞开时，直接在开口下的那部分体积可以免除。端壁缩入深度(距甲板端)小于宽度的两倍时，缩入部分的体积可免除等。详细参看规范附录中的图示。,1969年“政府间海事协商组织”(缩写为IMCO)大会通过了国际船舶吨位丈量公约，并于1982年7月18日生效。我国于1980年4月接受了1969年国际吨位公约，成为

25、公约缔约国。因此该公约对我国正式生效。其后，根据国际公约的各项原则，我国船舶检验局(ZC)颁布了海船吨位丈量规范(1985)作为我国海船的吨位丈量法规；次年，ZC又参照“海规”颁布了内河船舶吨位丈量规范(1986)作为内河民船吨位丈量的依据。,登记吨位是影响船舶经济性的重要指标，其作用可归纳如下： 总吨位GT主要用于：表示运输船舶的大小；统计世界或一个国家(地区)或一个公司的船舶拥有量；计算造船或租船费用；作为执行公约规则和配备安全设施的依据；有些国家用作造船补助金，航海津贴，以至船员工资等的计算依据；船舶检验、船舶登记、丈量的收费标准；作为引水费、拖船费、浮筒费和进坞费等的收费标准。净吨位N

26、T主要用于：吨钞锐、港口费、灯塔费、码头费和代理费等的计算标准；计算运河的通行费，等等。,二、登记吨位计算 (一)登记吨位的近似估算 船舶设计初始阶段，为便于使用某些规范或公约，或进行船型技术经济论证，往往需要估算新船的登记吨位。通常可采用下述的近似方法进行。 1，总吨位 (1)与船的主要尺度有关的近似公式 式中，K一系数，取自相近母型船或统计资料。,(2)与载重量有关的近似公式： GT = K1DW 式中，K1系数，根据统计资料或相近母型船的值，一般平均值在0.60左右。 2、净吨位 净吨位近似正比于货舱容积按母型船加以换算，大体为货舱舱容的0.30左右(多甲板货船其净吨位较小者除外)。净吨

27、位NT的数值大体在总吨位GT的0.63-0.70范围；初始设计阶段应按同类型且建筑特征相近的母型船加以估算。,(二)按ZC海船吨位丈量规范(1985)计算登记吨位 ZC海船吨位丈量规范(1985)主要阐述了国际航行船舶和国内航行船舶的总吨位、净吨位的丈量和计算方法。其中，对国际航行船舶的有关规定与1969年国际公约是一致的，而对国内航行船舶的规定，则是参照国际航行船舶进行若干简化处理后作出的。,2国际航行船舶的总吨位(GT)与净吨位(NT) 式中，V扣去免除部分后的船内所有围蔽处所的型容积之和(m3 )；Vc各载货处所的总容积(m3)；N1+N2乘客证书中所载的准许乘客总数；k2、k3 系数，

28、 k2=0.2+0.02 lg Vc, ，k31.25（GT+10000）/10000,3、国内航行船舶的总吨位(GT)与净吨位(NT) GT = K1(V1+V2) NT= k3GT 式中， K1系数，由规范附录系数表查得； V1 量吨甲板以下所有围蔽处所的型容积(m3)； V2量吨甲板以上所有围蔽处所的型容积(m3)；k3系数，对于货、油船，取0.56，对于客货船，取0.52，对于拖船、工程船，取0.30。设计部门在技术设计后期应根据规范按图纸作出吨位估算书；而船检部门则在新船完工后根据规范的详细规定对实船进行吨位丈量和计算，作出吨位计算书并向船东颁发相应的吨位证书。,三、船舶设计中的注意

29、点 船舶登记吨位，是影响船舶经济性的重要指标。船舶设计中设计图纸的送审费、建造过程中船舶造价、进坞费与检验费以及营运过程中的各种收费，都按登记吨位计算，登记吨位愈大，各种收费愈高。因此，船舶设计者应熟悉吨位丈量规范，掌握吨位档次，并恰到好处地运用免除处所尽可能减小船舶吨位，达到预期的设计效果。,在熟悉与恰当运用规范方面，设计者应特别注意以下两点： (1)注意控制吨位档次。 (2)注意国际航线上的吨位差别。如苏伊士运河和巴拿马运河当局规定，通过这两条运河的船舶必须持有按运河规则丈量的船舶吨位证书，并按该证书登录的净吨位交纳运河通航费。因此，对通过上述运河的船舶，除考虑1969年国际公约外，还要按运河当局的吨位规则估算其登记吨位。,