第二章 船舶重量与载重线.ppt

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1、第二章 船舶重量重心与载重线,第一节 概述 第二节 空船重量的分析与估算 第三节 载重量的估算 第四节 重心的估算 第五节 载重线,2.1 概述,平衡条件： 重力等于浮力； 重力与浮力的作用线在同一垂线上 浮性方程： 式中：水的密度，海水为1.025、淡水为1 k附体系数，通常为1.0021.006（大船取 小值、小船取大值） 方形系数, 典型排水量,民用船舶 空载排水量：LW 系指空船重量+动车用油水 满载排水量： =LW+DW 系指设计满载出港状态 压载排水量 系指无货加压载状态,军用舰艇 空载排水量 系指空船自重 标准排水量 系指湿重，即空船重量+管系中油水 正常排水量 系指油水一半时的

2、排水量 满载排水量 最大排水量,船舶重量与重心,船舶重量()可分为空船重量(LW船舶的一项重要指标)和载重量(DW反映船舶的装载能力) 即：=LW+DW 式中：LW包括船体钢料重量、舾装重量和机电设备重量 DW包括货物、人员、油水、备品等 船舶的重心位置关系到船的浮态和稳性 在船舶的各个设计阶段，重量与重心的估算或计算都是一项必不可少的工作，并随着设计阶段的深入，逐步近似，由粗到精。 减少估算误差的必要性,减少估算误差的必要性,船舶重量估算误差过大，势必造成： 一是当重力大于浮力时，实际吃水将超过设计吃水，船舶有可能不能在预订航区中航行，干舷和储备浮力减小，甲板易上浪，抗沉性和结构强度也可能不

3、满足要求； 二是当重力小于浮力时，尾吃水可能不足而影响螺旋桨推进效率，海船耐波性变差，改变预定的稳性和横摇性能。,2.2 空船重量的分析与估算,空船重量的分析 估算空船重量的重要性 空船重量的分类 空船重量的估算 载重量系数法 分项估算法 船体钢料的分析与估算 舾装重量的估算 机电设备重量的估算 固定压载与排水量裕度,(一) 空船重量的分析,估算LW的重要性 浮性方程： LW决定造价 DW反映了船的装载能力 LW直接影响到船舶的技术性能和经济性能,空船重量的分类,各类船舶LW占满载排水量的比重 空船重量的构成 船体钢料和舾装重量占LW的比重,各类船舶空船重量与满载排水量之比,空船重量的构成,-

4、船体钢料重量 -舾装重量 -机电设备重量,空船重量船体钢料重量的构成,壳板 甲板及平台 舱壁及首尾封板 船底骨架 舷侧骨架 甲板骨架 货舱结构 首尾柱及轴包套 机座及座架 上层建筑钢料 支柱及桁架等 焊料,空船重量舾装重量的构成,船体木作 船舶属具 船舶设备及装置 舾装木作 生活设施及用品 水泥及磁砖 油漆及敷料 船舶管系 通风及冷藏等,空船重量机电设备重量的构成,主、辅机械设备 轴系 动力管系 机炉舱设备 船舶电气 船舶操纵及遥控设备,船体钢料重量及舾装重量与空船重量之比, 空船重量的估算,在设计初期，空船重量可采用以下方法： 载重量系数法 式中： -载重量系数，可按表或统计公式计算 百分数

5、法 式中： -系数，可参照母型船选取(或按表选) 分项估算法 船体钢料重量的估算 舾装重量的估算 机电设备重量的估算 固定压载与排水量裕度,载重量系数统计公式,适用于DW=0.56万吨级散货船 适用于DW=0.52.5万吨级多用途货船 适用于DW=110万吨级油船及矿砂船,船体钢料的分析与估算,影响船体钢料重量的主要因素 主尺度及方形系数 布置特征 使用要求 其他因素 船体钢料重量的估算 粗估法 统计分析法 较精确估算法 精确计算法,钢料重量的影响因素主尺度及方形系数,船长：从构件数量和强度条件两个方面来分析，船长对空船重量的影响最大。从构件数量和几何尺寸看，船上大部分构件都与L有关；从强度条

6、件看，L越长，船在水中所受的纵总弯矩越大，要求船体构件尺寸大。 船宽：B对纵向构件影响不大，但对横向构件的强度影响较大。从构件数量看，B主要与船底、甲板、舱壁等有关。 型深：一般来说，D的增加会引起构件数量的增加。但从总纵强度来看，D大，船体梁的剖面模数W也大，对强度有利。对于大船，增加型深，增加D后对W的贡献相当程度上抵消了构件数量的增加，其总的钢料增加甚微或不增加；对于小船，会造成钢料增加。 吃水：吃水的变化不影响构件的数量，但对局部强度有一定的影响。 方形系数：方形系数对船体构件的数量和尺寸影响甚微，但根据规范，对船体梁的剖面模数有影响。,钢料重量的影响因素主尺度及方形系数,船舶主尺度及

7、系数对船体钢料的影响可用以下指数形式来表示： 式中：、称为主尺度对船体钢料重量的影响系数，且大体有 和、 ，其中 1（在1.11.9之间），其他均小于1。,船体钢料重量指数形式的回归系数,钢料重量的影响因素布置特征,甲板层数：取决于使用要求和布置特点 舱壁数量：分舱及破舱稳性、结构强度 上层建筑和甲板室：长、宽、高、层数 布置决定的结构形式 ：单舷/双舷、单底/双底,钢料重量的影响因素使用要求,使用年限：考虑钢板的腐蚀量 航行区域及船级：冰区加强，不同船级社的要求 局部加强的附加量：散货船内底板的加厚等,钢料重量的影响因素其他因素,结构材料：普通钢/高强度钢，铝合金等 船体的特殊形状：球首球尾

8、的采用、单桨/双桨（双尾、双尾 鳍、常规双桨尾） 建造加工因素：对小船尤为突出（焊接、避免校平）,钢料重量估算粗估法,百分数法 平方模数法 立方模数法 指数法 （Wc为常数） 以上： -为钢料系数，可按母型船选取； a、b -系数，双层连续甲板a=2；双壳时b=2； -相当型深； S -舷弧升高部分面积； 、 -各上层建筑（甲板室）的长度和高度,钢料重量估算统计分析法,对于一些常规的船型，可采用回归分析的方法，得出回归公式（要注意其的适用范围）： 散货船（15万吨）： 干货船： 油船（310万吨）： l为最大舱长，l/L=0.07-0.2 b为中舱宽，b/B=0.48-0.8 k=0.261-

9、0.273(双底） k=0.276-0.345(双底双壳） 集装箱船（LW=7000-20000吨）：,钢料重量估算较精确的估算法,修差法（加减法）：根据设计船与母型船主尺度差别进行修正得出新船的钢料重。 每米船长重量法： a.根据横剖面图以单元长度（横骨架式为一个肋距、纵骨架式为强横框架距离）来计算全船性构件重量，分别得出设计船和母型船的每米船长重量，再加以换算。对于局部重量应逐项加以修正。 b.在缺乏母型船资料时，计算出新船每米重量以后，可近似估算全船性结构钢料重： （丰满型船） （瘦长型船） 分项换算法：如母型船有详细的分项资料，就可以将船体构件分成组，再逐项进行换算。,钢料重量估算精确

10、的计算法,当设计进行到某一阶段时，就可以根据该阶段的图纸进行逐项计算。 该方法计算工作量大。,舾装重量的分析与估算,影响舾装重量的因素 舾装分内舾装和外舾装。该部分的重量特点是：项目繁多，且各自独立，规律性差。 舾装重量的估算 从舾装重量占整个空船重量比例来看，大型干货船和油船相对较小，但小船，特别是客船所占比例较大。,影响舾装重量的因素,与船的排水量和主尺度有关的重量：锚泊设备、系泊设备、舵设备、消防设备、船舶管系、油漆等。 与生活设施的标准、人员数量有关的重量:舱室木作、家具、卫生设备、救生设备等。 与船的使用特点有关的重量：货船的起货设备及舱口盖；拖船的拖带设备；渔船的捕捞及加工设备等。

11、 特殊要求的重量：如减摇装置、侧推装置等。,舾装重量的估算,百分数法（相对于排水量） 平方模数法（较适用于货船） 立方模数法 统计公式法 油船： 多用途货船： 大型散货船： 较详细的估算法（根据总布置图分系统来估算）,机电设备重量的分析与估算,影响机电设备重量的因素 机电设备重量包括主机、辅机、轴系、动力管系、电气设备等。 机电设备重量的估算 粗估法 较详细估算法,影响机电设备重量的因素,主辅机的类型及技术特征：转速的高低，有无增压装置，结构特点等。 船型及所载货物类型:如客船和冷藏船将赠加发电装置和制冷装置；油船需设加热及蒸气洗舱用的锅炉装置等。 机舱位置及螺旋桨数目,机电设备重量的估算,粗

12、估法 a.根据主机功率： 式中： -主机功率，kw -系数，按母型船或中速机为5-6、低速机为7-9。 b.分组估算：主机及齿轮箱、轴系、螺旋桨、辅机、其他重量（管系及泵、电气设备等，可取为0.04-0.07 ）、特殊重量（冷藏装置、惰性系统等）。 逐项比较法：选择主辅机相同的母型船，进行逐项比较分析，相同的照用，不同的修正，没有的除取。该方法较可靠。 较详细估算法：根据设计已确定的各项设备重量进行汇总。对有些设备应用湿重来计算。,固定压载与排水量裕度,固定压载：是固定加在船上的压载，一般为生铁块、水泥块等，也有用压载水的。它们在任何载况下都是不变的，属于空船的一部分中量。 设固定压载的考虑：

13、稳性不足、加大吃水和排水量、调整浮态。 对货运船舶，设计时加固定压载是不允许的。 排水量裕度： 留排水量裕度的原因：设计中重量估算误差、设备重量的增加、材料和设备的代用，引起空船重量增加。 裕度大小：在初步设计阶段，可取空船重量的4%6%。或对钢料取3%5%、舾装和机电设备重量各取8%10%。,第三节 载重量的估算,载重量=载货量+ 人员及行李、食品及淡水 燃油、润滑油及炉水 备品及供应品,的构成,人员及行李 食品及淡水 燃油 润滑油 炉水 备品及供应品（12%LW）,人员及行李、食品及淡水,人员及行李 人员重量：65公斤/人 船员行李：3555公斤/人 长途旅客行李：2535公斤/人 短途旅

14、客行李：1020公斤/人 食品及淡水 总储备量=自持力（天）*人数*定量（公斤/天*人） 自持力=续航力/（24*服务航速） 淡水定量：海船全部带足100200公斤/人*天、内河船可适当少些 食品定量：2.54.5公斤/人*天 人数包括船员和旅客,燃油、润滑油及炉水,燃油 燃油储备量根据主机功率P、续航力R、航速V及油耗率等来定。 对于货船可按下式来算： 式中： - 一切用途的油耗率(kg/kw*h)，其值为主机额定油耗的 1.15-1.20 - 考虑风浪影响的系数，取为1.1-1.2 滑油 滑油量可取燃油量的一个百分数，即： 式中：-对于柴油机为2-5%，主机功率大、航程远的船取小值。,燃油

15、、润滑油及炉水,炉水 对于内燃机船，船上设的辅助锅炉仅用于燃油(或货油)的加热和生活用汽，其储备量可按： 式中：G-锅炉额定蒸发量（t/h) t-航行时间(h) -蒸汽漏失率，辅锅炉取为0.05-0.06,备品及供应品,备品：是指船上备用的零部件、设备和装置，包括锚、灯具、 易损管件、油漆等。 供应品：是指零星物品，如生活用品、炊具、办公用品等。 备品和供应品一般取（0.010.02)LW。,第四节 重心的估算,船舶的重心用 、 、 来表示（通常 为零），因此重心估算主要指 （影响浮态）和 （影响稳性） 重心高度 空船重心高度 载重量重心高度 新船重心高度裕度 重心纵向位置 空船重心纵向位置

16、载重量重心纵向位置,船舶重心位置示意图,重心高度空船重心高度的估算,粗估法：通常假定空船重心高度比例于型深，即： 或 分项估算法：分项可以分成 、 、 三项或更细。 或,、 、 重心高度的估算, 或 也可以再分成主船体和上层建筑两项计算 干货船： 油船： 一般运输船： 也可以分成大件设备来估算，剩余的杂项按母型船资料换算。,重心高度载重量重心高度的估算,货物的重心高度 a.初估时： 式中： -取自母型船，或干货船取0.620.65、液货 船取0.53左右 -双层底高度 b.较精确估算时：以货舱容积形心高度。 油水的重心高度 以各自舱柜容积的形心高度；双层底内的油水重心高度取其高的2/3。 人员

17、及行李重心高度 人员及行李的重心高度取所在甲板以上1米。,重心高度新船重心高度的裕度,必要性 在船舶设计中，同留排水量裕度一样，重心高度也要有一定的储备。这是因为： a.重心估算的误差 b.重量的变化及位置的改变 c.提高船舶的安全性 储备量 新船重心高度的裕度一般应提高0.050.15米。,重心纵向位置空船重心纵向位置的估算,初估时，空船重心纵向位置可按母型船比例于船长，即： 分项计算时，可分成机电设备、主船体钢料、舾装设备、上层建筑和甲板室等。,重心纵向位置载重量重心纵向位置的估算,载重量DW各部分的重心纵向位置，可根据总布置图上各部分载重量所处的位置并考虑船型特征进行估算，汇总后可求得载

18、重量的重心纵向位置 。,第五节 载重线,载重线是法规对船舶最大装载吃水线以及船体开口封闭条件的规定。 CCS法规基本内容 干舷计算的步骤和方法 载重线标志、载重线与甲板线 设计中的一些考虑,干舷、干舷甲板,干舷F：是指船舶浮于静水面时，自水面至露天甲板上表面舷边处的垂直距离。它通常是指船中点处载重线上的距离，即： F=D-T+t 式中：t甲板边板厚度 干舷甲板：通常是指最高一层露天全通甲板，该甲板上所有露天开口设有永久性的关闭装置，其下所有的舷侧开口设有永久性的水密关闭装置。, CCS法规(非国际航行)的基本内容,基本干舷的确定 方形系数、上层建筑和舷弧对干舷的修正 最小船首高度 最小干舷的计

19、算,基本干舷的确定,基本干舷： K -系数，分A、B船型及船长选取 -计算型深，型深加板厚 A型船舶 为载运散装液体货物而设计的一种船舶； 其露天甲板具有高度完整性，货舱仅设有小的出入口，并以钢质或等效 材料的水密填料盖封闭； 载货的货舱具有较低的渗透率。 B型船舶 达不到关于A型船舶各项规定的船舶。,方形系数、上层建筑、舷弧对干舷的修正,最小船首高度,最小船首高度：,最小干舷计算,夏季干舷： 热带干舷：从F中减去夏季吃水的1/48 淡水干舷：从各季节干舷的海水干舷中减去/40T,干舷计算的步骤和方法,首先要按规范的定义，来确定干舷甲板及相关计算参数、航行区域等。 然后计算夏季最小干舷，再对其

20、进行修正得出其它季节区域干舷。,载重线标志、载重线与甲板线,甲板线：系指长为300、宽为25的水平线，该线勘划于船中的左右舷，其上边缘一般应经过干舷甲板的上表面向外延伸与船壳板外表面的交点。 载重线标志：系由一圆环和一水平线相交组成，其圆环的中心在船中处，水平线上边缘通过圆环中心。圆环中心至甲板线上缘的垂直距离为夏季干舷。,载重线标志、载重线与甲板线,载重线：系船舶按其航区和季节而定的载重水线，分别以水平线段表示，勘划在圆环前方。各载重线均以线段上边缘为准。 标X的线段表示夏季载重线，其上边缘通过圆环中心。 标R的线段表示热带载重线。 标Q的线段表示夏季淡水载重线。 标RQ的线段表示热带淡水载

21、重线。,设计中的一些考虑,最小干舷船 对载运积载因数小的重货船，其干舷可为最小干舷，并据此来确定型深D，这类船称为最小干舷船。 富裕干舷船 对载运积载因数大的轻货船，按最小干舷所确定的D，其舱容往往不能满足货舱容积的要求，因而D需根据舱容来定，从而实际干舷大于最小干舷，这类船称为富裕干舷船。,设计中的一些考虑,变吃水船 对于富裕干舷船，可根据最小干舷求得最大装载吃水。当装载重货时，船的吃水可达最大吃水。根据这种要求设计的船称为变吃水船。 结构吃水 如结构按最大装载吃水设计，则此时的吃水称为结构吃水。,设计初期对干舷的考虑,通常，在设计初期决定主尺度时，可参照母型船或统计资料，选取适宜的D/T值

22、，然后核算舱容和最小干舷。随着设计的深入，应注意规范对船壳及甲板开口的密封性及甲板泄水的顺畅性和保证船员安全的规定，并在总布置图和结构设计中加以贯彻。,复习思考题-2,1、民船空船重量由哪几部分组成？ 2、载重量由哪些重量构成？它们怎样估算？ 3、船体钢料与哪些因素有关？排水量相同的甲乙两船，船宽与吃水基本相同，甲船的船长大方形系数小，乙船相反，问哪艘船的钢料重，为什么？ 4、当设计船与型船在排水量、甲板层数、上层建筑等方面不同时，如何加以修正。 5、舾装和机电重量分别由哪些重量构成？ 6、影响舾装和机电设备重量的因素有哪些？ 7、如何估算舾装重量和机电设备重量？ 8、设计初期如何估算船舶的重心？ 9、为什么要留排水量和重心高度储备？ 10、船舶最小干舷的大小取决于哪些因素？干舷计算中对方形系数和L/D等的修正，其实质是什么？ 11、什么叫干舷甲板、最小干舷船、富裕干舷船和变吃水船？,