船舶吃水差解析

1、第四章 船舶吃水差 n 船舶吃水差是表示船舶浮態(tài)的一個 重要指標，它的大小主要取決于船舶的 裝載情況。吃水差對船舶的快速性、適 航性和操縱性具有重大的影響。為保證 船舶運輸安全，要求船舶具有適度的吃 水差和前、后吃水。 n教學目標及基本要求：教學目標及基本要求： 了解吃水差對船舶航海性能影響；熟 練計算不同裝載情況下的吃水差及調(diào)整； 學會使用吃水差圖表。 n重點：重點： 對吃水差的要求，吃水差與首尾吃水 的計算和調(diào)整方法。 n難點：難點： 吃水差調(diào)整的計算。 n教學內(nèi)容：教學內(nèi)容： 學時學時 n對船舶吃水差的要求 n吃水差與首尾吃水的計算與調(diào)整 2 n吃水差與首尾吃水計算圖表 2 n第一節(jié)吃水

2、差基本概念及要求 n 第二節(jié)吃水差及首尾吃水計算 n 第三節(jié)吃水差圖表及應(yīng)用 第一節(jié) 吃水差基本概念及要求 n一、吃水差基本概念 n 船舶首吃水與尾吃水相差的數(shù)值叫吃水差 （Trim），用符號t表示。其計算公式如下： tdF一dA（m） n式中： dF 首吃水(Fore draft )，m； dA 尾吃水（Aft draft )，m。 當船舶首、尾吃水相等即吃水差t等于零時， 稱為平吃水（Even Keel）；當首吃水大于尾 吃水時，稱作首傾(Trim by bead )，俗稱拱頭； 當尾吃水大于首吃水時稱作尾傾(Trim by stern),俗稱尾沉。需要注意的是，有些國家 （如日本、德國等

3、）習慣將吃水差定義為t = dA一dF，以避免船舶在航行中通常處于尾傾狀 態(tài)的吃水差出現(xiàn)負值。 n二、吃水差對船舶的影響 吃水差主要影響船舶的操縱性、快速性和 耐波性。對于船舶穩(wěn)性、船體縱向受力狀況、 通過淺水區(qū)時允許的船舶最大排水量及部分港 口使費的支出等也有影響。船舶吃水差的大小 直接影響螺旋槳和舵的人水深度，對操縱性和 航速有直接的影響。船舶尾傾過大，會使操縱 性能變差，易偏離航向，船首部底板易受波浪 拍擊而導致?lián)p壞，同時還不利于駕駛臺的的繚 望；船舶首傾過大，因螺旋槳和舵的人水深度 減小，從而導致航速降低，航向穩(wěn)定性變差， 首部甲板易上浪，而且船舶縱搖時，螺旋槳和 舵葉易露出水面，主機

4、負荷不均勻，造成飛車， 影響主機的正常運轉(zhuǎn)。 n三、對船舶吃水及吃水差的要求 n 1吃水差產(chǎn)生的原因 吃水差是船舶縱傾的一種表現(xiàn)。船舶之所 以發(fā)生縱傾，是因為正浮時船舶受到一縱傾力 矩（Moment toChange Trim）作用。而縱傾 力矩是由于船舶重力縱向分布作用點與正浮時 的浮力作用點不在同一條垂線而產(chǎn)生的。如圖 所示，當船舶的重心G1與正浮狀態(tài)下浮力作用 點B0不在同一條與基線相垂直的垂線上時，船 舶的平衡條件就會遭到破壞。此時，重力和浮 力構(gòu)成一個力偶矩（縱傾力矩），使船舶繞漂 心的縱傾軸轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生縱傾角。同時，縱 傾角的出現(xiàn)將使水下船體形狀發(fā)生變化，浮心 由B0移至B1；當

5、B1與G1在一條與新水線相垂直 的垂線上時，則船舶達到新的平衡，于是產(chǎn)生 了吃水差。 n2對船舶吃水差的要求 船舶航行中適當?shù)奈矁A值應(yīng)根據(jù)具體船舶 的不同裝載狀態(tài)確定。實踐經(jīng)驗表明，萬噸級 貨船適度吃水差為：滿載時尾傾0.30.5m； 半載時尾傾0.60. 8m；空載時尾傾0.9 1.9m;對于速度較高的船舶，出港前靜態(tài)時允 許稍有首傾，航行時由于舷外水的壓強相對降 低，可使船舶處于一定尾傾。大噸位船舶滿載 進出港口或通過淺水區(qū)時因水深限制而要求平 吃水，以免擱淺，并有利于多裝貨物。 船舶空載時的吃水差要求，一般都以螺旋 槳具有足夠的浸水深度為前提。因此，空船時 船舶須具有較大的尾傾值，以保證

6、螺旋槳的推 進效率和舵的反應(yīng)效率。 n 由于船舶縱傾（或吃水差）狀態(tài)不 同，其水線下流線型船體形狀會有明顯 的差別，從而直接影響船舶的阻力、穩(wěn) 性和船體受力等，因此，船舶在一定船 速和排水量狀態(tài)下通過不斷調(diào)整船 舶縱傾，就必然能找到船舶的最佳縱傾 狀態(tài)。在該狀態(tài)下，兼顧滿足船舶穩(wěn)性 和縱強度要求的條件下船舶所受的阻力 最小，或同樣主機功率下船速最快。目 前，不少船舶的資料中已提供有經(jīng)船模 試驗后繪制的船帕最佳縱傾曲線圖譜。 n 3. 空船航行的吃水要求 船舶在空載時，為了節(jié)約能源總力圖 減少壓載重量，但考慮到過小吃水會影 響船舶的穩(wěn)性，不利于安全航行，故空 載航行的船舶必須進行合理壓載。一般

7、認為，空載船舶壓載航行時，至少應(yīng)達 到夏季滿載吃水的50%以上，冬季航行 時因風浪較大，應(yīng)使其達到夏季滿載吃 水的5560%。 近年來，國際上已研究出在營運條件下允許 的最小首吃水及最小平均吃水的要求。上海船 舶運輸研究所在分析了IMO浮態(tài)衡準后，建議 我國遠洋航行船舶的最小首吃水d F min及最小 平均吃水dMmin應(yīng)滿足以下要求： （1）當LBP150m時， d F min0.025 LBP dMmin 0.02 LBP+2 （ 2）當LBP 150m時， d F min0.012 LBP+2 dMmin 0.02 LBP+2 式中： LBP_船舶垂線間長，m。 n 應(yīng)該指出，對于專用船

8、舶，如液體 散貨船、固體散貨船、集裝箱船等，其 壓載能力一般都能滿足上述最小吃水要 求；對于萬噸級貨船，因其空船排水量 約占夏季滿載排水量的25%35%，故 為保證船舶吃水要求得到滿足，全船壓 載水及航次儲備總和應(yīng)達到夏季滿載排 水量的25左右方可；對于5000 7000噸級的遠洋尾機型船，因壓載艙容 量偏小，有時難以達到要求，工作中如 果發(fā)現(xiàn)船舶狀態(tài)偏離衡準值過大，則應(yīng) 引起警惕，謹慎駕駛。 第二節(jié) 吃水差及首尾吃水計算 n一、吃水差計算原理 若改變每厘米吃水差的船舶縱向復 原力矩為MTC 。則按復原力矩 (100tMTC )等于傾側(cè)力矩（MT)即能 求得船舶吃水差的計算公式： 100tMT

9、C= MT n二、吃水差與首尾吃水的基本計算方法 n三、適合少量載荷變動時吃水差與首尾 吃水的計算方法 P70和P71公式 四、吃水差的調(diào)整 如果在計劃裝載或?qū)嶋H裝載中發(fā)現(xiàn)船 舶的吃水差不符合要求時，就必須進行 調(diào)整。調(diào)整方法有以下兩種： 1貨物縱向移動 n2選擇適當艙位加減載荷 營運船舶經(jīng)常通過選擇合適艙位打入或排出壓載 水的方法來調(diào)整吃水差。一般其調(diào)整量多數(shù)在少量載 荷范圍內(nèi)與式（5-18)基本相同，先設(shè)將加減的載荷重 心置于過漂心軸上的任一位置此時船舶的吃水差保 待不變?nèi)缓笤購脑撐恢脤⑤d荷移至其實際裝載處。 n五、保證適當吃水差的經(jīng)驗方法 為了在確定全船各艙配貨重量時就能兼顧 到滿足適當

10、吃水差的要求，減少裝貨完畢后需 要大幅度調(diào)整吃水差的情況出現(xiàn)，廣大船員在 實踐中總結(jié)出了不少經(jīng)驗，歸納如下： n 1.按經(jīng)驗得出的各艙配貨重量的合適比例 配貨。各艙配貨重量占全船裝貨總重量的合適 比例，隨船舶的機艙位置、貨艙和液體艙的大 小及布置等的不同而變化。對于同一船舶，其 合適比例也隨船舶排水量的不同而變化。即使 對于同一船舶在相同排水量下，兼顧縱強度要 求的保證適當吃水差的各艙配貨重量合適比例 也有多種方案可以通過計算或由長期積累的船 舶積載數(shù)據(jù)獲得。 n 2.按艙容比例配貨，但首尾艙內(nèi)留出一定量 的機動貨載供臨裝貨結(jié)束前作調(diào)整吃水差之用。 通常選擇對船舶吃水差調(diào)整效果明顯的首尾貨 艙

11、留出機動貨載。由于需要兼顧滿足其他要求， 因此在首尾艙條件不具備時也可以選擇遠離 船中的其他貨艙留出機動貨載供吃水差調(diào)整之 用。對動機貨載一般要求同時滿足： n 1）貨載重量既應(yīng)控制在船舶縱強度的容許 范圍內(nèi)，又能滿足調(diào)整吃水差的要求，通常取 船舶夏季滿載排水量的1 - 2左右； n 2）所選貨載應(yīng)當與擬定調(diào)整艙室內(nèi)的貨物 相容。 第三節(jié) 吃水差圖表及應(yīng)用 n 用公式一計算吃水差比較麻煩。實 際工作中，為簡化計算，船舶資料中常 配備不同形式的計算圖表，以方便駕駛 員使用。但無論何種形式的圖表，其設(shè) 計原理都相同。 n作業(yè)：作業(yè)： n1.計劃向船長 150m 的船上裝載 150t 貨物， 已知船

12、舶漂心在中后 4.6m 處， TPC=24.8t/cm ， MTC=9.81 209KN.m/cm ， 并設(shè)這些數(shù)據(jù)在裝載后不變，試求： n 貨物裝載在漂心前 40m 處時，船舶前后吃水 各變化多少？ n為使尾吃水不變，該貨物應(yīng)裝在離漂心幾米處？ n2.某輪裝貨到 dF = 7.2m ， dA = 8.2m ，尚 留有 200t 貨物擬裝在 NO1 和 NO5 艙，問兩 艙應(yīng)各裝多少噸才能使吃水差為 -0.7m ？ （已知 d m = 7.7m 時，查得 MTC=9.81 200KN.M/cm ， Xf =0 ，且 NO1 和 NO5 艙艙 容中心距中距離為 X1=+ 50m,X5= -50m

13、 ）。 n n3.Q 輪空船吃水為 dF=2.4m,dA=3.6m ， 為進塢修理，允許的最大尾吃水值為 3.40m ，為此應(yīng)在首尖艙打入多少噸壓 載水方能達到目的？（ 令 Xf =+ 1.0m ， TPC=20t/cm,MTC=9.81 130kn.m/cm ） n4.Q 輪裝貨結(jié)束前觀測首吃水dF=8.1m ， dA=7.6m 尚有 150t 貨擬裝于 NO5 二層 艙（ Xp= -55.55m ），問貨物全部裝船 后能否尾傾？ n5 某輪船長 158m 滿載礦石抵達長江口外的 綠華山駁載錨地，當時船舶排水量為 35000t ， dF = 9.70m ， dA = 10.08m ，決定駁載

14、后于 次日乘中浚高潮過銅沙淺灘進口。已知次日中 浚高潮潮高為 3.15m ，銅沙淺灘基準水深為 7.00m ，過淺灘時要求富裕水深為 0.70m ， 銅沙淺灘處海水比重為 1.010 ，綠華山錨地 海水比重為 1.025,MTC=9.81 400Kn.m/cm ， Xf = -5.0m ，今欲在 NO2 艙（重心距中 40m ） 和 NO6 艙（重心距中 -45m ）開艙駁卸，問 各艙應(yīng)駁卸多少噸方可調(diào)平吃水安全通過淺灘？ （ 設(shè) TPC =45t/cm ）。 n6某輪抵某港錨地時，滿載吃水為dF=8.50m ， dA=9.50m ，該港允許最大吃水為 8.00m 。已 知該輪此時的 Xf =

15、 -1.70m ， MTC=230 9.81Kn.m/cm ， TPC=26t/cm ， Lbp = 140m 。 問至少在 NO2 貨艙（ X2 = 31m ）和 NO4 貨 艙（ X4 = -11m ）處各駁多少噸貨，方能達到 8.00m 平吃水進港？ n7某輪滿載到達某錨地,dF=8.30m,dA=9.10m此 時MTC=9.81223.5Kn.m/cm ,TPC=25.5t/cm ， Xf = -5.4m ，欲調(diào)平吃水進港，問應(yīng)在中后 55m 處駁卸多少噸？駁卸后平均吃水為多少？ （ Lbp = 148m ）。 8 某輪滿載排水量為 19000t 船長 160m ， 經(jīng)計算得垂向總力矩為 146300(9.81KN.m) ， 縱向總力矩中前為 23200(9.81KN.m) ，中后 為 27340(9.81KN.m) ，求該輪的