船舶設計原理(第七章)-2016-C

封面第七章、總布置設計

7.1概述總布置設計是船舶總體設計的重要內(nèi)容之一。它不但對船的使用效能和航行性能有十分重要的影響，而且是其他各項設計和計算的主要依據(jù)?？偛贾迷O計是總攬全局性的一項工作，它不僅涉及到各個方面，而且貫穿了一艘新船設計的各個階段?？偛贾迷O計不僅僅是一項具體的布置設計工作，更是一項平衡各種矛盾，協(xié)調各部分設計的綜合性工作。因此，總布置設計者不僅要掌握船舶總體設計的知識，還必須熟悉各相關專業(yè)的設計知識。在新船設計的初始階段，為了便于方案構思和把握主尺度與載重量、艙容、布置地位之間的關系，以及協(xié)調主要性能之間的矛盾，就需要對船的總布置有所設想和考慮，并繪制總布置草圖。7.1概述第七章、總布置設計總布置設計應遵循下列基本原則：最大限度地滿足和提高船的使用效能，這是考慮問題的基本出發(fā)點。例如：合理利用艙容，提高裝卸效率，確保運輸質量，提高運輸能力等。保證船舶具有良好的航海性能。例如：保證船舶有適宜的浮態(tài)和穩(wěn)性，良好的耐波性和駕駛視野等。注意船體結構的合理性和工藝性?？偛贾弥袘⒁庵亓康姆植?，力求減小縱總彎矩和剪力。避免主要結構的不連續(xù)性和縱向構件截面的突變，改善應力集中。各種艙壁、圍壁、支柱等的設置應充分考慮它們對結構強度、振動以及施工的影響。滿足法規(guī)和規(guī)范的要求。例如消防法規(guī)對防火的要求，救生設備的布置要求等。精心搞好外部造型和內(nèi)部裝潢。在經(jīng)濟、適用的前提下，充分運用建筑美學的手法于設計之中，給人以舒適和美感，要為改善船員和旅客的工作和生活質量創(chuàng)造條件。7.1概述第七章、總布置設計總布置圖的例圖：2000DW多用途船總布置圖7.1概述第七章、總布置設計總布置圖的例圖：2000DW多用途船總布置圖7.1概述第七章、總布置設計總布置設計的任務，簡單地說是在滿足營運要求和保證船的航行性能和安全性的前提下，合理地確定船舶的整體布置，繪出詳細的總布置圖?？偛贾迷O計的主要工作包括：區(qū)劃船舶主體和設置上層建筑，包括確定機艙、貨艙、油水艙、工作艙室、居住艙室和其他各種艙室的位置和地位。也就是設置各縱、橫艙壁和各層甲板，以及外部造型等。調整船舶的浮態(tài)，妥善合理地安排船的各部分重量沿船長方向的分布。并且注意控制重量的垂向分布，協(xié)調穩(wěn)性和搖擺性能對重心高度的不同要求。布置船舶艙室和設備。包括各類居住和工作艙室的內(nèi)部布置，以及艙內(nèi)（除機器處所以外）和露天甲板上各種設備的布置等。規(guī)劃各部位的通道和出入梯口。7.1概述第七章、總布置設計75000DW巴拿馬型散貨船總布置圖7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分船主體是指船的連續(xù)露天甲板（通常為上甲板）以下的部分。主船體內(nèi)船艙的劃分主要是確定水密艙壁、甲板和平臺、邊艙及雙層底等的設置以及確定各艙室的功能等。1.確定肋骨間距在船長的范圍內(nèi)劃分肋位，確定肋骨間距，這是進行總布置設計前首先要做的工作?！朵撡|海船入級規(guī)范》規(guī)定的標準肋骨間距為：首尾尖艙范圍內(nèi)的肋距≯0.60m；防撞艙壁至距首垂線0.2LS區(qū)域內(nèi)≯0.70m。實取的肋骨間距是在上述規(guī)定的基礎上，考慮布置和方便施工等因素來確定的。通常將圓整到某位整數(shù)。特性情況也可取不等距的肋距。第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分2.確定水密艙壁為了保證船舶的安全和結構強度上的需要，主船體內(nèi)必須設置一定數(shù)量的水密艙壁。為了保證水密艙壁的完整性，除了特殊情況以外，水密艙壁上是不允許設置通道的（必要時，水密艙壁上的開口必須用水密門關閉，如滑動式水密門），所以，水密艙壁的設置必須與主船體內(nèi)不同區(qū)域的劃分結合起來考慮的。規(guī)范對水密艙壁設置的規(guī)定：船型船長（Ls）（m）6085105125145165190210LS>210水密艙壁數(shù)目中機型445678910*尾機型34566789*7.2總體布局的區(qū)劃7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分2.確定水密艙壁任何船舶均應設置防撞艙壁（即首尖艙后端的艙壁）。規(guī)范對首尖艙長度有以下特別的規(guī)定：防撞艙壁應位于距首垂線不小于0.05LS或10m處，取其小者，但不大于0.08LS；對于客船，防撞艙壁應位于距首垂線不小于0.05LS且不大于3.0m+0.05LS處；對于具有球鼻首的船，計算長度的起點為球首長度的中點，或首垂線以前0.015LS處，或首垂線以前3m處，取小者。尾尖艙的長度應考慮尾框架的情況和將尾管盡可能全包入尾尖艙內(nèi)。尾尖艙長度可參照母型船選取，貨船一般約為（0.04~0.05）LPP。7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分3.機艙的部位與長度按機艙沿船長所處的不同部位可把船分為尾機型、中機型和中后機型船。甲板和平臺的設置是對主船體的垂向分隔，對此的考慮主要涉及到層數(shù)及層高（甲板間高）兩個方面。4.甲板與平臺7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分4.雙層底船舶無論從使用考慮還是從安全性考慮，一般都需設置雙層底。從使用方面看，貨船裝載干貨時，為便于裝貨和清艙，貨艙區(qū)必須設置雙層底。雙層底的空間可用于裝載油水和壓載水。從安全性方面看，船舶觸礁、擱淺等海損事故中船底是最易損壞的部位，設置雙層底可大大提高船舶的抗沉能力。為此，船舶法規(guī)和建造規(guī)范要求：船舶應盡可能從防撞艙壁到尾尖艙壁設雙層底?？痛陀痛p層底的設置另有專門的規(guī)定。建造規(guī)范通過對雙層底結構的中桁材高度間接對雙層底高度有以下規(guī)定：在任何情況下應不小于700mm，且不小于按下式計算所得之值：

mm7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分5.液艙一般干貨船液艙是指：燃油、滑油、淡水、壓載水等液體艙。液艙的設置應與機艙布置相協(xié)調，并注意對浮態(tài)、完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性的影響。（1）燃油艙船上燃油裝置（主、輔機等）所用的燃油分為柴油（也稱輕油）和燃料油（重油）二種。因燃料油需加熱后才能將其抽出，為便于布置和減少加熱管系，燃料油艙最好采用深艙。輕油一般無需加熱，故通常布置在雙層底內(nèi)。7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分5.液艙（1）燃油艙—燃油艙保護7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分5.液艙（2）滑油艙滑油艙（柜）包括滑油儲藏艙、滑油沉淀艙、滑油循環(huán)艙及滑油污油艙等。通?；脱h(huán)艙布置在雙層底內(nèi)。滑油艙必須用隔離空艙與燃油艙、淡水艙等其他艙隔開。（3）淡水艙淡水艙包括鍋爐水艙、飲水艙和洗滌水艙。這些水艙通常布置在雙層底、深艙、以及尾尖艙上方等處所。飲用水艙應與其他油水艙隔離，以保證飲用水的衛(wèi)生。（4）壓載水艙壓載水艙可設在雙層底、首尾尖艙、邊艙（底邊艙、頂邊艙及雙殼體的邊艙）等處，其數(shù)量及位置應根據(jù)船舶在不同裝載情況下有適宜的浮態(tài)和穩(wěn)性來加以確定。7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分5.貨艙（1）散貨船的貨艙劃分散貨船貨艙數(shù)和貨艙長度的選擇和劃分，要考慮貨物的合理配載，防止船體產(chǎn)生過大的彎矩和剪力。貨艙數(shù)的選取應與裝卸設備的數(shù)量統(tǒng)一考慮。一般情況下貨艙數(shù)目按船長來選取，每艙長度一般不超過30m。不同類型的散貨船貨艙數(shù)目大致如下表。散貨船的貨艙為了便于清艙和增加壓載容積，貨艙的兩舷一般都設有頂邊艙和底邊艙，有些還沒有雙殼體。船型貨艙數(shù)好望角型散貨船9巴拿馬型散貨船7185m～200m船長散貨船6靈便型散貨船52萬～4萬噸級散貨船51萬～2萬噸級散貨船4萬噸級以下的小型散貨船2～37.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.1主船體內(nèi)船艙的劃分5.貨艙（2）集裝箱船的貨艙劃分集裝箱船貨艙數(shù)目和長度與集裝箱布置有關，一般每個貨艙布置4行標準箱（1CC）或2行標準箱（1AA）。首端個別貨艙也有只布置2行1CC箱。專用集裝箱船貨艙長度是根據(jù)集裝箱及導軌布置而定。7.2總體布局的區(qū)劃第七章、總布置設計7.2.2上層建筑的劃分對上層建筑的區(qū)劃與布置是指對其形式、尺度、層數(shù)、外部造型及內(nèi)部各艙室的劃分和布置等多方面的工作。確定上層建筑尺度應考慮的因素有:①艙室布置;②重心高度;③受風面積;④駕駛視線：一般貨船的盲區(qū)在滿載狀態(tài)約為1.25LPP左右，壓載時約為2LPP。集裝箱船因甲板上載箱的緣故，盲區(qū)較大，IMO要求盲區(qū)不大于2倍船長。⑤其他，如：上層建筑總高度有時受航線上橋梁或船閘高度限制等。7.3浮態(tài)調整第七章、總布置設計浮態(tài)調整（也稱為縱傾調整）的目的是保證船舶在各種載況下均有適宜的浮態(tài)。船的浮態(tài)是以首、尾吃水來表示的，首尾垂線處的吃水差稱為船的縱傾值。浮態(tài)調整工作首先要計算出船在各種裝載情況下的浮態(tài)，然后根據(jù)計算結果分析各載況的浮態(tài)是否符合要求，如不滿意，則需調整總布置，即改變各部分重量的縱向分布，進行浮態(tài)調整，直至滿意為止。必要時也可以通過修改型線，即改變浮心縱向位置的方法來滿足浮態(tài)的要求。7.3.1浮態(tài)核算1.裝載情況的重量及重心計算

2.載況浮態(tài)及初穩(wěn)性計算7.3浮態(tài)調整第七章、總布置設計7.3.2浮態(tài)調整的方法對于一般運輸貨船，設計中最主要考慮的典型裝載情況是：滿載出港、滿載到港、壓載出港和壓載到港四種載況。其中滿載情況的浮態(tài)應基本平浮或適當尾傾，一般不允許首傾。一般情況下浮態(tài)的調整以滿載出港狀態(tài)作為基本情況，并兼顧到港情況。壓載狀態(tài)通過調整壓載水的數(shù)量和位置來保證浮態(tài)的要求。改變?nèi)加团?、淡水艙的布局調整機艙位置改變浮心位置壓載狀態(tài)的浮態(tài)調整調整浮態(tài)的方法

7.4艙室和通道的布置第七章、總布置設計7.4.1生活艙室布置船上的艙室可分成生活艙室及工作艙室兩大類。艙室設計的基本要求是在適用、經(jīng)濟的前提下，盡力改善乘員的工作和生活條件，盡量做到舒適、方便和安全。居住艙室7.4艙室和通道的布置第七章、總布置設計7.4.1生活艙室布置2.公共艙室及服務處所7.4艙室和通道的布置第七章、總布置設計7.4.2工作艙室布置駕駛室、海圖室及報務室應急發(fā)電機室和變流機室固定式滅火裝置室應急消防泵艙計程儀、測深儀圍阱7.4艙室和通道的布置第七章、總布置設計7.4.3通道的布置通道布置是總布置設計中一個十分重要的內(nèi)容。船上的通道除了人行通道外，還有貨物通道。貨物通道的設計涉及貨艙艙口蓋和滾裝船的跳板等設備，有關艙口蓋和跳板的設計需要專門的知識。人行通道布置的原則是：滿足使用和安全要求；符合法規(guī)和規(guī)范的規(guī)定；通行便捷并節(jié)省布置地位。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置舵的類型一般分為普通舵（不平衡舵及平衡舵）、半懸掛式半平衡舵、懸掛式平衡舵等。直接處于舵柱后的雙支承或多支承不平衡舵常用于破冰船，一般運輸貨船大多不設舵柱。與掛舵臂構成組合體的半平衡舵常用于中高速集裝箱船和大中型其他貨船。從舵與船尾型線配合來區(qū)分，雙支承（包括多支承）舵的船尾型線是閉式尾框；懸掛式和半懸掛式舵對應的船尾型線是開式尾框。一般船舶的舵均布置于船尾螺旋槳的尾流中。此時，舵可利用螺旋槳尾流來提高舵效，同時舵也可起到整流作用，從而改善推進效率。舵的下緣一般不宜低于基線，以防船擱淺時舵被碰壞，也不宜高于螺旋槳盤面的最低點，以便充分利用螺旋槳尾流。舵的上緣應盡量接近船尾底部，以降低舵桿彎矩，并減少舵上緣的繞流，從而提高舵效。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置舵的型式：7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置舵的型式：7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置舵的數(shù)量一般與螺旋槳的數(shù)目相同，即單槳船設單舵，多槳船為多舵。為提高單槳船的操縱性，也有采用單槳雙舵。特殊情況下（如操縱性要求高，但單舵的面積受到限制），也有雙槳船采用四舵。某些高速雙槳船，在保證舵效的前提下，為簡化舵裝置也可采用雙槳單舵。二、舵的數(shù)量7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置舵面積是舵的一個重要要素，舵面積越大，產(chǎn)生的回轉力矩就越大，但舵面積過大，一方面增加了舵機功率和舵設備，另一方面也增加了阻力。三、舵面積舵面積需根據(jù)船型和操縱性要求來選擇。常用的方法是根據(jù)大量實船統(tǒng)計資料來選擇舵面積，或者按經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式來估算舵面積。用實船統(tǒng)計資料選擇舵面積時，常用船體縱中剖面水下部分的面積或船長（LBP）與吃水（d）的乘積的百分數(shù)來表示，即舵面積：類型μ(%)單槳單舵貨船和油船航行冰區(qū)的貨船和油船雙槳雙舵吃水限制的雙槳貨艙和油船大型油船大型雙槳客船小型單槳客船、引水船海洋火車和汽車渡船沿海船舶漁船海洋拖船破冰船1.3~1.91.6~2.0約2.12.0~2.51.3~1.71.4~2.01.8~4.02.0~4.02.0~3.32.5~5.52.5~4.01.6~2.37.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置（1）舵的外形四、舵的幾何形狀與參數(shù)舵的外形是考慮舵的強度以及與船尾部形狀相配合來確定。舵的外形主要有矩形和梯形兩種，矩形舵構造簡單。雙支承的舵大多采用矩形。懸掛式和半懸掛式舵由于舵桿所受的彎矩大，梯形（上寬下窄）可減小舵桿的彎矩，因此懸掛式和半懸掛式舵大多采用梯形。（2）舵的展弦比（λ）舵的展弦比λ是舵的展長h（舵體上下緣間的垂直高度）與舵的平均舷長b（舵葉各剖面弦長的平均值）之比，它是決定舵流體動力性能的主要參數(shù)。展弦比大的舵，在失舉角前同樣的舵角下，升力系數(shù)比展弦比小的舵要大，舵效好。但是在一定的舵面積下，展弦比的選擇受船尾框尺寸的限制。通常，平衡舵的展弦比在1.8以下，有舵柱的不平衡舵和帶掛舵臂的半平衡舵的展弦比通常在1.5~2.4之間。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.1舵設備與布置四、舵的幾何形狀與參數(shù)（3）平衡系數(shù)（k）平衡系數(shù)（k）是指舵桿中心線前部舵面積與整個舵面積之比值。平衡系數(shù)選取的原則是盡可能減少舵桿扭矩，降低舵機功率，并要考慮正航小舵角和大舵角以及倒航工況最大扭矩的匹配，使不同工況的扭矩相差不太懸殊。一般情況下k值的范圍為0.25~0.27，小船的人力舵k值為0.19~0.21，航速高的船k值可取0.27~0.32。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.2錨泊和系泊設備布置一、規(guī)范對錨泊和系泊設備配備的規(guī)定建造規(guī)范用舾裝數(shù)來規(guī)定船的首錨重量和數(shù)量、錨鏈直徑和長度、拖曳和系泊纜索的根數(shù)以及每根纜索的長度及破斷強度。一般情況下，船舶設計根據(jù)舾裝數(shù)來確定錨泊和系泊設備。

舾裝數(shù)：式中：Δ──夏季載重水線以下的型排水量(t)；

B──船寬(m)；

A──船長L范圍內(nèi)夏季載重水線以上的船體部分和上層建筑以及各層寬度大于B/4的甲板室側投影面積的總和(m2)；

h──從夏季載重線到最上層艙室頂部的有效高度(m)，其中：α是從船中夏季載重水線量至上甲板的距離(m)；hi是各層寬度大于B/4的艙室在中心線處量計的層高(m)。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.2錨泊和系泊設備布置二、錨的種類錨的種類也有很多，如斯貝克錨、霍爾錨、無桿錨、海軍錨、馬氏大抓力錨、波爾錨、四爪錨等等。各種類型的錨各有特點，設計中根據(jù)不同船舶對錨的要求來選用。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.2錨泊和系泊設備布置二、錨的種類海軍錨：波爾錨（大抓力）：7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.2錨泊和系泊設備布置三、錨泊設備布置7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.2錨泊和系泊設備布置三、錨泊設備布置7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.2錨泊和系泊設備布置四、系泊設備及布置系泊設備主要有：系纜索、各種導纜器、導纜孔、帶纜樁、繩車、絞盤和絞車等等

7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計7.5.3救生設備的配置與布置救生設備包括救生艇、救生筏、救助艇和個人救生設備（救生圈、救生衣、救生服及保溫用具）。救生艇有許多種構造與型式，如全封閉救生艇、部分封閉救生艇、耐火救生艇等，其降落方式有吊放式和自由降落式。救生筏的構造有氣脹式和剛性兩種，救生筏的降落方式有拋投式和吊放式。一般船舶多數(shù)使用的是玻璃鋼結構的全封閉救生艇和氣脹式救生筏。7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計全封閉救生艇7.5主要舾裝設備布置第七章、總布置設計自由