12000DWT近海成品油船主尺度确定要点

1船舶主要特点 (2)
1.1船型、航区及用途 (2)
1.2船级 (2)
1.3航速、续航力及自持力 (2)
1.4设备 (2)
1.5乘客编制及配置 (2)
1.6 要求完成的设计内容 (2)
2船舶主要要素确定 (3)
2.1排水量初步估算 (3)
(3)
2.1.1选取载重量系数
DW
2.1.2排水量△初步估算 (4)
2.2初步拟定主尺度及方形系数 (4)
2.2.1主尺度比法 (4)
2.2.2统计法 (4)
2.3初选主机 (5)
2.4空船重量估算 (5)
2.4.1钢料重量估算 (5)
2.4.2 舾装重量估算 (5)
2.4.3 机电设备的重量估算 (5)
2.5重力与浮力平衡 (6)
2.5.1诺曼系数法修改主尺度 (6)
2.5.2重新计算校核 (6)
2.6载货量Wc计算 (6)
2.7稳性校核 (7)
2.8航速校核 (8)
2.8.1估算总推进系数 (9)
2.8.2估算设计船的有效功率 (10)
2.8.3绘制有效功率曲线（EHP-V曲线） (11)
2.8.4航速校核 (11)
2.9舱容校核 (12)
2.9.1双层底高度及双层壳宽度计算 (12)
V (12)
2.9.2本船所能提供的总容积
D
V (12)
2.9.3货油舱能提供的容积
tk
2.9.4压载水舱（即双层壳之间）能提供的容积： (12)
V (13)
2.9.5货油所需容积
cn
V (13)
2.9.6压载水舱所需容积
bn
2.9.7校核 (13)
2.9.8小结 (13)
参考文献 (14)
1船舶主要特点
1.1船型、航区及用途
本船为钢质、具有连续甲板、首楼和尾上层建筑、球鼻艏线型、倾斜艏、混合骨架全电焊结构、双底、单桨、单舵、艉机型、单柴油机驱动的散货（成品油）船、航区为近海航区。

1.2船级
本船按“CCS”有关规定设计
1.3航速、续航力及自持力
本船试航速不低于10.5kn；续航力3000n mile；
1.4设备
锚、系泊、舵、工作、救生、消防及航行信号等设备根据规范要求及实际需要配置1.5乘客编制及配置
乘员人数按需要及调查后自定，室内设施按舱室设备规范配置
1.6 要求完成的设计内容
1)确定主尺度及主要要素
2)进行总布置设计、绘制总布置草图
3)编写设计报告书
2船舶主要要素确定
2.1排水量初步估算
在初步设计阶段，首先需要查找母型船资料。

母型船相关系数和参量见下表：
表2.1 母型船数据
2.1.1选取载重量系数DW η
1．采用708研究所常用的载重量系数估算（《船舶设计实用手册》[1]）
0.0551
0.05510.7337(/1000)0.73371(12000/1000)0.741
DW K DW η==⨯⨯= (2.1)
其中：K —系数，对采用50%以上高强度钢的大型或超大型油船K=1.01~1.03，对浅吃水船型（B/T>3.5）K=0.9~0.95；
对DW=10000~50000t(纵舯剖面上无纵舱壁)的船K=1.0~1.02。

此处K 取1。

中小型油船的载重量系数范围大致为是0.6~0.75，符合要求，且与母型船相差不大，因此DW η选择0.741。

2.1.2排水量△初步估算
12000
161920.741
DW
DW
t η∆=
=
= (2.2) 2.2初步拟定主尺度及方形系数
参考母型船，相关资料及经验公式和统计公式，同时兼顾各主尺度的关系，初定船舶主尺度。

2.2.1主尺度比法
选择出L/B=K 1，B/d=K 2及方形系数b C ，已知排水量△后，就可应用浮性方程算出L ，B ，d 。

12,/,/b k LBdC L B L K d B K γ∆==
== (2.3) 其中：γ—海水密度，取1.025t/cm 3；
k —附体系数，取1.006；
K 1，K 2，b C 取自母型船，型深初步按母型船D 0/L 0换算，即D=L(D 0/L 0)。

初定主尺度为：
pp L =125.92m ，B=21.99m ，d=7.45m ，D=10.59m ，b C =0.761。

2.2.2统计法
由文献《运输船舶设计特点》[2]介绍的主尺度统计公式计算： DW<40000t 的油船：
L=8.15DW 0.3-15; B=11.13DW 0.155-26; d=0.44DW 0.3+0.665; D=1.786d-3.11
初定主尺度为：
pp L =121.43m ，B=21.73m ，d=8.03m ，D=11.23m ，b C =0.741。

由于统计数据是考虑小于4w 吨的油船的统计资料，且时间比较久远，不很准确，由此选用有母型船资料换算而得到的主尺度。

由此初步拟定主尺度为：
pp L =125.92m ，B=21.99m ，d=7.45m ，D=10.59m ，b C =0.761。

2.3初选主机
用海军系数法估算设计船所需的主机额定功率。

由母型船的相关资料得海军系数：
2/33
2/33
00001630413.5355.024456
V C BHP ∆⨯=== (2.4)
设计船的设计航速为V=11kn ，设计船与母型船的海军系数相等，则设计船需要的主机功率为：
2/330
2399.5V BHP kW C ∆== (2.5)
查相关资料初选主机型号为：MAN-B&W L60MC ，额定功率2600kW ，转速123rpm 。

2.4空船重量估算
2.4.1钢料重量估算
由《运输船舶设计特点》[2]上所提供的公式
1.7240.3860.02120.00320.2376()S pp B T
W K L B C D
=⨯⨯⨯⨯⨯
经双壳实船数据校核后建议K 值如下： 仅有双底：1.10~1.15 双壳双底：1.16~1.45
改值对于载重量大于10万吨以上应偏向高值；对纵舱壁数量大于2以上及采用高强度钢，应修正。

由于型船资料不完全，此处K 值取在双壳双底范围内的1.2，计算所得： W s =3890.81 t 2.4.2 舾装重量估算
由《运输船舶设计特点》[2]上所提供的公式：
1.495
000()0.34280.0886
PP W C L B D C DW
-=+=+
最终计算所得： W 0=363.47t
2.4.3 机电设备的重量估算
由《运输船舶设计特点》[2]上所提供的公式：
3
3
1.35910
131.7 1.52910M W W
W P P P P --=⨯⨯⨯=-⨯
最终计算可得机电重量为： W M =451.3t
最终的空船重量为：LW=4705.60t
2.5重力与浮力平衡
2.5.1诺曼系数法修改主尺度
实际载重量：'1116191.984705.6011486.38DW LW t =∆-=-=。

要求载重量：DW=12000t 。

载重量增量：'
111200011486.38513.62DW DW DW t δ=-=-=，载重量允许的误差为
△的0.1%，重力浮力不平衡，须用诺曼系数法进行平衡。

由《船舶设计原理》[4]74页的图3-4查得本船诺曼系数 N=1.3。

排水量增量：11 1.3513.62667.70N DW t δδ∆=⋅=⨯=。

根据浮性微分方程：
b
b
C L B d
L B d
C δδδδδ∆
=
+++
∆
，保持方形系数不变，改变L ，B ，d 。

计算得：pp L =126m ，B=23m ，d=7.45m ，D=10.6m ，b C =0.761，△=16941.86t 。

2.5.2重新计算校核
新的空船重量：钢料重量：W s =3963.447t 舾装重量：W0=375.02t 机电重量：WM=451.30t 总的空船重量为：LW=4789.77t
新的载重量：'22216941.864789.77143.6912008DW LW t =∆--=--=排水量储备。

载重量增量：'
228DW DW DW t δ=-=，2DW δ/△2= 0.05%＜0.1%，符合要求，重力
浮力平衡调整完毕。

△=16941.86t ，在此排水量下要达到航速11kn ，所需主机功率为：
2/332/330/16941.8611/355.022473.049BHP V C kW =∆=⨯=，因而最初选定的主机型号是合理的。

2.6载货量Wc 计算
1．燃油重量o W
0.001(24)o o s s
R
W g P d k V =+ (2.7)
式中：o g ——包括一切用途在内的耗油率，取200g/kW·h ；
s P ——主机持续常用功率（CSR ），2288kW ； R ——续航力，3000n mile ；
s V ——服务航速，/1.06s V V =，或比适航速度小0.5~1kn ，取10.5kn ；
k ——考虑风浪影响而引起航行时间增加的储备系数，通常取1.15~1.2，取为1.2； d ——储备天数,取为5天。

燃油总量为o W =238.56t 。

2．炉水重量bw W
5%bw o W W = (2.8)
炉水总量为bw W =11.9t 。

3．滑油重量l W
l o W W ε= (2.9)
其中：ε为比例系数，通常柴油机船取3%~5%，偏于安全的考虑取ε=5%。

滑油总量为l W =11.9t 。

4．船员生活用水
本船船员24人，每人每天耗水按100kg 计，则生活用水总量为：
3000
16100(10)/100052.610.524
t ⨯⨯+=⨯
其中增加的10天为5天储备，5天停港。

5．人员及行李
每人体重按65 kg 计算，每人的行李按50 kg 计，则人员及行李重为：
（65+50）×24/1000=2.76t
6．食品
每人每天按5kg 计，食品重为：
3000165(10)/1000 1.7510.524
t ⨯⨯+=⨯
7．备品
备品的统计数字一般为50t~70t ，或者一般可取为（0.5%LW~1%LW ），本船备品重取为60t 。

8．载货量
载货量c W =11680.5t 。

2.7稳性校核
在主尺度确定时通常只做初稳性校核，其内容是估算初稳性高度，并检验其是否符合设计船所要求的数值。

1．初稳性下限要求
初稳性方程式：b g GM Z r Z h δ=+-- (2.10)
式中：GM ——所核算状态下的初稳性高度；
b Z ——相应吃水的浮心高度； r ——相应吃水下的横稳心半径；
g Z ——所核算状态下的重心高度；
h δ——自由液面修正值，此处忽略。

利用近似公式估算b Z 和r ，选用《船舶设计原理》[4]确定系数a 1,a 2。

根据文献《油船总体设计》[3]中介绍的方法估算水线面系数： 经计算得到C w =0.867
母型船w C =0.885，考虑到与母型船相似，本船取w C =0.885。

11
(2.5) 4.0733b b w
C Z a d m C ==-= (2.11)
2
2
21/11.4() 6.41W B
C B r a m d C === (2.12)
g Z =ξ·
D ，空载油船ξ=0.6~0.66；偏于安全的考虑，取ξ＝0.66，则g Z ＝7.65m 。

4.073 6.417.65 2.830.15GM m m =+-=>，满足初稳性高度下限要求。

2．初稳性上限要求
为使横摇和缓，摇幅不过大，希望不发生谐摇，即：调谐因子/ 1.3T T θωΛ=≥ (2.13)
式中：T θ
——船舶横摇自摇周期，
0.58T f θ= (2.14)
T ω
——波浪周期，T ω= (2.15) λ——波长，我国沿海情况波长躲在60m~70m,偏于安全的考虑，λ取70m ； 计算可得T θ=9.92s ，T ω=6.69s ，
/ 1.482 1.3T T θωΛ==≥
式中：B ——船宽m ；
f ——B/d 不同的系数，由《船舶设计原理》[4]中公式计算得f =1.04；
g Z ——重心高度。

综上，设计船的初稳性满足规范要求。

2.8航速校核
航速校核实质就是航速或马力估算，其目的是：初步估算设计船在给定主机情况下
的航速，或初步确定在所要求航速下需要的主机功率。

本设计要校核当主机发出额定功率时，航速能否达到任务书要求的设计航速11kn 。

2.8.1估算总推进系数 一、船身效率H η
1．伴流分数ω
⑴ 泰勒公式：0.50.050.330b C ω=-= (2.16) ⑵ 汉克歇尔公式：0.70.18p C ω=- (2.17) 根据《船舶原理》[5]上册250页介绍经验公式来确定棱形系数： ①
1.85 1.6p C =- (
2.18) s V 为服务航速（kn ），1.06t s V V =
计算得p C =0.572
② Fr ＜0.24： 1.015 1.46p r C F =- (2.19)
0.299r t F V == 计算得p C =0.594
③ 贝克公式（p C 的极限）：1/61.02/10()p s C V =-∆ (2.20) 计算得p C =1.02，若棱形系数超过此值阻力将迅速增加，棱形系数不会超过此值。

中低速的油船m C 均在0.985~0.99之间,为了使b C ，p C ，m C 相互配合，最终取
p C =0.765，C m =0.994。

由汉克歇尔公式得ω=0.356； 最终取ω=0.350。

2．推力减额分数t
⑴ 商赫公式：t=k ω (2.21) 单螺旋桨船，装有流线型舵或反应舵者k=0.5~0.7，取k=0.6，计算得t=0.21； ⑵ 汉克歇尔公式：0.50.120.263p t C =-= (2.22) 最终取t=0.24。

二、船身效率H η=（1-t ）/（1-ω）=1.169 三、相对旋转效率R η
一般可近似地取R η=1 四、轴系效率S η
尾机型船S η=0.98
五、螺旋桨敞水效率O η
取功率储备10%，则螺旋桨敞水收到的功率：
0.5 2.50.92018.0162745.6/D S S R P D
A
P P kW hp B NP
V
ηη=⨯⨯⨯===
其中：A V ——进速（kn ），(1)7.15A V V kn ω=-=；
D P ——螺旋桨敞水收到的功率（hp ）
； D P ——螺旋桨转速，由于采用低速机，即为主机转速取123r/min 。

，由此可在MAU4-40图谱中查到O η约为0.53。

因而总推进效率：
0.607O R H S ηηηηη==；
所以设计船的有效推功率THP=η·BHP=1560kW 。

2.8.2估算设计船的有效功率
b X 按母型船比例初步选取为1.978m 即1.57%pp L ，根据《船舶设计原理》[4]187页图5-5知与本船棱形系数相配合的最佳浮心位置为1.5%~1.7%pp L ，所以b X 取1.978比较合理。

用LAP 法（《船舶原理》[5]下册）估算有效功率曲线，基本参数如下：
pp L =126m ， 1.01127.26d pp L L m ==，B=23m ，d=7.45m ，▽=16941.86m 3，b C =0.761，/1.010.753bd b C C ==，m C =0.984，p C =0.758，/1.010.751pd p C C ==，B/d=3.087，d L /B=5.533，b X =1.978m ，1/31/32(3.40.5)3810.96pp S L m =∇+∇=，31025/kg m ρ=，
/21953114.87/S kg m ρ=，2170.32m m A C Bd m ==，6210 1.1883/m s ν⨯=。

具体计算过程见表2.3：
表2.2 LAP 法估算有效功率
序号 项目 数值 1 V(kn) 10 11 12 13 2 s V （m/s ）
5.14 5.654
6.168 6.682
3 s V 0.526 0.579 0.631 0.68
4 4 310/r m C S A ⨯（查图） 1
5 17 18 22 5 d L /B 修正值%（查图）
20 20 20 20 6 修正后的310/r m C S A ⨯= [1+（5）]×（4）
18 20.4 21.6 26.4 7
r C
0.000804
0.000912
0.000965
0.00118
8 d s
e L V R ν=
550464024.2
605510427 660556829.1 715603231.5
9 lg e R
8.741 8.782 8.820 8.855 10 桑海公式 2.60.4631/(lg )f e C R = （《船舶原理》上165页） 0.001651 0.001630 0.001612 0.001596 11 粗糙度补贴系数f C ∆ （《船舶原理》上176页） 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 12 t r f f C C C C =++∆
0.002855 0.002942 0.002978 0.003176 13 2s V （m 2/s 2）
26.4196 31.967716 38.044224 44.649124 14 20/2t t s R C V S ρ=(kg)
147324.78 183701.89 221260.52 276950.71
15 B/d 修正=（B/d-2.4）×5%
0.03436 0.03436 0.03436 0.03436 16 0(/ 2.4)5%t t R B d R ∆=-⨯⨯(kg)
5062.435
6312.441
7603.046
9516.696
17 0t t t R R R =+∆(kg) 152387.212 190014.33 228863.562 286467.4087 18
/1000t s EHP RV =(kW)
783.2703 1074.3410 1411.6304 1914.1752
2.8.3绘制有效功率曲线（EHP-V 曲线）
由表2.2中的数据可画出有效功率曲线，如图2.1：
图2.1有效功率曲线
2.8.4航速校核
由图2.1可知当主机额定功率时，航速为12.2kn ＞11kn ，满足设计要求。

2.9舱容校核
对双壳双底型油船容积校核要分层进行校验，即分别对货油舱舱容和专用压载水舱舱容进行校验。

tk cn V V ≥及()D tk bn V V V -≥。

tk V ——货油舱能提供的容积，m 3； D V ——货油区能提供的总容积，m 3；
cn V ——货油所需要的容积，m 3； bn V ——压载水舱所需容积，m 3。

2.9.1双层底高度及双层壳宽度计算
按照《国内航行海船法定检验技术规则》（2004）[6]对于DW ≥5000t 的油船，必须设双壳双底结构。

双层壳宽度不得小于b=0.5+DW/2000或2m 取小者；但不得小于1m 。

双层底高度不得小于d h =B/15或2m 取小者；但不得小于1m 。

本船取：b=1.1m ，d h =1.55m 。

2.9.2本船所能提供的总容积D V
D t c pp MD V K K L BDC = (2.23)
0.52680.85860.13870.2216t b c b c K C K C K =+-- (2.24)
1(1)/MD m C C d D =-- (2.25)
式中：t K ——总容积利用系数；
c K ——货油区长度利用系数，/c c pp K L L =，c L 为货油区长度，按母型船比例取
c L =86.69m ，c K =0.688；
MD C ——型深高度下中剖面面积系数，MD C =0.996。

计算得：D V =22319.17 m 3。

2.9.3货油舱能提供的容积tk V
(2)()tk o c d V K L B d D h =-- (2.26)
3(0.40.561)(9.5100.981)o b K C b -=+⨯+ (2.27)
式中：o K ——货油舱容积利用系数。

计算得：tk V =13395.17 m 3。

2.9.4压载水舱（即双层壳之间）能提供的容积：
37443.87D tk V V m -=
2.9.5货油所需容积cn V
c cn c
W k
V γ=
(2.28)
式中：c W ——货油量，11680.5t ；
c γ——货油密度，0.82t/m 3；
k ——考虑货油膨胀及舱内构架系数，1.04。

计算得：cn V =14813.66 m 3。

2.9.6压载水舱所需容积bn V
一般取（0.2~0.5）DW ，本船取0.35 DW=4200 m 3。

2.9.7校核
tk V =13394.17m 3≦cn V = 14837.69m 3；D tk V V -=6992.49 m 3≥bn V =4200m 3； 不符合要求，重新调整计算； 增大型深至11.6m 。

tk V =14875.6m 3≥cn V = 14813.66m 3；D tk V V -=7443.87 m 3≥bn V =4200m 3 综上，本设计船的舱容满足设计要求。

另外需重新计算浮性方程：
计算新的空船重量为4793.39t ，裕度为143.8t ，新的载重量为12004.67t 。

误差为0.03%，满足要求。

2.9.8小结
以上性能校核均满足，因而初步拟定的主尺度满足要求。

垂线间长 pp L =126m 型宽 B=23m 设计吃水 d=7.45m 型深 D=11.6m 浮心纵向位置 b X =1.978 m 排水量 △=16942t 方形系数 b C =0.761 棱形系数 p C =0.766 中横剖面系数 m C =0.994
水线面系数
C=0.885
w
参考文献
[1] 中国船舶工业总公司编.船舶设计实用手册.北京：国防工业出版社，1999.
[2] 朱美琪编.运输船舶设计特点.大连：大连海运学院出版社，1992，12.
[3] 宋德华.油船总体设计.船舶，1997，第4，5，6期，1997.
[4] 顾敏童.船舶设计原理. 上海：上海交通大学出版社，2007，07.
[5] 盛振邦，刘应中.船舶原理（上、下）.上海：上海交通大学出版社，2003，09.
[6] 中华人民共和国海事局.船舶与海上设施法定检验规则：国内航行海船法定检验技术规则.北京：人民交通出版社，2004.。