摘 要

本文阐述了三峡水运新通道散货船的方案设计。

内容包括：任务书分析及撰写开题报告，船舶主要要素的确定，型线设计，总布置设计，螺旋桨图谱设计，稳性计算和校核，吨位丈量，最小干舷计算。

整个设计过程从主尺度的确定入手，利用maxsurf软件建立三维模型，并进行型线设计，以及静水力，稳性等一系列的的计算，整个设计过程参照规范的要求进行。

设计船的主要要素如下：船长L_OA = 122m，垂线间长L_PP=118m，型宽B = 19.2m，吃水d = 5.5m，型深D = 7m，方形系数C_B=0.83，菱形系数Cp = 0.833，中横剖面系数C_M = 0.996，水线面系数C_WP = 0.857，浮心纵向坐标X_B = -3.176,排水量：，单主机功率912kw，齿轮箱减速比5，总吨位4260m³，净吨位2386m³。

关键词：三峡水运新通道；散货船；maxsurf;

Abstract

This paper describes the design of the bulk carrier navigating in the Three Gorges waterway new channel.

The contents include: analyzing the task book and writing thesis proposal, determination of main elements of the ship, profile design, general layout design, propeller map design, stability calculation and check, tonnage measurement, minimum freeboard calculation, rudder design.

The whole design process starts with the preliminary estimation of the main elements, and uses the maxsurf software to build a three-dimensional model, and carries out the design of the profile, as well as a series of calculations such as hydrostatic and stability. The entire design process is carried out according to the requirements of the specification.

The main elements of the design ship: length L_OA = 122m, L_PP = 118m, width B = 19.2m, draught d = 5.5m, depth D = 7m, block coefficient C_B = 0.83, primatic coefficient Cp = 0.833, Max Sect. area coefficient C_M = 0.996, Waterpl. area coefficient C_WP = 0.857, LCB from zero pt X_B = -3.176, displacement: ∆ = 10356t, single main engine power 912kw, gear case reduction ratio 5, total tonnage 4260m³, net tonnage 2386m³.

Key words：Three Gorges waterway new channel.；bulk carrier；maxsurf

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及目的意义 1

1.2国内外发展概况 1

1.2.1内河运输船舶发展及研究现状 1

1.2.2船闸现状 3

1.2.3新船闸的设计 3

1.2.4新通道船型发展 3

1.3任务书分析 3

1.3.1市场分析 3

1.3.2主要内容 4

1.4船型特点及主要矛盾 5

1.4.1船型特点 5

1.4.2主要矛盾和要求 5

第2章 全船说明书 6

2.1概述 6

2.1.1用途和航区 6

3.1.2船型 6

2.2主要尺度和性能 6

2.2.1主要尺度 6

2.2.2装置 6

2.2.3航速 6

2.2.4人员定额 7

2.2.5吨位 7

2.3总布置概况 7

第3章 主尺度确定 8

3.1概述 8

3.2 载重量系数估算 8

3.3主尺度初步估计 9

3.3.1船长 9

3.3.2型宽和吃水 9

3.3.3型深 9

3.3.4的估算 10

3.4载重量估算 10

3.4.1主机功率估算 10

3.4.2空船重量估算 10

3.4.3载重量估算 11

3.5重力与浮力不平衡时的调整方法 11

3.6性能校核 12

3.6.1舱容校核 12

3.6.2快速性校核 13

3.6.3稳性校核 13

3.5.4干舷校核 14

3.7总结 14

第4章 型线设计 15

4.1型线设计的思想 15

4.2型线设计基本步骤 15

4.3型线设计要素的选择 16

4.3.1棱形系数的选择 16

4.3.2浮心纵向位置的选择 16

4.3.3轮廓线和甲板线 16

4.4 型线设计过程 16

4.4.1犀牛母型船建模 17

4.4.2 maxsurf中建立模型 19

4.5型线图 20

4.6静水力曲线图和邦荣曲线图 21

第5章总布置设计 22

5.1概述 22

5.2总布置设计和总布置图的绘制 22

5.2.1总体规划 22

5.2.2肋骨间距 22

5.2.3总体区划 22

5.2.4上层建筑的划分 24

5.3舱室和通道的布置 25

5.3.1生活舱室布置 25

5.3.2工作舱室布置 26

5.3.3通道布置 26

5.3.3.1室内通道 26

5.3.3.2室外通道 26

5.4 舾装设备的选取与布置 26

5.4.1舾装数的计算 26

5.4.2起货设备 27

5.4.3救生设备 27

5.4.4桅樯设备 27

5.4.5消防设备 28

5.4.6航行设备 28

5.4.7信号设备 28

5.4.8无线电通信设备 28

5.4.9 舵设备 28

第6章螺旋桨图谱设计 30

6.1有效马力曲线的计算 30

6.2螺旋桨初步设计 31

6.3螺旋桨终结设计 32

6.3.1 MAU4-55的终结设计 33

6.3.2 MAU4-40的终结设计 33

6.3.3 MAU4-70的终结设计 34

6.4空泡校核 35

6.5总结 37

第7章 稳性计算 38

7.1各载况下船舶的重量及重心计算 38

7.2典型液舱舱容要素计算 39

7.2 初稳性计算 40

7.2.1初稳性高计算 40

7.2.2 自由液面的修正 41

7.2.3横摇角计算 42

7.3大倾角稳性 43

7.3.1满载出港 44

7.3.2满载到港 44

7.3.3空载出港 46

7.3.4空载到港 47

7.3.5四个载况下的最小倾覆力臂 48

7.4稳性校核 48

7.4.1复原力臂曲线校核 48

7.4.2风压核准 49

7.4.3急流衡准 51

7.4.4全速回航 51

7.4.5总结 52

第8章 最小干舷计算 53

8.1基本干舷 53

8.2型深对干舷的修正 53

8.3舷弧对干舷的修正 53

8.4舱口围板高度及舱室门槛高度对干舷的修正 54

8.5总结 55

第9章 吨位丈量 56

9.1总吨位 56

9.1.1量吨甲板以下围蔽处所的容积V₁ 56

9.1.2量吨甲板以上围蔽处所的容积V₂ 57

9.2净吨位 58

第10章 总结与展望 59

参考文献 60

致谢 61

1. 绪论

1.1研究背景及目的意义

长江是我国连接东西的黄金水道，承担了沿江百分之八十五的煤炭，百分之八十五的铁矿石，和中上游百分之九十的外贸运输。1994年起，我国着手在湖北宜昌建立三峡工程，在防洪，发电，水资源综合利用等方面起到了重要作用。三峡有蓄水作用，改善了通航条件，提高了安全性能，促进了长江航运和沿江经济的发展。但与此同时，过坝运量增长迅速，目前三峡过闸船舶的平均等待时间已经超过了40小时，船舶航行时间大大延长，成本大幅上升，严重影响航行效率，供需矛盾十分突出。目前，原有船闸的通航能力提升空间十分有限，所以提出三峡新通道的概念，即在三峡原有船闸外新建两线船闸，工程一旦建成，三峡的通航能力可以达到2亿吨，将彻底解决三峡船闸供求不平衡的问题，过闸时间可以控制在24小时以内。

随着长江经济带的发展，对资源的大量需求带动了航运业的发展，再加上三峡建成，三峡库区的船型发生了较大的变化，在市场需求以及国家政策的补贴下，船舶朝着标准化，大型化发展，这提高了航道、船闸的通过能力。

长江通道是我国国土空间开发最重要的东西轴线，三峡工程建成运行以来，长江航运发展迅猛，三峡航运规模已提前19年达到了设计能力，3000吨到5000吨等较大吨位的船成为主要船型。由此看出，随着长江经济带的发展，水运吨位不断上升，由此要求制造符合船闸要求的大型船舶以满足日益增长的航运需要，为此我们需要进行三峡新通道以及相应船型的研究。

本文的研究正是要以三峡水运新通道为对象，结合本科所学船舶设计的知识，设计一艘8000吨载货量的三峡水运新通道散货船，该船需要满足新通道船闸的通航要求，充分利用闸室的空间，更大限度提高船舶运载量以及运载效率，提高新通道的通航效率，同时提高经济效益。

1.2国内外发展概况

新通道船型的设计既要借鉴目前长江干线运输船舶的设计经验，又要考虑未来新通道的建设和发展，因此下面对内河运输船舶的发展及研究现状，船闸的现状，以及新通道闸室的设计，新通道船型发展进行调研分析。

1.2.1内河运输船舶发展及研究现状

国务院《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》出台，对长江经济带的发展产生了推动作用，对内河运输提出新的要求，对内河船舶船型的发展和运输组织方式产生重要影响。近年来，内河运输船舶的发展呈现三大趋势：一：大型化发展；二：绿色化；三：高效化。

内河货运船舶的数量下降5%左右，而载货量却上升10%左右，大型化发展已经成为不争的事实。

绿色船型和高效船型的发展是内河船舶发展的新趋势。绿色船舶包括液化天然气动力船，电力推动船等使用清洁能源的船舶，其中LNG动力船发展迅速，且该船建造难度极大，与豪华游轮一起并称“船舶建造的两颗明珠”。高效船型以江海直达船为代表。

目前船舶发动机所用燃料为柴油，燃料消耗率高，废气排放多，且有较多的硫化气体，污染空气。液化天然气是一种优质，高效，清洁的低碳能源，以突出的环保性作为船用燃料以引起了大家的关注。因技术欠缺，油价差价缩小等原因，LNG船发展缓慢，内河水运使用LNG仍处于起步阶段，截至2017年3月，全国已建成内河LNG动力船舶l35艘，大部分为干散货船。在经济性上，港航企业面临较大的资金压力，无法进行初始投资，LNG船进度缓慢。

传统的长江货物运输方式是江海联运模式，即使用海轮和内河船分段运输。这种方式中间环节多，损耗大，船舶滞留时间长，容易造成水域污染。由此江海直达船应运而生，它既满足船舶在海区航行的各项性能，又满足内河狭窄水道中的操作性要求，还要适应不同季节枯水期和洪水期的情况。江海运输船的运输方式可以避免货物在港口倒转，减小港口拥堵压力，加快周转速度，降低成本。减小煤，矿石对水域的污染，提高化学品运输的安全性，它弥补了传统运输方式的缺点，是发展长江经济带不可或缺的一部分。但是江海直达船的发展依然面临着许多的问题。内河航道通航能力不足，各个航道整治情况不一致导致大型船舶在狭窄水道遇到瓶颈。船型老化，现有船舶数量多，且船龄大，航运公司没有足够的资金购买新船型。船型缺乏技术规范，技术不足。

未来的气候条件可能会影响欧洲的内陆水路运输。夏季，在莱茵河，水位较低的情况会频繁出现，并日趋严重。内陆水运将对其内陆船舶的载客率进行更严格的限制，这意味着市场运输能力严重下降。在这种情况下，运输价格将上涨。与其他运输方式类似，内陆水运必须考虑天气，天气影响航行条件和内陆水道的基础设施。极端天气事件是高降水量，干旱和低于零摄氏度的温度导致的。特别是强降雨可能导致洪水和航行中断并对内陆水道基础设施造成破坏，危及生活在遭受洪水侵袭的地区的人的生命和财产安全。长时间的干旱可能导致排放减少和水位低下，限制了船舶的载货能力并增加了运输的成本。在较长时间内低于零摄氏度的温度可能导致水道上出现冰，航行中断并损坏基础设施。

1.2.2船闸现状

长江通道是我国国土空间开发最重要的东西轴线，三峡工程建成运行以来，长江经济带迅猛发展，江面上船只络绎不绝，三峡航运规模已提前19年达到了设计能力，三峡船闸的通过能力已经十分有限了。为此我们需要进行三峡新通道以及相应船型的研究。

2013年，3000吨级以上船舶，5000吨以上船舶分别占过闸总艘次的比重达56%，30%。单次过闸吨位由8000吨增加至目前的1.6万吨以上。3000吨到5000吨成为主要船型。由此看出，随着长江经济带的发展，水运吨位不断上升，由此要求制造符合船闸要求的大型船舶以满足日益增长的航运需要。

1.2.3新船闸的设计

中国工程院院士钮新强指出，新通道船闸闸室有效尺度为280m×40m×8m。船闸规模突破了既有船闸的水平，能满足吃水5.5m的大型船舶过闸需求。

长江三峡通航管理局齐俊麟提到，船闸平面尺度在280m～400m拟定闸室平面尺度长度控制之间，面尺度在34m～40m宽度控制之间，具体规模须进一步论证。按照现行三峡船闸吃水控制标准，门槛最小水深为设计船舶最大吃水的1.27倍测算。

1.2.4新通道船型发展

交通运输部办公厅关于报送三峡水运枢纽水运新通道设计代表船型初步研究成果，7500~9000t干散货船，总长110~135m,船宽19.2m，吃水5.5m。新通道代表船型的最大船舶宽为25m，船舶吃水5.5m，对江海直达船和万吨船队等需进一步研究 。

重庆市发展中心提到，当前三峡船舶船型标准化建设受到限制。一方面，新的船舶标准提高了散货船的通过能力，另一方面，对于重心高的船舶，通过能力没有显著提高，有效载货量反而下降，导致船舶过坝效率低。因此三峡新通道的建设应该与三峡船舶船型标准化研究同步进行，实现资源的合理利用。重庆是三峡上游的重要大都市，大批矿石，煤等资源从此地运出。三峡新通道如果按照7米或者8米的水深来设计建设，万吨轮能够到达重庆，至少可以到库区。

1.3任务书分析

1.3.1市场分析

长江作为连接东西的黄金水道，对货运的运输提供了极大的便利，四川盆地，物资丰富，是西部的重要据点，同时富含大量的自然资源。我国拥有丰富的铝矾土资源，且用于制作耐火材料的高铝矾土只有中国和圭亚那，四川更是矾土资源的集结地，所以通过长江运输矾土至湖北，江苏等地，进行进一步的冶炼，生产和制造，已经形成产业链，本船的主运货物为矾土，具有广阔的市场前景。

1.3.2主要内容

1. 航区及用途

本船主要航行于长江干线重庆以下航域，主要航段是重庆至上海，航区跨越A级和B 级，主要任务是装运散装货物如矾土，矿石等。

2. 规范及规则

本船按”ccs”有关规范入级、设计和建造。

3. 船型、性能及总布置：

1） 船型、载货量与积载因数

本船为钢质、单甲板、双机、双桨、柴油机驱动的散货船，要求设计载货量8000 t。

2）航速：本船在静深水中、风力不超过蒲氏3级时的满载试航速度不低于18km/h,续航力不小于3000 km。比较相近载货量的内河母型船，航速在18~25km/h为多，本设计中考虑到航道的特殊性，尽可能取较小的航速，最终定为19km/h，续航力保持在3000km。

3）船员编制及配置：船员人数按依据为《中华人民共和国船舶最低安全配员规则》，室内设施按舱室设备规范配置。船员编制方面共需要14人，甲板部7人，其中船长一人，大副二副三副各一人，水手三人；轮机7人，其中轮机长、大管轮、二管轮、三管轮各一人，机工三人。

4. 主机、辅机及燃料

主机、辅机选用柴油机，具体型号、功率、转速根据快速性以及空泡校核结果进行确定。

5. 设备

锚、系泊、舵、起货、救生、消防及航行信号等设备根据《钢质内河船舶建造规范》（2016）要求及实际需要配置。

6．其他设备

完成舾装数计算；锚、系泊、舵、起货、救生、消防及航行信号等设备根据《钢质内河船舶建造规范》（2016）要求及实际需要配置；确定舵的尺度要素。

1.4船型特点及主要矛盾

1.4.1船型特点

本设计船为双机双桨双尾大型散货船，主要用来转载散装货物，且航段为重庆至上海，设计中的主要船型特点如下：

1：散货船大多都是低速船，首尾较丰满，很多散货船都设置有兼顾压载航行工况的球首。

2：现在的散货船大多采用尾机型的布置方式。这样布置的好处是，中部的舱室均可以用于装货，舱容的连续性较高，同时有利于提高起重设备的装卸能力，提高总纵强度。

3：散货船多设置顶边舱和底边舱，这样可以减少装货时清舱的工作，同时舱室里面装压载水之后，增加了压载量，增加首尾吃水。

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