摘 要

本文主要介绍了50TEU乌江通航隧洞货运船舶的总体设计和静水力、阻力、稳性、干舷、总吨和EEDI的相关计算。本次设计在充分分析船舶用途、航线特点基础上确定了船舶的主要尺度、完成了型线和总布置设计，借助CAD软件绘制了型线图和总布置图，采用compass软件进行了静水力计算和稳性计算，并对船舶的快速性、干舷进行了详细校核。

本船为集装箱船，在确定设计方案时注重了集装箱的布置要求，合理设计船型、主要设计参数和集装箱的布置方式；对于不同载况下的船舶航行安全性，采用compass软件对各种载况进行了全面的稳性校核，计算表明，完整稳性满足法规要求。

设计船主要参数为：总长Loa=56.1m，垂线间长Lpp=53.5m，型宽B=10.9m，型深D=2.5m，设计吃水T=2.0m。在设计载况下满载排水量Δ=965.987t，浮心纵向位置X_B=1.365m（舯前），方形系数C_B=0.824，棱形系数Cp=0.845，能达到的最大航速18.65km/h。

关键词：乌江通航隧洞；50TEU集装箱船；总体设计

Abstract

50 teu wujiang river navigation tunnel is mainly introduced in this paper the overall design of a cargo ship and static hydraulic, resistance, stability, freeboard, gross tonnage and EEDI calculation. This design determines the main dimensions of the ship, completes the profile and general layout design on the basis of full analysis of the ship use and route characteristics, draws the profile chart and general layout with the help of CAD software, conducts hydrostatic calculation and stability calculation with compass software, and carries out detailed check on the ship's rapidity and freeboard.

This ship is a container ship. When determining the design scheme, it pays attention to the layout requirements of the container, reasonably designs the ship type, main design parameters and the layout mode of the container. For the navigation safety of ships under different load conditions, compass software is used to conduct a comprehensive stability check for various load conditions. The calculation shows that the complete stability meets the requirements of the regulations.

The main design parameters of the ship are as follows: the overall length Loa=56.1m, the length between perpendiculars Lpp=53.5m, the breath B=10.9m, the depth D=2.5m ,the design draft T=2.0m. The design displacement Δ=965.987t, the longitudinal position of the center of buoyancy Xb=1.365m, the block coefficient Cb=0.824, the prismatic coefficient Cp=0.845, the maximum speed reaches 18.65km/h.

Key Words: Navigation tunnel of wujiang river； 50TEU container ship； the overall design；

目录

第一章 绪论 1

1.1 设计背景 1

1.1.1 内河标准船型主尺度发展现状 1

1.1.2 内河绿色船舶发展现状 1

1.2 设计的目的及意义 2

1.3 设计任务书分析 2

1.3.1 船型市场前景分析 2

1.3.2 航区分析 3

1.3.3 航运基础设施限制条件分析 3

1.3.4 应遵守的法规与规范标准 4

1.3.5 船型特点分析 4

1.3.6 主要矛盾分析 5

第二章 船体说明书 7

2.1 航区及用途 7

2.2 规范及规则 7

2.3 船型及载箱量 7

2.4 主尺度及船型系数 8

2.4.1 主尺度 8

2.4.2 尺度比 8

2.4.3 船型系数 8

2.5 主要性能 9

2.5.1 集装箱装载情况 9

2.5.2 航速、续航力及自持力 9

2.5.3 稳性 9

2.5.4 浮态 9

2.6 主机 9

2.7 螺旋桨（MAU型） 10

2.8 船员配置 10

2.9 总体布置 10

2.9.1 概述 10

2.9.2 主体下舱室布置 10

2.9.3 主甲板及升高甲板舱室布置 11

2.9.4 甲板室布置 11

2.9.5 顶棚甲板布置 11

2.10 舾装设备 11

第三章 船舶主要要素确定 13

3.1 主要设计思想 13

3.2 船型特征和总布置设想 14

3.2.1 船型特点分析 14

3.2.2 集装箱的布置 14

3.3 主尺度及方形系数初步确定 15

3.3.1 船长L的确定 15

3.3.2 船宽B的确定 16

3.3.3 吃水T的确定 17

3.3.4 型深D的确定 17

3.3.5 方形系数C_B的确定 18

3.3.6 小结 19

3.4排水量△的估算 20

3.4.1排水量△的初步估算 20

3.4.2空船重量LW的估算 20

3.4.3 载重量DW的估算 22

3.4.4 重力和浮力平衡校核 23

3.5 性能校核 23

3.5.1 稳性的校核 23

3.5.2 快速性的校核 25

3.6 船舶主尺度优化 26

3.6.1 经济性的计算 26

3.6.2 EEDI计算 28

3.6.3船舶主尺度优化结果 30

第四章 型线设计 32

4.1 主要设计思想 32

4.2 主要设计方法 32

4.3 主要型线要素的选择 33

4.3.1 横剖面面积曲线 33

4.3.2 设计水线 35

4.3.3 中纵剖面线 36

4.4 型线设绘 37

4.4.1 横剖面面积曲线生成 37

4.4.2 设计水线以下横剖面图的绘制 40

4.4.3 半宽水线图及纵剖线图的绘制 40

4.4.4完整横剖面图的绘制 43

4.5 静水力计算 43

第五章 总布置设计 47

5.1 主要设计思想 47

5.1.1 总布置设计的任务 47

5.1.2 总布置设计的步骤 47

5.2 设计船总体规范 48

5.3 设计船总体布置区划 48

5.3.1 纵向区划 48

5.3.2 横向区划 50

5.3.3 垂向区划 50

5.4 上层建筑及相关舱室与通道设置 50

5.4.1 人员配备 50

5.4.2 上层建筑总体布置 51

5.4.3 居住舱室布置 51

5.4.4 公共舱室布置 52

5.4.5 工作舱室布置 53

5.4.6 梯道布置 55

5.4.7 LNG罐的布置 55

5.5 液舱的布置 56

5.5.1 燃油舱的布置 56

5.5.2 压载水舱的布置 56

5.5.3 淡水舱及污水舱的布置 56

5.6 其他舱室的布置 56

5.6.1 机舱布置 56

5.6.2 其他舱室的布置 57

5.7 舾装设备布置 57

5.7.1 锚泊及系泊设备 57

5.7.2 信号设备 57

5.7.3 消防设备 58

5.7.4 救生设备 58

第六章 螺旋桨设计 60

6.1 主要设计思想 60

6.2 基本设计参数的选取 60

6.2.1 螺旋桨的数目 60

6.2.2 螺旋桨的叶数 60

6.2.3 设计图谱的选择 60

6.3 已知条件 60

6.3.1 船型参数 60

6.3.2 主机参数 61

6.3.3 推进因子 61

6.3.4 有效功率曲线 61

6.4 MAU图谱设计 62

6.4.1 初步设计 62

6.4.2 终结设计 65

6.4.3 空泡校核 67

第七章 稳性计算 70

7.1 主要内容 70

7.2 舱容要素曲线 70

7.3 浮态调整 71

7.3.1 船舶典型载况 72

7.3.2 典型载况重量重心计算 72

7.3.3 初稳性计算 74

7.4 大倾角稳性 76

7.4.1 横摇角 76

7.4.2进水角和极限静倾角 76

7.4.3静稳性和动稳性计算 76

7.4.4 稳性曲线 80

7.4.5 各倾侧力臂计算 82

7.4.6风压倾侧力臂计算 84

7.4.7水流倾侧力臂计算 84

7.4.8全速回航倾侧力臂 85

7.4.9 稳性衡准 86

第八章 干舷校核 87

8.1 干舷要求 87

8.2 最小干舷计算 87

8.3 基本干舷 87

8.4 型深对干舷的修正 87

8.5 舷弧对干舷的修正 87

8.5.1 标准舷弧高度 88

8.5.2 舷弧修正值计算 88

8.6 舱口围板高度和舱室门槛高度对干舷的修正 89

8.7干舷校核 89

第九章 吨位丈量 90

9.1 总吨位 90

9.1.1 量吨甲板以下所有围蔽处所的容积 90

9.1.2 量吨甲板以上所有围蔽处所的容积 91

9.1.3 量吨甲板以上应计入的固定载客开敞处所的容积 91

9.1.4 量吨甲板以上应计入的固定载货开敞处所的容积 91

9.15 小结 92

9.2 净吨位 92

第十章 总结 93

参考文献 94

致谢 95

第一章 绪论

1.1 设计背景

我国内河情况各异，乌江干线尤为复杂。为了缩短船舶航行的里程，加速航运通行速度，在航道上建设通航隧洞，拟采用曳引设备，保证船在不使用自身动力的情况下快速通过隧洞，且乌江航道具有库区航道和山区航道的双重属性，山区航道坡陡流急，回水变动段流速大，峡谷段河床狭窄，航道通航条件仍然复杂，制约乌江集装箱运输的可持续发展，船舶主尺度受到航道以及隧洞尺寸的限制，充分利用航道升级带来的优势，设计研究乌江干线集装箱标准船型对提高贵州省经济、社会效益意义重大。

1.1.1 内河标准船型主尺度发展现状

内河船舶受到航道、通航设施的限制，在设计时需考虑诸多因素。推进内河船型标准化，能够提升航运基础设施通航效能，促进船舶技术的进步和航运的可持续发展，进一步达到节能减排的目的。乌江是长江上游的重要支流之一，也是贵州省与长江黄金水道对接的航道，沿江经济的快速发展，日益增长的运输需求与枢纽通航设施通过能力之间产生矛盾。为最大限度发挥当前通航环境的水运优势，降低综合物流成本，必须使乌江干线货运船型标准化。

1.1.2 内河绿色船舶发展现状

随着全球经济的发展，环境的污染和能源的匮乏问题以及受到了各界的关注。因此，建造低污染、少油耗、环保节能的绿色船舶已经成为船舶业的必然趋势。近年来，我国大力发展绿色船舶，降低船舶营运成本，减少船舶排放，提升内河航运环境。

绿色船舶是指在船舶设计建造、营运、拆解全生命周期内能经济地满足用户要求，节省资源能源，减少或消除对环境污染的船舶。在船舶设计阶段通常从船体设计的线型，到主机选型、功率匹配、螺旋桨设计以及结合管理需要的机舱设备布置等进行优化。由702所设计的国内首艘满足内河EEDI第三阶段的绿色节能集装箱船，目前已取得CCS颁发的设计预验证证书和实船验证证书。702所实船开发组设计并于2016年建造完成的546TEU内河敞口集装箱船类似《内河船型标准化补贴资金管理办法》所提到的内河示范船，是国内首艘满足内河EEDI第三阶段的绿色节能集装箱船，是符合内河集装箱船大型化、标准化、绿色化的船舶，已为船东争取到大约200万元/艘的新造内河示范船贴补资金。发展绿色船舶，节省能耗，降低排放，对于船舶业和航运业意义深远。

1.2 设计的目的及意义

本设计选题为“50TEU乌江通航隧洞货运船舶总体设计”，其设计目的及意义如下：

（1）在现有乌江过闸标准船型系列的基础上，结合航道等级提升带来通航条件的变化，设计适用于未来乌江航道的绿色集装箱船。

（2）本船为航行于乌江干线典型航线的绿色集装箱船，顺应“一带一路”建设给水路运输经济带来开放发展的良好机遇，促使乌江沿岸各地区经济发展。

（3）通过优选船型尺度及参数，设计优良线性和合理布局；以及采用LNG/柴油双燃料发动机等途径，设计出绿色集装箱船，达到节能减排的目的。

1.3 设计任务书分析

1.3.1 船型市场前景分析

随着我国经济快速发展和对内河航运的重视，内河航运有了很大的发展，集装箱船正向着大型化、高速化、多用途方向发展。但与发达国家相比，我国内河航运环境污染较重，特别是通航条件较差的河流，船型复杂、船舶老旧、运量小、效率低，内河航运节能减排的问题已经不容忽视。集装箱船必然会朝着大型化、标准化、系列化的绿色船舶发展，提高运力，减少排放。

乌江作为贵州省第一大河，是长江上的八大支流之一，是西南地区渝、黔、湘、鄂四省的重要交通通道。2015年11月，乌江思林、沙陀升船机建成通航，构成滩翻坝运输系统建成，实现乌江全线通航。随着贵州省经济的发展，贵州省委、省政府把乌江水运航道建设作为贵州融入“长江经济带”和“通江达海”的重点任务，2018年9月《峡谷河流超高水头梯级水运通道开发关键技术研究及应用》成功立项省科技重大专项，此专项能解决乌江航道等级提升。因此，本设计船具有广泛的应用前景。

将LNG作为船用燃料的一部分，可以为船舶营运带来可观的经济收益。LNG 作为一种清洁能源，在安全性、经济性和环保性上有明显优势，采用LNG/柴油双燃料有利于实施绿色水运，节能减排。因此，采用 LNG/柴油双燃料动力是内河船舶的一种趋势。

1.3.2 航区分析

随着长江经济带和“一带一路”升级为国家战略，这是西部经济发展的难得机遇，经济增长率将引领全国。乌江作为贵州省水运发展的主要支柱，继全线通航后，其航道等级提升意义也极其重大，航道等级提升工作也受到社会各界广泛关注。即使之前处于区间通航状态，但运量也很可观，这说明沿江各地经济发展对水路需求巨大，所以乌江航道等级提升将直接带动贵州省经济的发展。

本船主要航行于乌江干线，综合考虑航道条件，为了满足贵州至重庆之间货物运输需求，本船设计航线选择为遵义港至涪陵港，属于内河B、C级航区和J2航段。

选择此航线，主要有以下三个方面的原因：

（1）遵义市处于贵州省乃至西部地区联通南北、承东启西的枢纽位置，是连接黔中经济区和成渝经济区的经济走廊，也是西南地区出海物流通道的重要节点；（2）遵义市货物运输总量巨大，将近占贵州省货物运输总量的2成；（3）物流体系初步形成。

1.3.3 航运基础设施限制条件分析

1.3.3.1 乌江干线枢纽

船舶的主要尺度确定须考虑乌江干线各枢纽对船舶的限制条件，具体见表1.1和1.2。

表1.1 枢纽主要参数

表1.2 通航隧洞参数

1.3.3.2 港口码头

乌江干流现有港口规模不大，港口设施较为简陋，主要是区间运输。构皮滩库区主要有遵义乌江码头、遵义楠木渡码头、开阳洛旺河码头、瓮安江界河码头、湄潭沿江渡码头；思林库区主要有余庆大乌江码头、凤岗河闪渡码头；沙坨库区主要有思南新港码头、德江共和码头；彭水库区主要有沿河东风码头、沿河洪渡码头等。货运吞吐量主要分布在开阳、遵义、沿河、思南、彭水等个港区。

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