1、 本科毕业论文 （ 20 届） 运沙船快速性研究 所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录 2 目 录 摘要 .3 一、 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1 选题的意义 .5 1.2 国内外运沙船快速性的研究状况 .5 1.3 本设计的主要内容 .8 二、 设计船主尺度及排水量的确定 .8 2.1 分析任务书与母型船资料 .9 2.2 设计船重量估算 .12 2.3 确定设计船主尺度及排水量 .14 三、设计船型线设计 .15 3.1 设计船型线设计 .15 3.2 绘制设计船型线图 .15 四、设计船总布置设计 .17 4.
2、1 设计船总布置设计 .17 4.2 绘制设计船的总布置草图 .19 4.3 设计船重量重心计算 .19 五、设计船快速性研究 .23 5.1 设计船有效马力估算 .23 5.2 设计船螺旋桨设计 .23 5.3 绘制设计船螺旋桨桨图 .35 六、总结 .36 致谢词 .37 参考文献 .38 英文资料 .39 英文翻译 .44 附图 .47 本科毕业论文 摘要 3 摘 要 随着经济的持续快速发展，房地产等行业对于河沙等建筑材料需求也越来越大，对于运沙船所带来的利润也更大，所以运沙船的快速性研究是一个非常有意义的课题。 本次设计目的是得到稳性较好，强度符合规范要求，设计合理的运沙船。保证人们的
3、生命安全，提高快速性，从而提高经济 效益。 该运沙船航行于舟山和宁波沿海海域，该船选用 CCSA 级船用钢，钢质焊接，单甲板、单底、单壳，横骨架式结构形式。该设计主要包括三个部分，即总体部分、性能部分和总结部分。总体部分包括：任务书和母型船资料的分析， 设计船主尺度确定与重量、重心计算，总布置设计与总布置图绘制等。性能部分包括：通过母型资料变换绘制设计船型线图， 艾亚 法进行船体阻力与有效功率估算，螺旋桨设计及绘图等。总结部分：概述整个设计过程所得的结论，分析设计船对母型船进行改变后的优、缺点。 由于时间有限及本人能力的不足，同样存在一些不足之处 。 设计过程虽然比较曲折，但最终得到的运沙船是
4、符合最初设计目的，而且能保证运沙船能带来更大的经济效益要求，拥有足够的快速性，满足使用者的要求。 关键词 快速性；性能；设计；目的 本科毕业论文 摘要 4 The quickness research of sand carrier Abstract With the Sustained and rapid development of economy,building materials like river sand are getting more and more serious for Real estate industry.The sand carrier will get mo
5、re profit.So the quickness research of sand carrier is a very meaningful subject.The purpose of this design is to get a sand carrier which has a good stability and whose Strength can meet the requirements of specification.Than it can ensure peoples life safety,and it can improve quickness and econom
6、ic benefits. This sand carrier is sailing in zhoushan and ningbo coastal waters. The ship is made by CCSA steel.This is a single deck,single bottom,single shell,transverse frameworked,welded ship, This design included three sects.General section、performance section、 and summary section. General sect
7、ion include: analyzes the assignment and the information of the mother ship, works out the designed ships tonnage and its center of gravity and ensure the designed ships principal particulars. Fixes on the general arrangement and draw out the general arrangement diagram. The performance section: dra
8、ws the lines plan by the imitating the mother ships lines plan， accounts the resistance and efficient power by Ayre law, counts the performance of the propeller that in open water and draws the propeller diagram. Summary section:summarizes the whole process of the design, discusses the new ships adv
9、antage and shortage compare with the mother ship.At the some time, this design ship has some disadvantage, because we have just finity time and fall short of ability. Though the process of design is not favorably, but the designing ship is match the first purpose and meet the request of strength and
10、 stability. And it can let sand carrier take more economic benefits ,have enough quickness ,satisfy the users request. Key Words Quickness; Performance; Design; objectiv 本科毕业论文 正文 5 一、 绪论 1.1 选题的意义 在浙江海洋经济发 展示范区规划中，浙江发展海洋经济将以宁波 舟山港海域、海岛及其依托城市为核心区，继续推进宁波 舟山港口一体化，形成我国海洋经济参与国际竞争的重点区域和保障国家经济安全的战略高地。宁波 舟
11、山港将趁着发展海洋经济的东风，快速发展。 随着经济的持续发展，基础设施建设的步伐加快，特别是房地产业的快速发展，河沙等建筑材料的需求也越来越大，沿海的运沙业得到快速发展，在满足安全航行的要求下，尽可能的提高运沙船的快速性，可以带来经济效益的提高，因此对于运沙船的快速性研究是非常具有实际意义的。然而，由于船舶自身的不足以及追 求利益，船舶超载现象普遍存在，船舶配员严重不足，夫妻船大量存在，船员素质低， 同时许多人没有接受过系统的教育，安全意识淡薄，因此涉及运沙船的事故不断上升。惨痛的事实，血的教训，使我们不得不面对运沙船的营运风险。 运沙船所带来的利益是巨大的，但是运沙船存在先天性不足。一是由于
12、运沙船船型比较特殊，船舶尺度、吨位也比较小，构造也相对简单，造船工艺要求也不高，因此基本上都由小型造船厂建造。这些船厂技术力量不强，设备简单，管理水平也不高，工人技术水平相对较弱，焊接工艺不过关；船厂为了自身利益，使用低质量或根本 就没有经过船检检验的产品甚至二手设备； 同时船东监造不严格， 使船舶在建造过程中就存在缺陷。二是运沙船结构设计不是特别合理。目前，国内的运沙船一般都是一舱制，货舱只有一个， 货舱前部或后部设有积水舱 /柜， 用于收集装货时的泥水并排除舷外。货舱两侧为空气舱。空气舱一般都是统舱，中间没有水密横舱壁，也没有监控设备，一旦空气舱漏水，就可能造成船舶因储备浮力不足而沉没。船
13、舶无证书营运。运沙船多为个体或私营船舶，船主为了贪图方便，减少成本，不办理任何营运证书；有的船只新船时办理了证书，但证书过期后，未及时更新；有的运 沙船经过多次转让， 船舶资料遗失，而无法办理证书。船公司或船舶管理公司管理不到位。许多船主均把自己的船只挂靠在船舶管理公司，而有些船舶管理公司只管收钱，公司管理不完善，没有相应的安全制度与应急措施，也没有船员管理的制度，船员培训、招聘都流于形式，机器设备的维护保养也没有监管。船体维修不及时，船况差，船体老旧现象严重，船上救生、消防设备配本科毕业论文 正文 6 备不足，无相应的备件在船。船员素质较低， 无证船员上船工作，配员不足现象普遍。 运沙船超载
14、的直接后果 , 可导致浪损、自沉等水上安全事故。船舶超载后 , 由于自身剩余浮力 下降 , 稳性和操纵性都受到了影响 ,很容易发生沉船事故。船舶安全航行必须具备一定的储备浮力 , 以保证船舶有效的抗沉性。沙船超载 , 干舷减少甚至消失 , 船舶储备浮力不足。在这种状态下 , 超载船稍遇风流等外力作用极易翻沉。在具备适当储备浮力和储备动力的条件下 , 船舶才具有有效的操纵性。超载后 , 船舶操纵性能大大降低 , 遇有紧迫局面难以作出及时而有效的避让 , 碰撞事故在所难免。 加强对船厂的管理。要求船厂建立相应的制度，从造船工艺、原材料、船用产品等几个方面入手，提高船舶出厂的质量。如，通过对焊工的培
15、训与 考核，提高焊接水平，提升船舶水密性与抗沉性。与船检部门的通力协作，要求船检加强对在建运沙船的检查力度。 合理改进运沙船的设计。针对空气舱的统舱问题，可在空气舱中间设置横向水密舱壁，把空气舱分隔成多个水密舱室，减少进水对储备浮力的影响。同时，为了监控空气舱是否进水，可设置测量管，因运沙船的型深较小。 深化船公司管理。对船舶安全管理不善、事故多发的船公司进行整改，甚至取消其营运资格。要求公司加强对船舶的维护保养，公司规模化后，可以有足够的财力和人力对船舶的维修提供支持，使船舶的配备满足要求。同时，也有能力适当的 提高福利待遇，招聘持证的适任船员到船工作。 加强船员管理与培训。考虑到船员年龄结
16、构偏老， 培训时应以实操为主， 减少纯理论内容。对运沙船驾驶员要加强避碰规则的学习， 减少碰撞风险。控制船舶超载。一是开展安全宣传教育， 提高船员安全意识； 二是对运沙船进行适当改进， 在输送带上设置计量装置， 控制装船数量； 三是加强行政处罚力度。不仅对发现超载的船只、船公司予以重罚， 对采砂船也要处以一定数额的罚款。 运沙船所带来的经济效益是巨大，但同时它存在的问题也是很严重的，希望相关部门认识到，不要被利益蒙蔽了双眼，对于 我们来说，研究运沙船的快速性还是有一定能力的，同时在满足安全法规的要求下，尽可能的提高运沙船的快速性，可以带来利润的提高，因此运沙船快速新研究这个课题是非常具有意义的
17、。 1.2 国内外运沙船快速性的研究状况 船舶快速性是船舶的重要性能之一 , 在船舶设计和建造中 , 达到快速性指标不仅可本科毕业论文 正文 7 满足设计任务书所提出的航速要求 , 而且亦可保证船舶的经济效益 ， 研究船舶航行过程中的阻力问题对改善船舶快速性具有重大作用 。 船舶在主机输出功率一定的条件下，尽量提高船速的能力叫船舶快速性。快速性包含节能和速度两层意义， 所以提高船舶快速性也应从这两方面入手，即尽量提高推进器的推力和减小船舶航行的阻力。 船舶阻力包括水阻力和空气阻力。由于水的密度比空气大 800 多倍，所以船舶在海上航行时，主要考虑船体水阻力。船体水阻力为摩擦阻力、涡流阻力（形状
18、阻力）和兴波阻力三个部分。它们的总和就船体的总的水阻力。即：摩擦阻力是由水粘性引起，船在水中运动时，总有一层水粘附在船体表面，并跟着船体一起运动。船舶运动带动水分子运动所消耗的能量，即为船舶克服摩擦阻力所消耗的能量。摩擦阻力的大小与船体浸水表面积、船体表面滑度、航速高低有关。因此 ，船舶定期进坞清除污底，是减少摩擦阻力的重要措施。 船体运动时除产生摩擦阻力之外，还同时产生涡流阻力，当船体向前运动时，产生一相对水流，由于水具有粘性，靠近船体表面处的相对水流速度就小，到达船尾时，断面扩大，流速很快下降，可达到零或者倒流，就造成船尾部的涡流运动，使船尾压力下降，对船舶就形成一个压力差阻力，就叫涡流阻
19、力，或叫形状阻力。在船体弯曲度较大部分就容易产生涡流，尾部横剖面作急剧收缩的船舶所引起的涡流阻力较为严重，而流线型船体就不产生涡流阻力或只产生极小的涡流阻力。因此，改善水下船体的线型，对船舶快速性影响很大。 兴波阻力是由于船舶航行中掀起的船行波，产生与船舶前进方向相反的阻力。船行波分船首波和船尾波，在船行波传播中，如果船首波与船尾波在船尾处互相迭加，兴波阻力就大；如果船首波和船尾波在船尾处互相抵消，兴波阻力就小。所以兴波阻就大小，主要与航速和船长有关。航速越快，兴波阻力越大，在一定的设计航速下，适当选择船长，可以减少兴波阻力。远洋船多采用球鼻船首型，就是为了调整船长，以达到减少兴波阻力的目的。
20、 至于提高推进器推力，由于目前海船的推进器主要是采用螺旋桨，在主机输出功率和转速一 定的条件下，正确设计或选择螺旋桨的几何形状，对产生推力大小有很大关系。因此营运中的船舶应：可调螺距的螺旋桨适当地选择螺旋桨的螺距，调整合适的吃水和吃水差，航行中保持螺旋桨在水下有足够的深 。 根据运沙船的特点：一是船型特殊。它有方头、方梢、平底、浅吃水，它的长宽比本科毕业论文 正文 8 大，具有宽、大、扁、浅的特点。这种船型不怕沙滩，可以在沙质海底的海域航行，也可在江河湖泊中航行。运沙船底平能坐滩，不怕搁浅。在风浪中也安全。特别是风向潮向不同时，因底平吃水浅，受潮水影响比较小，比较安全。二是近海航行方面性能优越
21、。运沙船上多桅多帆，可 以逆风驶帆，能在海洋上远航。沙船上桅杆高大，桅高帆高，利于使风，又加上它吃水浅，阻力小，所以，能在海上快速航行。运沙船不仅能顺风驶船，逆风也能航行，甚至逆风顶水也能航行，适航性能好。运沙船航海性能好，七级风能航行无碍，又能耐浪，所以运沙船能远航。三是载重量大。一般记载说运沙船载重量是四千石到六千石（约合五百吨到八百吨）。也有说运沙船载重量是是二千石到三千石（约合二百五十吨到四百吨），元代海运大船八九千石（一千二百吨以上）。我们合理提高其快速性，从而提高其经济效益。 在运沙船设计中要满足用船部门对快速性的 要求，应当从下述 4 个方面来考虑：船舶于航行时所遭受的阻力要小，
22、即所谓优良线型的选择问题；选择推力足够，且效率高的推进器；选取合适的主机推进器与船体和主机之间协调一致。船舶阻力是与造船工程实际密切联系，对设计性能良好的船舶具有重要意义。其研究的主要问题包括：船舶以一定速度在水中航行时所遭受的各种阻力成分的成因、特性，及随航速、船型和外界条件不同而变化的规律；研究减小阻力的方法，寻求设计低阻力的优良船型；研究船舶阻力估算方法，以及如何通过模型试验来确定船舶阻力，为确定主机功率，设计推进器 (螺旋桨 )提供可 靠的依据。船舶推进主要研究推进器在水中运动时产生推力的基本原理、影响螺旋桨性能 (效率 )的因素、船机桨的配合，以及如何设计性能优良的螺旋桨推进器等问题
23、。 1.3 本设计的主要内容 本次对于运沙船的快速性研究，我主要打算在螺旋桨方面着手，在螺旋桨的计算前，我会进行新船型线的优化，同时还有总布置的设计。新船主尺度、排水量和重心的计算是螺旋桨计算前一定要做的，求得有效功率曲线后，就可以进行螺旋桨的计算了。参照书本，选取公式，使用表格，进行螺旋桨的设计，然后画出桨图。 船舶快速性设计实质是一种具有风险性质的设计。如何把 握风险、提高性能，关键在于设计者能否较准地把握船舶有关设计数据。 本科毕业论文 正文 9 二、设计船主尺度及排水量的确定 2.1 分析任务书与母型船资料 2.1.1 船型、用途及航区 母型船为单甲板、单底、方尾，双机双桨双舵的自卸式
24、运沙船。该船设一层纵通甲板，首尾为升高甲板，尾部设两层甲板室。货舱内设有一条输送带。本船的航区为沿海航区，主要营运于舟山和宁波等沿海海域。 2.1.2 主要尺度及参数 总 长 51.00 m 垂线间长 48.30 m 型 宽 7.20 m 型 深 3.00 m 设计吃水 2.40 m 排 水 量 998.8 t 肋骨间距 0.55/0.60m 首 舷 弧 0.849m 尾 舷 弧 0.547m 梁 拱 0.25m 甲板间隔：主 甲板至艏升高甲板 0.50m 主甲板至尾升高甲板 0.40m 主甲板至尾甲板室 2.20m 尾甲板室至驾驶甲板 2.20m 2.1.3 总布置情况 本船主甲板下共设 8
25、 道水密舱壁，从尾至首分设舵机舱和淡水舱（左右）、冷却水舱和燃油舱（左右）、机舱、前后货舱、属具舱和首尖舱。 尾甲板室内设 4 人间和 2 人间各一间，厨房、厕所各一间， 餐厅设于甲板室内。在上至驾驶室的梯道下设一储物间。 #13 #19 为机舱平台。驾驶甲板室内设单人间 6 间，驾驶甲板室外设有一 15 气涨式救生筏。 本科毕业论文 正文 10 首升高甲板处设有系泊锚泊设备、门柱、约 20 多米长传送带架及其变幅回缩装置。传送带从货舱区域通过首部甲板上的传送带通道及其首端传送带架将货物卸下，及首升高甲板前伸出 2 米长的槽钢托架。 2.1.4 主要舱柜容积 舵机舱（尾 #3） 22.5m3
26、淡水舱（尾 #2） 4.96m3 燃油舱（ #3 #6） 10.30m3 机 舱（ #6 #17） 193.65m3 货 舱（ #3 #6） 247.14m3 首尖舱（ #76 首） 40.83m3 2.1.5 稳性、干舷、吨位 本船吃水为 2.4m，根据（ 1999）船舶与海上设施法定检验规则非国际航行海船法定检验规则第四篇第七章完整稳性对沿海航区船舶的要求计算，稳性满足规范要求，干舷满足（ 1999）第三篇载重线对国内 B 型船舶的要求。本船吨位满足船舶与海上设施法定检验规则（ 1992）的要求：总吨位 GT=498；净吨位 NT=279。 2.1.6 主要动力设备及船员定额 主机型号： 6160A 1 主机型式：四冲程、直立、直接喷射、水冷 数量： 2 台 额定功率： 90KW 齿轮箱型号： Z300、 Y300 数量： 2 台 减速比： 3.5:1 全船共计 12 人 2.1.7 船体结构 本船船体结构尺寸按 2001钢质海船入级与建造规范的规定进行计算。全船采用焊接结构，材料均选用 CCSA 级船用钢。本船全船结构为单甲板、单底、单壳，骨架形式采用横骨架式。主要构件尺寸详见“基本结构图”。 2.1.8 舾装、消防、救生设备 1、 锚泊系泊设备： 本船锚及系泊设备按钢质海船入级与建造规范（ 2001）对沿海航区船舶的有关要求计算，其舾装数 N=215.23。
