第3章船舶重量和重心(2)

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1、3 3载重量估算 船舶的排水量 LW DW 上面已经介绍了空船重量LW各部分的估算 本节介绍DW的估算 载重量DW包括了货物 人员及行李 食品 淡水 燃油 滑油 炉水以及备品和洪应品的重量 如果满载设计状态还有压载水的话 则还包括压载水的重量 新船的设计技术任务书中有些对DW已作为设计条件给出 但也有些只给出了载货量Wc的要求 无论何种情况 为了考虑各种舱室容积的要求和计算重心的位置等 必须对组成载重量的各部分重量进行计算或估算 如已知DW 估算出除载货量WC以外的各部分重量Wi以后 有WC DW Wi 反之 已知WC也可求得DW 载重量估算 3 3 1人员及行李 食品 淡水的重量3 3 2燃

2、油 滑油及炉水的重量3 3 3备品 供应品重量 3 3 1人员及行李 食品 淡水的重量 1 人员及行李人员重量指旅客和船员的重量 在我国船舶设计中人员重量通常按每人平均65kg计算 人员所携带的行李则应根据航程和航线及不同人员的具体情况确定 一般 每人行李的重量约为 船员行李 35 55kg 长途乘客行李 25 35kg 短途乘客行李 10 20kg2 食品及淡水分别根据人数 自持力天数及有关定量标准按下式计算 人员及行李 食品 淡水的重量 式中 式中 R 续航力 nmile VS 服务航速 kn 如果任务书中规定了自持力 则按任务书要求确定 关于定量标准 食品定量通常按每人每天2 5 4 5

3、kg计算 淡水 包括饮用水和洗涤用水 的定量标准与航程 航线的气候条件 客船还考虑其等级标准 等因素有关 通常海船取每人每天定量100 200kg 我国国内航行船舶 因南方和北方气候条件相差较大 南方航行船舶淡水消耗量大 北方航行船舶消耗量较少 内河船因部分洗涤用水可直接利用江水 因此淡水可适当少带 远程航行船如本身备有制淡装置 其淡水储存量也可相应减少 3 3 2燃油 滑油及炉水的重量 1 燃油燃油储备量WF根据主机功率 续航力 航速 主机耗油率等计算确定 式中 t 航行时间 h t R Vs 其中R为续航力 nmile Vs为服务航速 kn g1 主机耗油率 kg kw h P1 主机常用

4、额定功率 kW g2 辅机 主要指发电机组 耗油率 kg kw h P2 航行时使用的辅机总功率 kW g3 其他燃油设备 如燃油锅炉 单位时间耗油量 kg h k 考虑风浪影响的系数 一般可取1 1 1 2 燃油 滑油及炉水的重量 对于一般运输货船 粗估时WF可按下式近似估算 式中 g0一一切燃油装置耗油率 kg kW h 可近似取主机耗油率的1 15一1 20 其他参数同式 3 3 3 2 润滑油重量估算中润滑油的储量WL近似地可取为燃油储量的某一百分数 即WL WF式中 对一般柴油机 0 02 0 05 主机功率大航程远的船取小值 燃油 滑油及炉水的重量 3 炉水炉水是指锅炉用水 其储备

5、量仅需考虑蒸汽的漏失量 因现代船舶主机一般都为内燃机 不像以往汽轮机那样需要大容量的锅炉 所以现在船上的锅炉都为辅锅炉 对于一般干货船所产蒸汽仅用于燃料油等的加热以及生活用汽 液货船 如原油船 因考虑液货舱的加热及保温等 所需蒸汽量大一些 炉水的储备量可按下式估算 式中 G 锅炉额定蒸发量 t h 一蒸汽漏失率 辅锅炉可取为0 05 0 06 t 航行时间 h 对于小型船舶 因炉水所需量较小 在淡水储备量中考虑适当裕度后 可不计炉水重量 3 3 3备品 供应品重量 备品是指船上备用的零部件 设备与装置 包括锚 灯具 损管器材 油漆等 供应品是指零星物品 如生活用品 炊具 办公用品 医疗器材等

6、国外有时将这部分放在空船重量内 我国一般将其放在载重量内 通常取为 0 5 1 LW 3 4排水量的初步估算和重力与浮力的平衡 本章的前面几节讨论了空船重量和载重量 它们的和就是船的排水量 根据浮性原理 船舶的重力应等于浮力 即应满足浮性方程但是 总重量中 Wi空船重量与主尺度有关 即且其中的关系很复杂 也就是说没有直接的解析解 必须通过逐步近似的方法来满足浮性方程的要求 通常的做法是 首先粗估一个徘水量的第一次近似值 然后考虑各种因素初步选择一组主尺度 该组主尺度应满足粗估的排水量要求 进而根据初定的主尺度用3 2节和3 3节介绍的方法估算各项重量 求得 wi后与浮力比较 不满足浮性方程时

7、再用重力与浮力平衡的方法 通过逐步近似的方法调整主尺度 最后得到一组满足浮性方程的主尺度 排水量的初步估算和重力与浮力的平衡 3 4 1排水量的初步估算3 4 2重力与浮力的平衡方法 3 4 1排水量的初步估算 在设计的最初阶段 初步选取主尺度时如何考虑排水量的要求是设计者面临的第一个问题 在已知载重量的情况下 排水量的第一次近似通常可应用载重量系数的方法初步确定 即式中 DW 载重量系数 如果已知载货量WC 则可用3 3节介绍的方法先估算出DW 下面对载重量系数作一讨论并介绍一些估算方法 排水量的初步估算 1 可用 DW初估 的船舶根据载重量要求 采用载重量系数 DW估算排水量的方法适用于载

8、重量较大的船舶 如散货船 油船 多用途船等运输货船 这类船的载重量DW占排水量 比例较大 对于客船 车客渡船 拖船 科学考察船等这一类船舶 由于载重量占排水量的比例较小 用载重量来初估排水量误差可能较大 所以一般不能用式 3 4 1 的关系来估算 2 DW的物理意义从式 3 4 1 可知 DW表示船舶载重量DW占排水量的比例 对于相同排水量的船来说 DW大 表示空船重量轻 或者说载重能力大 由此可见 一艘运输货船 DW的大小是反映该船设计建造质量的一个重要指标 排水量的初步估算 3 DW的变化规律统计资料表明 对于同类型的运输船舶 随着载重量的增大 DW也随之增加 也就是说 大船具有较大的 D

9、W 这是因为大船的空船重量LW占排水量 的比例比小船相对要小 不同类型的运输货船相比较 显然运输大宗货物的低速肥大型船载重量系数要比中高速货船大得多 不同类型和大小的货船载重量系数统计结果如图3 4 1所示 排水量的初步估算 排水量的初步估算 4 DW的佑算从载重重系数恤的定义可知 估算出新船的 DW不仅可用于粗估排水量 同样也可用于粗估空船重量 根据空船重量的分类 假定组成空船重量LW的WH WO和WM与排水量 存在某种指数关系 则有 或对照式 3 4 1 有 排水量的初步估算 如果设 即假定WH WO和WM都与 成线性比例关系 则用式 3 4 3 估算 DW 需找出WH WO和WM与 的指

10、数关系 事实上有些重量 如WM 与 的关系并不密切 难以统计出有用的规律 因此 实用上 DW的估算通常直接采用式 3 4 1 的关系 用母型船资料估算 或者用该式关系的统计公式 应该指出 由于影响空船重量的因素很多 DW的离散性很大 因此用统计公式估算 DW准确性不高 此外 某些类型的船舶 如集装箱船 滚装船 车客渡船等 它们所载的单元货物的平均重量指标有时相差较大 这些船的装载能力不能仅以载重量来衡量 因此用DW为参数来统计 DW不能全面地反映此类船的装载能力 排水量的初步估算 下面根据有关文献的资料给出几个载重型船舶 DW的统计公式 多用途货船 DW该式适用于DW 5000 25000t

11、散货船 DW该式适用于DW 10000 100000t 排水量的初步估算 油船 DW式中 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 d 3 5 K 0 9 0 95对DW 10000 50000t 纵中剖面上无纵舱壁 的船K 1 0 1 02 对于载重量DW占排水量 比例很小的船舶 如客船 拖船等 通常不能采用式 3 4 1 的关系来粗估排水量 这类船舶主尺度第一次近似值一般根据对主船体及上甲板所需的布置地位来初步选 在初步选取了一组主尺度 L B D等 以后 先估算出各部分重量 再考虑浮性方程的要求选择新船的吃水 方形系数和排水量等参数 然后

12、再考虑各种其他因素和要求 调整主尺度 通过逐步近似的方法平衡重力与浮力 最后得出一组满足浮性方程的主尺度 3 4 2重力与浮力的平衡方法 根据浮性方程式 kLBdCB LW DW 如果已知粗估所得的新船排水量 又根据各种因素初步选取了L B D d及CB后 就可根据这些初选的主尺度要素估算出空船的重量LW 并按前面所述的计算方法计算出载重量DW 或由设计任务书给定 经过上述步骤估算所得的重力 LW十DW 与由主尺度决定的浮力 kLBdCB 一般是不会相等的 需要调整 在这里 假设重量的估算是正确的 即使重量的估算存在误差 但至少目前没有依据随意地修改重量估算的结果 那么应该调整的是浮力 即主尺

13、度 调整多少浮力合适 这是需要考虑的一个问题 重力与浮力的平衡方法 举例来说 如任务书要求的新船DW为17500t 由此根据初估的主尺度决定的排水量 为23500t 而估算所得的空船重量LW 6000t 这样总重量LW DW 6500 17500 24000t 总重量比排水量大了500t 或者说载重量少了500t 要保证新船的载重量DW为17500t 必须加大船的主尺度 以增加 如果所增加的主尺度正好使 加大了500t 那么改变主尺度以后新的空船重量LW必然也随着主尺度的增加而增大 从而使新的LW超过6500t 那么 24000t仍不能保证浮力与重力的平衡 由此可见 的增量应大于500t 即

14、DW 但是大多少合理 这里我们引进诺曼 Normand 系数的概念来说明 重力与浮力的平衡方法 假设组成空船重量的WH WO和WM与排水量存在式 3 4 2 的关系 即则 的增量经整理归并后有 重力与浮力的平衡方法 式中N即为诺曼系数下面对诺曼系数N作一简单的分析 N l 因为式 3 4 9 分母恒小于l 所以 如果载重量差额 DW 1t 由于 N DW 因此排水量必须改变1t以上 N的大小取决于空船重量LW所占排水量 的比例大小 如果LW 小 则N也小 如设 则N就是载重量系数 DW的倒数 LW 小者 DW大 则N就小 重力与浮力的平衡方法 N的数值随WH WO和WM与 的关系而变 其中包括

15、了各项重量所占排水量的比例和排水量对各项重量的影响程度 即N随 和 的大小而变 为调整排水量而修改不同的主尺度 N也应不同 前面分析主尺度L B d和CB对LW的影响时已知不同主尺度对LW的影响程度是不同的 其中L影响最大 B次之 d和CB影响最小 因此 如用调整L或B来改变 则空船重量变化就大 N应有较大的值 如调整d或CB来改变 则空船重量影响很小 N也应有较小的值 具体可作如下考虑 修改L时 建议 取1 2 1 5 取0 5 0 8 取0 2 0 3 重力与浮力的平衡方法 修改B时 建议 取1 0 取0 7 取0 2 修改d或CB时 建议 取0 4 和 可取为0 事实上 由于各项重量与

16、的关系难以确切掌握 因此诺曼系数法只是重力与浮力平衡迭代过程的一种快速收敛法 如用计算机来完成迭代运算工作 即便取N 1也是可以收敛的 无非多运算几次 实用中诺曼系数N也可用来估算新船的排水量 根据新船和母型船载重量之差 考虑主尺度的修改方案并利用母型船的 O WHO WOO和WMO计算N 从而可确定新船相对母型船排水量应改变多少 应用这种方法估算新船排水量的条件是新船与母型船的载重量相差不大 3 5重心估算 船舶重心G的坐标如图3 5 1所示 坐标原点规定为纵中剖面基线上船长 通常指LPP 中点O 重心的x轴坐标用xG表示 重心的y轴坐标用yG表示 因通常船的左右舷重量分布是对称的 故一般yG 0 重心的z轴坐标 即重心在基线以上的高度zG 习惯上用KG表示 船舶的重心估算 主要是指船重心的纵向坐标xG和垂向坐标KG的估算 xG的估算关系到船的浮态 即影响船的纵倾 KG的估算则影响船的稳性 这涉及到船舶的安全性 必须重视 如果估算不准 尤其是对于稳性富余不多的船舶 重心估算过低会带来严重的后果 重心估算 重心估算 3 5 1重心高度KG的估算3 5 2重心纵向位置xG 3 5 1重心