1700TEU集装箱船设计特点.pdf

1、船 舶 设 计 与 研 究1700TEU 集 装 箱 船 设 计 特 点上 海 船 舶 研 究 设 计 院 万 水 生 胡 关 德 王 明 君提 要本 文 仅 就 1700T EU 集 装 箱 船 舶 概 况 和 主 要 设 计 特 点 作 了 简 要 介 绍 , 并 和 国 外 90 年 代 同 类 型 船 作 了 简 单 比较 。关 键 词 : 集 装 箱 船 性 能 结 构 设 计作 者 简 介 : 万 水 生 , 上 海 船 舶 研 究 设 计 院 高 级 工 程 师 ;胡 关 德 , 上 海 船 舶 研 究 设 计 院 高 级 工 程 师 ;王 明 君 : 上 海 船 舶 研 究 设

2、 计 院 总 工 程 师 , 教 授 级 高工 。1 前 言1700T EU 集 装 箱 船 是 上 海 船 舶 研 究 设 计 院 开发 设 计 的 目 前 国 内 自 行 设 计 的 最 大 的 新 一 代 全 集 装箱 船 , 也 是 中 国 远 洋 船 舶 运 输 公 司 落 实 “ 国 轮 国 造 ”的 一 次 成 功 尝 试 。 该 型 船 质 量 可 靠 , 性 能 优 良 , 各 项经 济 技 术 指 标 优 异 , 深 受 船 东 的 好 评 。目 前 , 1700T EU 集 装 箱 船 同 时 在 上 海 船 厂 、 大连 造 船 厂 建 造 , 两 船 厂 已 交 付

3、6 艘 船 舶 。 2000 年 2月 26 日 , 上 海 市 经 贸 委 和 中 国 船 舶 集 团 公 司 联 合 在上 海 举 行 鉴 定 会 , 与 会 专 家 一 致 认 为 该 型 船 的 主 要技 术 指 标 达 到 90 年 代 末 国 际 先 进 水 平 。本 文 仅 就 船 舶 概 况 和 主 要 设 计 特 点 作 一 简 要 介绍 , 并 且 和 国 外 90 年 代 同 类 型 船 作 一 简 单 比 较 。2 船 舶 简 介本 船 为 单 螺 旋 桨 、 柴 油 机 驱 动 的 中 型 全 集 装 箱船 , 设 单 层 连 续 甲 板 、 前 倾 带 球 首 的

4、首 柱 、 方 尾 、 流 线型 悬 挂 舵 和 首 侧 推 器 ; 上 甲 板 下 从 船 首 至 船 尾 依 次设 首 尖 舱 、 首 侧 推 舱 、 4 个 货 舱 、 机 舱 和 尾 尖 舱 ; 船 首部 设 首 楼 , 机 舱 及 居 住 舱 室 设 在 中 后 部 , 在 居 住 舱 室后 部 设 一 无 舱 盖 小 货 舱 , 甲 板 室 为 7 层 , 布 置 居 住 舱室 和 驾 驶 室 (见 图 1)。图 1 1700T EU 集 装 箱 船 总 布 置 图7上 海 造 船 2000 年 第 2 期2. 1 主 要 尺 度 与 要 素(1) 主 要 尺 度 及 载 重 量总

5、 长 L oa 179. 70m 设 计 吃 水 载 重 量 20760t垂 线 间 长 L pp 167. 00m 结 构 吃 水 载 重 量 25723t型 宽 B 27. 60m型 深 D 15. 90m载 箱 量 (甲 板 货舱 )1702(926 776) TEU设 计 吃 水 T d 9. 50m 冷 藏 箱 插 座 200 个结 构 吃 水 T s 10. 70m(2) 液 舱 容 积燃 油 舱 1869. 421m 3 淡 水 舱 210. 837m 3柴 油 舱 165. 312m 3 饮 用 水 舱 49. 068m 3滑 油 舱 227. 208m 3 压 载 水 舱 8

6、438. 808m 3(3) 航 速 和 续 航 力在 设 计 吃 水 9. 5m , 主 机 功 率 CSR , 并 计 入 15%海 上 裕 度 时 , 船 底 清 洁 , 风 平 浪 静 , 深 水 条 件 下 航 速为 20. 2kn。在 设 计 吃 水 9. 5m , 航 速 为 20. 2kn 时 , 持 续 航距 为 13000n m ile。(4) 吨 位总 吨 位 20545t净 吨 位 9368t(5) 船 员 28 人(6) 主 要 舾 装 设 备锚 设 备 : 5850kg,A C214 3 只 , 其 中 1 只 为 备 用 ,锚 链 直 径 68mm , 三 级 链

7、 ; 电 动 液 压 锚 机 2 台 , 带 恒张 力 装 置 , 额 定 拉 力 220kN。舵 设 备 : 流 线 型 半 平 衡 舵 1 只 , 面 积 比 2% , 配电 动 液 压 舵 机 1 台 , 扭 矩 为 126t m。救 生 设 备 : 29 人 尾 开 门 全 封 闭 耐 火 救 生 艇 2只 , 其 中 1 只 兼 救 助 艇 ; 15 人 救 生 筏 4 只 。系 泊 设 备 : 首 部 2 台 锚 机 兼 绞 缆 机 ; 尾 部 设 2 台双 鼓 绞 缆 机 , 带 恒 张 力 装 置 , 额 定 拉 力 147. 1kN。舱 盖 : 大 型 钢 质 箱 形 结 构

8、 pon toon 型 , 无 序 开启 。集 装 箱 绑 扎 设 备 : 采 用 GERM AN LA SH IN G公 司 提 供 的 成 套 设 备 。(7) 主 要 机 电 设 备主 机类 型 : B 另 一 方 面 , 又 采 取 多 种 措 施 降 低 空船 重 心 高 度 ; 再 次 , 在 货 舱 内 降 低 双 层 底 高 度 来 降 低集 装 箱 的 重 心 高 度 。 另 外 , 合 理 分 舱 , 使 常 用 压 载 舱的 重 心 尽 可 能 低 。 通 过 多 种 措 施 , 本 船 平 均 装 载 14t的 装 箱 量 达 到 1350T EU , 占 总 箱 数

9、的 80% , 高 于 同类 型 船 舶 ; 而 压 载 水 量 在 出 港 、 到 港 时 分 别 占 其 排 水量 的 10. 7%、 16. 4% (见 表 1) , 相 比 同 类 型 船 也 低 了许 多 。 实 际 营 运 中 , 由 于 实 际 集 装 箱 重 心 更 低 , 根 据实 际 情 况 , 完 全 可 以 无 压 载 水 出 港 , 进 一 步 提 高 船 舶的 营 运 效 益 。表 1 平 均 14t 箱 重 时 箱 数 、 载 重 量 、 压 载 水 量 关 系项 目工 况 平 均 箱 重14t 出 港平 均 箱 重14t 中 途平 均 箱 重14t 到 港平 均

10、 箱 重 14t 时 箱 数 1350T EU 1350T EU 1350T EU压 载 水 (t) 3753. 70 4309. 30 5695. 26载 重 量 (t) 25648. 30 25170. 97 25570. 62吃水首 吃 水 (m ) 10. 217 10. 450 10. 562尾 吃 水 (m ) 11. 114 10. 728 10. 808平 均 吃 水 (m ) 10. 666 10. 589 10. 6853. 3. 2 分 舱 及 破 舱 稳 性(1) 分 舱分 舱 时 参 考 手 头 船 型 资 料 , 结 合 船 东 对 本 船 的具 体 要 求 , 进

11、 行 了 综 合 考 虑 。 在 细 节 上 注 意 以 下 几 个方 面 : 油 舱 首 尾 布 置 , 且 大 多 布 置 在 边 舱 , 有 利 于到 港 时 纵 倾 和 稳 性 。 边 舱 和 底 舱 的 隔 断 是 在 4196 平 台 处 , 使 大多 数 工 况 下 , 仅 装 底 舱 压 载 水 就 能 满 足 稳 性 要 求 , 降低 了 压 载 水 的 重 心 , 增 加 了 载 箱 数 在 两 边 抗 扭 箱 处 设 贯 穿 首 尾 的 船 员 工 作 通道 , 仅 在 通 往 舵 机 舱 和 机 舱 两 边 各 设 两 扇 铰 链 式 水密 门 , 便 于 船 员 使

12、用 。 按 船 东 的 特 殊 要 求 , 在 机 舱 上 平 台 和 舵 机 舱设 置 通 道 , 但 规 范 规 定 , 该 两 处 是 分 舱 舱 壁 , 必 须 有效 地 分 隔 。 因 此 , 本 船 在 机 舱 与 舵 机 舱 之 间 设 置 了 防火 门 、 移 动 水 密 门 , 并 在 驾 驶 室 可 遥 控 开 闭 。(2) 破 舱 稳 性对 于 3000T EU 以 上 的 大 型 集 装 箱 船 , 一 般 都 把抗 扭 箱 做 成 纵 通 , 以 提 高 船 员 在 恶 劣 天 气 或 夜 晚 行 走的 安 全 性 , 使 用 上 很 受 船 员 欢 迎 。 而 对

13、于 中 小 型 集 装箱 船 要 做 到 这 一 点 很 难 , 船 东 要 求 本 船 装 箱 时 具 有 的初 稳 性 高 度 高 于 规 范 要 求 , 因 此 满 足 破 舱 稳 性 要 求 就相 当 困 难 。 本 船 经 多 方 案 比 较 , 采 取 了 合 理 划 分 边 舱降 低 空 船 重 心 高 度 及 局 部 空 心 管 升 高 等 措 施 。3. 4 结 构 设 计本 船 为 大 开 口 船 舶 , 货 舱 开 口 达 0. 84 bB 和0. 94 lL , 边 舱 宽 度 仅 为 2. 2m , 对 船 体 总 纵 强 度 和 货舱 口 角 隔 处 特 别 是 机

14、 舱 前 端 壁 角 隅 处 的 局 部 强 度 进行 了 充 分 的 考 虑 , 并 作 了 针 对 性 加 强 。 另 外 , 考 虑 到船 舶 首 部 结 构 外 飘 较 剧 , 设 计 时 根 据 本 船 的 船 长 、 航速 、 方 形 系 数 和 首 部 外 飘 程 度 , 对 可 能 遭 遇 强 烈 的 波浪 拍 击 的 首 部 结 构 采 取 了 适 当 的 加 强 措 施 。本 船 货 舱 内 集 装 箱 堆 高 为 6 层 , 负 荷 分 别 为144t T EU 和 100t T EU , 货 舱 底 部 集 装 箱 箱 角 承受 较 大 的 集 中 负 荷 及 动 载

15、荷 , 因 此 , 双 层 底 和 平 台 下方 的 集 装 箱 箱 脚 处 需 局 部 加 强 。 这 种 加 强 需 要 确 定加 强 形 式 , 并 对 每 个 箱 脚 所 受 的 垂 向 力 及 加 强 构 件的 强 度 进 行 计 算 。货 舱 口 上 集 装 箱 堆 重 为 80t T EU 和 100t T EU , 每 层 货 舱 口 上 的 负 荷 可 高 达 1760t, 舱 口 围 上的 支 承 点 的 负 荷 可 达 60t, 计 及 动 载 荷 可 达 100t, 因9上 海 造 船 2000 年 第 2 期此 在 设 计 舱 口 围 时 也 进 行 了 重 点 考

16、虑 , 以 防 设 计 不当 。 强 度 不 足 时 , 货 舱 口 围 板 会 因 货 舱 盖 上 集 装 箱 的剧 烈 移 动 和 货 舱 盖 之 间 的 强 烈 摩 擦 而 撕 裂 。3. 5 振 动本 船 设 计 伊 始 把 预 防 和 避 免 有 害 振 动 作 为 一 个重 要 设 计 目 标 。分 析 引 起 本 船 振 动 的 因 素 可 能 有 下 面 几 种 :本 船 航 速 高 且 线 型 因 布 置 需 要 首 部 有 较 大 外飘 , 在 航 行 中 遭 受 波 浪 拍 击 引 起 振 动 , 这 种 振 动 可 能传 播 、 加 剧 船 体 总 振 动 ;大 功 率

17、 主 机 工 作 和 螺 旋 桨 在 不 均 匀 伴 流 场 运 动时 产 生 的 激 振 力 会 造 成 尾 部 和 上 层 建 筑 的 振 动 ;甲 板 室 有 7 层 , 高 且 短 , 甲 板 室 后 端 壁 未 落 在 主舱 壁 上 等 。采 用 有 限 元 方 法 进 行 了 船 体 总 振 动 计 算 及 甲 板室 强 迫 振 动 计 算 , 根 据 计 算 结 果 , 在 具 体 设 计 中 采 取了 如 下 措 施 :(1) 各 层 甲 板 室 内 纵 向 围 壁 尽 量 上 下 对 齐 , 形成 “ 井 ” 字 结 构 。(2) 机 舱 加 设 支 柱 。(3) A、 B

18、二 层 甲 板 室 外 围 壁 适 当 加 厚 。(4) 机 舱 区 域 适 当 增 大 横 梁 和 纵 桁 尺 寸 。(5) 雷 达 桅 下 作 适 当 加 强 。通 过 实 施 上 述 结 构 防 振 措 施 , 以 及 采 用 低 振 侧斜 桨 , 实 船 试 航 及 营 运 情 况 表 明 , 本 船 的 振 动 源 主 要是 螺 旋 桨 的 五 倍 叶 频 、 十 倍 叶 频 、 十 五 倍 叶 频 和 主 机的 三 阶 和 六 阶 振 动 。 测 试 的 数 据 结 果 表 明 本 船 的 振动 十 分 理 想 , 各 种 情 况 均 满 足 合 同 规 格 书 规 定 的 国际

19、标 准 ( ISO 6954“ Gu idelines fo r the overall evalu2ation of vib ration in m erchan t sh ip s” )的 要 求 。 本 船的 局 部 振 动 是 轻 微 的 。从 总 振 动 测 试 数 据 可 以 看 出 , 本 船 船 体 结 构 在主 机 任 何 转 速 下 , 无 振 动 峰 值 产 生 , 因 此 可 以 认 为 该船 就 船 体 结 构 而 言 没 有 临 界 转 速 (见 表 2)。3. 6 干 舷 甲 板本 船 夏 季 载 重 线 至 上 甲 板 的 距 离 为 5220mm ,规 范 要

20、 求 仅 为 2325mm , 属 富 裕 干 舷 。 经 船 东 、 船 检同 意 后 , 干 舷 甲 板 设 在 二 甲 板 即 抗 扭 箱 底 部(13200mm ) , 把 抗 扭 箱 以 上 部 分 整 体 作 为 上 层 建筑 , 这 样 做 的 好 处 有 :(1) 两 侧 纵 向 通 道 通 机 舱 , 舵 机 舱 门 可 选 用 铰链 式 水 密 门 。( 2) 空 气 管 高 度 可 从 760mm 改 为 450mm (由于 破 舱 稳 性 的 要 求 , 个 别 空 气 管 适 当 升 高 )。(3) 上 甲 板 上 门 槛 、 小 舱 口 的 舱 口 围 高 度 可

21、由600mm 减 至 380mm。表 2 船 体 总 振 动 测 试 结 果 单 位 : mm s2主 机 转 速 频 率 测 量 部 位r m in H z 船 首 船 舯 船 尾 机 舱 (前 ) 机 舱 (后 )751. 3 6. 15 33. 662. 5 5. 80 10. 52 43. 686. 3 6. 32 13. 997. 5 4. 47 86. 93 32. 63 7. 9911. 3 11. 20 13. 56 13. 7815. 0 8. 6518. 75 16. 94 17. 45857. 1 29. 96 8. 12 17. 108. 5 8. 15 12. 18

22、105. 27 16. 64 17. 6212. 8 8. 98 22. 86 14. 3314. 2 3. 91 22. 29 13. 5 13. 3321. 2 39. 20 21. 77 36. 92957. 9 4. 91 9. 46 58. 28 10. 06 47. 589. 5 9. 10 7. 26 53. 32 28. 05 58. 3011. 1 13. 7014. 3 5. 78 18. 53 31. 6315. 8 111. 34 10. 35 26. 4423. 8 85. 47 40. 48 55. 381043. 5 19. 28 41. 96 102. 75 3

23、2. 45 12. 148. 7 4. 61 19. 53 110. 17 38. 09 77. 9210. 4 10. 55 36. 36 35. 79 54. 3117. 3 6. 29 35. 48 267. 38 24. 92 47. 0626. 0 99. 31 45. 81 77. 371083. 6 5. 80 11. 63 17. 34 4. 905. 4 10. 14 13. 79 63. 52 18. 12 18. 669. 0 5. 94 13. 35 155. 21 11. 48 69. 6410. 8 9. 33 38. 31 31. 25 15. 1012. 6 2

24、3. 49 24. 2616. 2 24. 5 69. 58 23. 2618. 0 31. 76 427. 47 19. 80 31. 1827. 0 9. 15 34. 91 67. 55 72. 98 8. 793. 7 NO. 5 舱 无 舱 盖本 船 NO. 5 货 舱 采 用 无 舱 盖 开 口 加 装 导 轨 架 至01 万 水 生 等 : 1700T EU 集 装 箱 船 设 计 特 点舱 口 围 上 两 层 半 箱 高 , 减 小 了 空 船 重 量 , 降 低 了 重心 , 而 且 还 省 去 了 甲 板 箱 的 绑 扎 和 解 绑 工 作 以 及 系固 件 、 绳 索 的

25、 维 修 , 提 高 了 装 卸 效 率 。 由 于 舱 底 在 干舷 甲 板 上 , 舱 底 污 水 可 直 接 自 然 排 出 舷 外 , 省 去 了 泵和 污 水 井 , 节 省 了 投 资 。3. 8 货 舱 通 风集 装 箱 船 的 货 舱 通 风 也 是 设 计 的 难 点 之 一 。 本船 货 舱 口 之 间 仅 有 两 档 肋 位 , 舱 口 围 间 空 间 狭 窄 , 在这 之 间 要 布 置 货 舱 通 风 机 、 下 舱 梯 舱 口 、 冷 藏 箱 插座 、 舱 盖 定 位 桩 及 舱 盖 本 身 的 一 些 装 置 , 在 横 舱 壁 上及 横 向 甲 板 条 下 方

26、还 要 设 置 支 持 导 轨 架 的 垂 直 和 水平 纵 桁 , 布 置 地 位 十 分 紧 张 , 特 别 是 货 舱 通 风 , 风 帽尺 寸 相 当 大 , 又 不 能 高 出 舱 口 围 。 设 计 中 , 把 船 体 结构 、 通 风 和 梯 道 作 为 一 个 整 体 考 虑 , 经 与 船 东 多 次 交换 意 见 、 最 终 圆 满 解 决 了 这 个 问 题 。4 1700TEU 集 装 箱 船 国 内 外 同 类 型船 的 性 能 比 较 (见 表 3)表 3 1700TEU 集 装 箱 船 国 内 外 同 类 型 船 的 性 能 比 较船 型 SDA R I- 170

27、0 HD - 1700 STOCZ IN - 1700 B - 1700 CC- 1600 B 186- V BV - 1600 CC- 1900建 造 厂 上 海 船 厂 , 大 连 造 船 厂 沪 东 造 船 厂 GD YN IA SZCZEC IN W ISM A R SZCZEC IN SEEBECK W ISM A R建 造 国 中 国 中 国 波 兰 波 兰 德 国 波 兰 德 国 德 国建 造 年 代 1999 1999 1997 1994 1993 1994 1993 1996总 长 L oa (m ) 179. 7 189 178 184. 7 168 180 163. 28

28、 178. 06垂 线 间 长 L bp (m ) 167 176. 43 164. 2 171. 94 156 167. 26 153. 7 167. 74型 宽 B (m ) 27. 6 26. 5 28. 2 25. 3 26. 7 25. 3 27. 5 27. 5型 深 D (m ) 15. 9 14. 2 16. 8 13. 5 14. 4 13. 5 14. 3 14. 3设 计 吃 水 T d (m ) 9. 5 9. 00 9. 70 9. 85 9. 7 9. 9 9. 7结 构 吃 水 T s (m ) 10. 7 10. 5 11. 50 10. 81 10. 66 1

29、0. 5设 计 载 重 量 DW T (t) 20760 19100 17800 22900 17600 22000结 构 载 重 量 DW T (t) 25723 25025 24800 22300 23465 26270装 箱 数 T EU (甲 板 货 舱 ) 1702 (926 776) 1714 (1008 706) 1620 (944 646) 1728 1572 (986 586) 1674 (1044 630) 1599 (981 618) 1906平 均 14t 箱 重 的 载 箱 数 1350 1295 1200 1120 1094 1080 1157 1365DW T T

30、 EU (14t) 19. 05 19. 32 20. 67 20. 44 20. 38 20. 4 20. 17 19. 02N = LBD 73286 66391 77791 58726N T EU (ho ld) 94. 44 94. 04 120. 4 102. 35 90. 68 97. 8主 机 型 号 6L 70M C 6L 70M C 6L 70M C 6RTA 62U 6L 60M C主 机 功 率 (kW ) 16980 16980 17200 13320 13000 12160 10440 15540主 机 储 备 90%M CR, 15% S. M. 90%M CR,

31、15% S. M. 90%M CR, 15% S. M. 90%M CR海 军 常 数 C = DW T V 3 DH P 468 456. 5 469 458航 速 (kn) 20. 2 20. 4 20. 67 19. 6 20 19 18. 3 20表 中 所 列 的 船 是 90 年 代 建 造 的 尺 度 相 近 、 装 箱量 在 1700T EU 左 右 的 全 集 装 箱 船 , 代 表 了 90 年 代的 国 际 水 平 。 从 表 中 可 以 看 出 , 本 船 的 主 要 经 济 技 术指 标 达 到 了 90 年 代 国 际 先 进 水 平 。5 结 束 语本 船 从 签 定 设 计 合 同 到 首 制 船 交 船 只 有 短 短 的17 个 月 , 设 计 建 造 周 期 较 短 。 本 船 型 是 一 种 技 术 含量 较 高 的 船 舶 , 它 的 开 发 设 计 成 功 , 无 疑 是 上 海 船 舶研 究 设 计 院 在 船 舶 设 计 方 面 取 得 的 一 项 重 要 成 果 。在 本 船 的 开 发 设 计 中 , 得 到 了 中 远 公 司 宋 振 平 、赵 福 根 等 同 志 的 热 忱 帮 助 和 指 导 , 在 此 深 表 感 谢 !11上 海 造 船 2000 年 第 2 期