船舶设计原理第 4章 船舶重量与重心
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112.1船舶在静水中的平衡条件第二章船舶重量重心2.1 船舶在静水中的平衡条件因此,我们必须首先讨论船舶在静水中的平衡条件。
船舶设计的首要要求是安全可靠。
安全可靠的基础就是:所设计的船舶必须能够按照预定的状态,稳定地漂浮在水面上。
即船舶具备在静水中保持平衡的能力。
如果一艘船舶连在静水中都不能保持平衡的话,那么也就根本无法对这艘船舶提出任何其它要求。
2.1 船舶在静水中的平衡条件,x i船舶在静水中的平衡条件(浮性方程)()W −+∆=k k 0()()G B G B x x y y −+−=i j 0(重心与浮心:在同一铅垂线上)(重力和浮力:大小相等、方向相反)这是客观存在的自然规律,是必须严格满足的等式要求。
2.1 船舶在静水中的平衡条件船舶所受的浮力,由作用于船体湿表面的静水压力合成所得。
根据阿基米德原理,船舶所受的浮力等于船体所排开水的重量,即排水量。
浮心和船体所排开水的体积(排水体积)的形心重合。
式中,i W W LW()+DW()i W W ==∑x x DWLW 船舶所受的重力,由船舶的各部分重量所提供。
船舶是一个复杂的系统,各部分的重量林林总总,十分繁杂。
为此,把船舶重量分为空船重量和载重量两大部分。
重心表征船舶上各部分重量的分布情况。
重量方程式为船舶的重量为船舶的各部分重量为空船重量(Light Weight )为载重量(Dead Weight )为船舶表征向量2.1 船舶在静水中的平衡条件x2.1 船舶在静水中的平衡条件()g ρ∆=∇x 浮力方程式LW()+DW()W =x x 重量方程式W =∆LW()DW()()g ρ+=∇x x x ()W −∆=k 0()W −+∆=k k 0浮性方程因此,为了使得船舶在静水中保持平衡,空船重量(LW )、载重量(DW )和排水体积(∇)三者之间必须保持上述等式约束关系。
这个等式关系看似简单,实则蕴含着丰富的信息。
LW()DW()()g ρ+=∇x x x 2.1 船舶在静水中的平衡条件第一,船舶是一个复杂的系统,其表征向量x 中的变量个数肯定大于1。
第四章船舶稳性第一节船舶稳性的基本概念(一)船舶平衡的3种状态1、稳定平衡>0G点在M点之下,GM>0,MR2、随遇平衡G点与M点重合,GM=0,M=0R3、不稳定平衡<0G点在M点之上,GM<0,MR(二)稳性的定义船舶稳性是指船舶受给定的外力作用后发生倾侧而不致倾覆,当外力消失后仍能回复到原来的平衡位置的能力。
(三)稳性分类分类方法: 按倾斜方向、倾角大小、倾斜力矩性质、船舱是否进水┏破舱稳性稳性┫┏初稳性(小倾角稳性)┃┏横稳性┫┏静稳性┗完整稳性┫┗大倾角稳性┫┗纵稳性┗动稳性其中,倾角小于等于10-15度称为小倾角,否则称为大倾角。
倾斜力矩性质指静力或动力,或者说有无角速度、角加速度。
第二节船舶初稳性(1)(一)船舶初稳性的基本标志1.稳心M 与稳心距基线高度KM船舶小倾角横倾前、后其浮力作用线交点称为横稳心,简称稳心。
稳心M距基线的垂向坐标称为稳心距基线高度。
2.初稳性的衡准指标稳心M至重心G的垂距称为初稳性高度GM。
初稳性高度GM是衡准船舶是否具有初稳性的指标。
初稳性高度大于零,即船舶重心在稳心之下,船舶就有初稳性。
3.初稳性中的假设(对于任一给定的吃水或排水量)(1)小倾角横倾(微倾);(2)在微倾过程中稳心M和重心G的位置固定不变;(3)在微倾过程中浮心B的移动轨迹是一段以稳心为圆心的圆弧;(4)在微倾过程中倾斜轴过漂心。
(二)初稳性高度GM的表达式GM=KB+BM-KG=KM-KG第二节 船舶初稳性(2)(三) 初稳性高度的求取1、 KM 可在静水力曲线图、静水力参数表或载重表中查取。
2、 KG 的计算式中,P i —— 组成船舶总重量(含空船重量等)的第i 项载荷,tZ i —— 载荷P i 的重心距基线高度,m3、Z i 确定(1)舱容曲线图表查取法船舶资料中通常有各个货舱和液舱的舱容曲线图或数据表,利用舱容曲线图表,可方便确定舱内散货或液货的重心高度Z i ,方法如下:i )对于匀质散货或液货,已知货堆表面距基线高度,在图中左纵轴上对应点做水平线交舱容中心距基线高度曲线得B 点,过B 点做垂线交上横轴得C 点,对应值即为该舱货物重心距基线高度Z i 。
112.5机电设备重量估算2.5 机电设备重量估算主机减速齿轮箱及联轴器电站发电机组空气压缩机组污水处理装置各种热交换器各种泵容器锅炉抽风机鼓风机……主辅机械设备轴系推力轴及轴承中间轴及轴承尾轴尾管隔舱填料涵轴系附件轴系设备……船舶电气舱面机械电力设备生活及照明用电设备对外通信设备船内通信设备助航设备机炉舱辅机电力设备输电配电特种机械电力设备……动力管系蒸汽及排汽管系凝结水及泄水管系燃油及滑油管系压缩空气及废气管系冷却水及循环水管系冷藏或空调用管系……一、机电设备重量的分类细目机炉舱杂项机炉舱特种设备机炉及管系内液体工具机工作台工具架及柜工具备品起吊设备栏杆格栅扶梯及花铁板各种仪表供应品烟道风管消防设备……遥控装置联合操纵台……各种容器内液体各种热交换器内液体各种动力管系内液体各项船舶管系内液体各项机械内液体……机电设备重量的构成,大致可分为三部分2.5 机电设备重量估算二、机电设备重量的构成特点设计初期,这些设备项目往往是预先选定的。
因而,可从各自的产品样本中查出相应的重量。
设计初期,根据预定的主机功率和螺旋桨转速可计算轴的扭矩,确定轴径;再按拟定的机舱位置和螺旋桨数目,算出轴系的重量。
一般来说,当设计船与母型船的主机类型相同、功率相近时,与其配套的辅助设备的组成和重量也大体相近。
因而,可直接根据母型船的资料,结合设计船的不同要求,用逐项比较法计算确定。
影响机电设备重量的最主要因素是:主机的类型及其功率。
2.5 机电设备重量估算三、机电设备重量的粗略估算(1)基于主机功率的粗略估算(2)通过重量粗分的粗略估算统计数据表明,机电设备重量与主机功率的平方根存在着一定的近似关系,可以用来对机电设备重量进行粗略估算。
对机电设备重量的主要部分,按主机及减速箱的重量、柴油发电机组的重量、轴系的重量、螺旋桨的重量、其他重量、特殊重量等进行分组。
然后,各自进行粗略估算,最后合计得到机电设备重量的粗略估算值。
理论上讲,重量粗分的粗略估算,比仅仅依据主机功率的粗略估算,要相对较为准确。