海上货物运输 第五章 船舶吃水差的计算与调 整 上海海事大学商船学院 第一节 船舶吃水差概述 考 试 大 纲 要 求 2012-10-21 1、吃水差的概念及产生原因; 2、吃水差对船舶性能的影响; 3、对万吨级装载状态下船舶吃 水差以及空载航行时船舶吃 水及吃水差要求。 第一节 船舶吃水差概念 一、吃水差的概念 1 、吃水差的定义 吃水差(Trim)t—船舶在首垂线处 的吃水与尾垂线处的吃水的差值。 t ? dF ? d A 2012-10-21 第一节 船舶吃水差概念 ? 尾倾(Trim by stern):t<0 ? 首倾(Trim by head):t>0 ? 平吃水(Even keel): t=0 W1 L1 L G B W1 F W L L1 F G B W L F ? ?G ?B W 2012-10-21 第一节 船舶吃水差概念 2、产生吃水差的原因 船舶的重力作用线与正浮时的浮力作用 线在中线面上的投影不在同一条垂直线 上,即 : x g ? xb 纵倾力矩 G B 2012-10-21 第一节 船舶吃水差概念 3 、吃水差对船舶的影响 快速性 首倾 过大 尾倾 过大 2012-10-21 操纵性 其它 减少螺旋桨沉深, 轻载时,舵效 船首甲板上浪 降低船速,船舶纵 变差,航行稳 对首部结构造 摇时,船打空车严 定性变差,操 成损害; 重,主机受力不均,纵困难,航速 降低主机寿命。 降低 轻载时船首底板易 操纵性能变差,不利于了望 遭拍底,造成损害 回转性差 易偏离航向; 甲板上浪 2012-10-21 螺旋桨出水 2012-10-21 第一节 船舶吃水差概念 二 对船舶吃水及吃水差的要求 船舶航行时要求有适宜的尾倾 提高推进效率,航速增加; 舵效变好,操纵性能变好; 减少甲板上浪,利于安全。 1 、装载状态下对吃水差的要求 根据经验,万吨轮适宜吃水差为: 满载时 t=-0.3m~-0.5m 半载时 t=-0.6m~-0.8m 轻载时 t=-0.9m~-1.9m 2012-10-21 第一节 船舶吃水差概念 2 、空载航行时对吃水及吃水差的要求 1)对吃水的要求 ?通常情况下, d≥50%dS ?冬季航行时, d≥55%dS 上海船舶研究所建议值: LBP ? d F (min) ? 0.025LBP (m) ? 150m, ? ?d M (min) ? 0.02 LBP ? 2(m) ?d F (min) ? 0.012 LBP ? 2( m ) ? 150m, ? ? d M (min) ? 0.02 LBP ? 2( m ) LBP 2012-10-21 第一节 船舶吃水差概念 2)对空船压载航行时吃水差的要求 ? 螺旋桨沉深比 (静水中不小于0.5,风浪中应不 I I 小于0.65-0.75) ? 0 . 65 ~ 0 . 75,当 ? 0 . 5 时,推进效率将急剧下 降。 D D t ? 2 .5 % L BP ?吃水差与船长之比 t bp 纵倾角 2012-10-21 L ? 2 .5 % ? ? 1. 5 ? 第二节 吃水差的核算与调整 考 试 大 纲 要 求 1、船舶吃水差和首、尾吃水的计 算; 2、少量载荷变动时船舶吃水差和 首、尾吃水改变量的计算; 3、吃水差的调整方法(包括纵向 移动载荷以及增加或减少载荷) 及计算: 2012-10-21 第二节 吃水差的核算与调整 一、吃水差的计算原理 1、纵稳性的假设条件 ? (1)纵倾前后的水线面的交线过正浮时的漂心。 ? (2)浮心移动的轨迹是圆弧的一段,圆心为定 点—纵稳心ML,圆弧的半径即为纵稳心半径BML。 2012-10-21 第二节 吃水差的核算与调整 2、吃水差的基本计算公式 M RL ? ? ? GZ L ? ? ? GM L ? sin ? ? 其中,GML—纵稳性高度。 GM L ? KM L ? KG ? KB ? BM ? tg ? ? ? ? GM L ? KG t L bp ?令 2012-10-21 M RL ? ? ? GM L L ? 第二节 吃水差的核算与调整 2、吃水差的基本计算公式 当 t=1cm=1/100 m时, M RL ? ? ? GM 100 L bp L ? M .T .C M.T.C—厘米纵倾力矩 (9.81kN.m/cm) ? 设 GM L ? BM L 则 ? ? BM L MTC ? ? MTC ( d ) 100 L bp ? (2)吃水差的基本计算公式 ? t? ? 式中 M L ? ? ( x g ? xb ) 100 MTC 100 MTC ? 2012-10-21 ? ML—纵倾力矩 (9.81kN.m) xg—重心纵向坐标 (m) xb—浮心纵向坐标 (m) 第二节 吃水差的核算与调整 2、吃水差的基本计算公式 ? 又 ? ? pi xi ? ? ? x g ?t ? ? PX i i ? X b ?? 100 MTC 式中 ? p i x i —纵向重量力矩(9.81KN.m); ?Pi—第i分项重量 (t) ?Xi—Pi相应的重心纵坐标 (m) 2012-10-21 第二节 吃水差的核算与调整 xg ? ?P ? i xi xg-船舶重心距船中距离(m)。中前为正,中后为负。 xi-组成?的载荷重心距船中距离(m)。中前为正,中后为负。 ?包括:?L、航次储备量、压载水、货物等。 ? 空船、航次储备量不变部分、船舶常数重心距船中距离:查 取船舶资料; ? 油水等重心距船中距离:无论是否装满,均视液舱舱容中心 为其重心纵向坐标; ? 货物重心距船中距离:均可近似取货舱容积中心为其重心纵 向坐标; 货堆长度 xi ? ? 货堆近船中一端至船中 的距离 详算法: 2 2012-10-21 第二节 吃水差的核算与调整 L t ? ?d F ? ( ? x f ) ? ? 2 L ? L t ?? d A ? ( ? x f ) ? 2 L ? 2012-10-21 t ? dF ? dm ? ? xf ? 2 ?? t ?d A ? dm ? ? x f 2 ? t L t L 二、影响吃水差的因素 (一)纵向移动载荷对吃水差的影响 ? 移动特点 移动过程中船舶排水量不变,属于船内问题。 M P L ?dA1 x F ? G ? ?G1 ? ?B1 B ? ?dF1 W dF1 dA1 2012-10-21 一)纵向移动载荷对吃水差的影响 ?计算公式 ?t ? P?x 100 MTC ?x值的符号确定: 载荷由后向前移, 取“+”; 载荷由前向后移, 取“-”。 2012-10-21 例题:某船△=20325t,dF=8.29m, dA =9.29m,xf= -1.54m,MTC=9.81×227.1kN·m/cm,为减 小船舶中垂,拟将NO.3压载舱(xp3=12.1m)压载水 250t调驳到NO.1压载舱(xp1=45.14m),已知船长 LBP=140m,试求压载水调驳后的dF、dA和t1。 解:求吃水差改变量δ t δ t=250×(45.14-12.10)/100×227.1=0.36m 压载水调驳后的dF、dA和t1 dF =8.29+(70+1.54)/140×0.36=8.47m dA =9.29-(70-1.54)/140×0.36=9.11m t1=8.47-9.11=(8.29-9.29)+0.36=-0.64m 2012-10-21 (二)载荷变动对吃水差的影响 1、大量载荷变动 条件:??? ????1 计算载荷变动后的重心距船中距离xg2 利用排水量Δ2查取dM2、xb2、xf2、MTC2 利用基本计算公式计算t2、dF2、dA2 xg2 ? 2012-10-21 ?1 ? x g1 ? ?Pi ? x i ?1 ? ?Pi (二)载荷变动对吃水差的影响 2、少量载荷(?Pi < 10%?)变动的计算 一)纵向移动载荷对吃水差的影响 ① 假定先将载荷P装在漂心F的垂线上:使船舶平 行沉浮,吃水改变,吃水差不变 ?d ? P 100TPC 2012-10-21 一)纵向移动载荷对吃水差的影响 2、少量载荷(?Pi < 10%?)变动的计算 ② 将载荷由漂心处水平移到实际装载位置XP处: 变为船内载荷纵向移动,移动距离(xp-xf) ? t ? t1 ? t 0 ? 2012-10-21 M t ? P ? xp ? P ? xf 100 MTC ? M t ? P(xp ? x f ) 100 MTC 100 MTC 一)纵向移动载荷对吃水差的影响 ? ?d F1 ? d ? ? d A1 ? d ? F ? ?d m ? ( ? ?d m ? ( L 2 L 2 ? x ? x f )? )? ?t L ?t L (m ) (m ) A f 2012-10-21 xf P(xp ? x f ) ? P 1 ?( ? )? ?d F1 ? d F ? ? 100 TPC 2 L 100 MTC ? xf P(xp ? x f ) P 1 ?d ? d ? ?( ? )? A ? A1 100 TPC 2 L 100 MTC ? (m ) (m ) 例题:“安新江”轮从大连港开航时排水量 Δ= 20,522 t,首吃水dF=8.56 m,尾吃水dA=9.04 m。 在往科伦坡港航行途中,消耗燃油170 t(其重心在船 中后7.62 m处),重柴油30 t(其重心在船中前5.12 m处),淡水100 t(其重心在船中后66.85 m处),求 抵科伦坡港时的船舶首尾吃水。 解:1)根据船舶排水量20,522 t,查得船舶平均吃水 dM=8.8 m,每厘米纵倾力矩MTC=9.81×226 kN·m/ cm,每厘米吃水吨数TPC=26.09 t/cm,漂心距船中 距离Xf=-2.53 m。 2012-10-21 2)计算油水消耗后平均吃水改变量 ∑Pi (-170)+(-30)+(-100) δ d = ————— = ———————————————— = -0.115 m 100TPC 100×26.09 3)计算油水消耗后的吃水差改变量 ∑Pi(Xpi-Xf) [ (-170 ) ( -7.62+2.53 ) ] δ t = ————————— = ———————————————— + 100×MTC 100×226 [ (-30 ) ( 5.12+2.5 3) ] [ (-100 ) (-66.85+2.53 )] ————————————— + —————————————— = 0.31 m 100×226 100×226 4)计算油水消耗后的首尾吃水改变量 Xf 2.53 δ dF =δ d + (0.5- ———)·δ t =- 0.115+ ( 0.5+ ——— )×0.31=0.0456 m LBP 140 Xf 2.53 δ dA =δ d - (0.5+ ———)·δ t =-0.115- ( 0.5- ——— )×0.31=-0.2644 m LBP 140 5)油水消耗后,船舶抵港时的首尾吃水 dF1= dF + δ dF = 8.56 + 0.0456 ≈ 8.61 m dA1= dA + δ dA = 9.03 - 0.2644 ≈ 8.77 m 2012-10-21 第三节 吃水差图表 考 试 大 纲 要 求 1、吃水差计算图表的制表原理 2、吃水差计算图表的应用。 2012-10-21 第三节 吃水差图表 1、吃水差曲线图(Trim diagram) 适用范围:大量载荷变动? 用途:计算大量载荷变动后t、dF、dA,及调整t 曲线图组成: 纵坐标:载荷(不含ΔL )对船中力矩的代数和Mx 横坐标:排水量; 曲线:吃水差曲线、首吃水曲线、尾吃水曲线。 2012-10-21 第三节 吃水差图表 一、吃水差曲线图 ? 1、制作原理 t? Mt 100 MTC ? PX ? i i ? ? L ? X gL ? ? ? X b 100 MTC ? t ( ? Pi X i , ? ) dF ? dM ? t 2 ? xf t L ? d F ( ? Pi X i , ? ) dA ? dM ? 2012-10-21 t 2 ? xf t L ? d A ( ? Pi X i , ? ) 2、吃水差曲线图的使用 吃 水 差 曲 线 图 2012-10-21 第三节 吃水差图表 2、吃水差比尺(Trimming table) 适用范围:少量载荷变动 定义:在船上任意位置装载100t载荷时,船舶 首、尾吃水改变量的图表。 用途:求取?t、?dF、?dA 制作原理 LBP ?d F ? 100 TPC ? 2 ? xf ? 100( x P ? x f ) MTC (cm ) LBP LBP 2012-10-21 ?d A ? 100 TPC ? 2 ? xf ? 100( x P ? x f ) MTC (cm ) LBP 吃水差比尺的使用方法 2012-10-21 第三节 吃水差图表 吃 水 差 比 尺 图 2 2012-10-21 第三节 吃水差图表 肋位 0 41 51 60 70 79 85 91 97 103 109 119 128 138 147 155 165 173 182 196 距中 距离 (m) -70.0 -42.5 -35.4 -28.3 -21.1 -14.0 -9.5 -5.0 -0.5 4.0 8.5 15.6 22.8 30.0 37.0 43.1 49.3 55.4 61.5 70.0 dM=7.5m δdF (cm) -13.31 -6.41 -4.63 -2.84 -1.05 0.72 1.85 2.98 4.11 5.24 6.36 8.15 9.94 11.72 13.51 15.05 16.58 18.12 19.65 21.78 δdA (cm) 20.78 14.08 12.35 10.61 8.88 7.14 6.05 4.95 3.85 2.76 1.66 -0.06 -1.80 -3.54 -5.27 -6.75 -8.25 -9.75 -11.24 -13.31 dM=8.0m δdF (cm) -12.71 -6.02 -4.28 -2.55 -0.82 0.91 2.00 3.10 4.19 5.29 6.38 8.11 9.85 11.58 13.31 14.80 16.29 17.78 19.27 21.34 δdA (cm) 19.82 13.43 11.77 10.12 8.46 6.81 5.76 4.71 3.67 2.62 1.58 -0.07 -1.73 -3.38 -5.04 -6.46 -7.88 -9.31 -10.73 -12.71 dM=8.5m δdF (cm) -12.04 -5.58 -3.91 -2.24 -0.57 1.10 2.15 3.21 4.62 5.32 6.38 8.05 9.72 11.39 13.06 14.50 15.94 17.38 18.81 20.81 δdA (cm) 18.19 12.73 11.17 9.60 8.03 6.46 5.47 4.47 3.48 2.49 1.50 -0.06 -1.63 -3.20 -4.77 -6.12 -7.47 -8.82 -10.16 -12.04 dM=9.0 m δdF (cm) -11.14 -5.18 -3.57 -1.95 -0.34 1.26 2.28 3.30 4.32 5.34 6.36 7.91 9.58 11.20 12.81 14.20 15.58 16.97 18.36 20.28 δdA (cm) 17.84 12.09 10.61 9.12 7.63 6.14 5.20 4.26 3.32 2.38 1.44 -0.04 -1.53 -3.02 -4.51 -5.79 -7.07 -8.35 -9.63 -11.40 2012-10-21 加载100吨首尾吃水变化数值表 第三节 吃水差图表 当装载量不是100t时,可用下式求解: ? d F 1 ? ?d F ? ?d A1 ? ?d A ? P 100 P 100 卸载时,其数值与查表所得相同, 但符号相反。 2012-10-21 第四节 吃水差的调整 一、纵向移动载荷 1、公式法 单向移动载荷(适用于舱位有空余) ?t ? t1 ? t 0 P? ?t ?100 MTC X 纵向轻重载荷等体积互换(适用于无空余舱位) P? 2012-10-21 ?t ?100 MTC X ? PH ? PL ? P ? ? PH ? S .FH ? PL ? S .FL 第四节 吃水差的调整 一、纵向移动载荷 2、吃水差图表法(吃水差比尺) 载荷由x1处移至x2处,可认为载荷由x1 出卸出,再在x2处装入 ⑴ δtD= δdFD - δdAD δtL= δdFL - δdAL ⑵ δt100=δtD + δtL ⑶ P=100× δt/ δt100 2012-10-21 第四节 吃水差的调整 二、重量增减 1、公式法 P? ?t ? t1 ? t 0 ?t ?100 MTC xP ? x f 2、吃水差图表法 δt100= δdF –δdA P=100× δt/ δt100 2012-10-21 例题:“安新江”轮到科伦坡外锚地港时,Δ =20,222 t、dF =8.61 m、dA=8.77 m,现要求调平吃水靠泊,问应 向首尖舱(其舱容中心在中前65.67 m)注入多少吨压载水 才能满足要求? 解:1)根据Δ =20,222 t,查得MTC=9.81×224.2 kN·m/cm,Xf =-2.6 m 2)抵达科伦坡外锚地时船舶吃水差t = dF - dA = 8.61-8.77 =-0.16 m 3)要求调整的吃水差值δ t=0-(-0.16)= 0.16 m 4)求应向首尖舱注入压载水的重量P 100δ t·MTC 53t 100×0.16×224.2 P=———————— = ——————————— ≈ Xp-Xf 2012-10-21 65.67+2.6 第四节 吃水差的调整 3 调整吃水差应同时兼顾纵向强度的要求 船舶状态 载荷调整原则 纵向变形 中拱 中垂 0 中拱 中垂 0 中拱 中垂 前部→中部 中部→后部 前部→后部 后部→中部 中部→前部 后部→前部 前、后部→中部 中部→前、后部 船舶吃水差 首倾 首倾 首倾 尾倾 尾倾 尾倾 平吃水 平吃水 2012-10-21