集装箱船舶设计探讨与研究

集装箱船舶设计探讨与研究

王庆丰

大连中远海运重工有限公司 , 辽宁 大连 116000

摘要：集装箱船运输自20世纪50年代出现以来，经历了四个发展阶段，并日趋成熟。集装箱运输的发展对港口、装卸机械、装卸系统等港口硬件设施的建设产生了重大影响。集装箱船可以节省装卸劳动力，降低运输成本；采用集装箱船运输可以减少货物的损耗，保证运输质量；集装箱船具有装卸效率高的优点。

关键词：集装箱；船舶设计；应用

1集装箱船的特征

1.1船速

航运公司追求航运利润，并尽最大努力减少燃料消耗。一般来说，万吨级集装箱船的船速约为16节，经济船速约为15节。当航速低于经济航速（15节）时，航运收入减少，但高于正常航速（16节），马力增加，油耗增加，航运收入也减少。然而，对于大型或超大型集装箱船，船速大于16节。

1.2垃圾箱数量

集装箱船的计量标准是集装箱容量，即以20英尺标准箱（TEU）集装箱数量m为指标。

1.3均匀箱重和实箱率

在满足船舶稳性的前提下，集装箱总重量（均布集装箱重量）的平均重量是衡量集装箱船的主要技术指标之一。完整集装箱数量指每20英尺标准箱14吨的集装箱数量。同一类型的集装箱船通常根据满载集装箱的数量或装载率来比较不同的指标。装载率是指装满集装箱的数量与集装箱体积的比率。

如果实际集装箱数量大且装载率高，则集装箱船的平均集装箱重量为。集装箱平均重量是指钉板上和货舱内所有集装箱的重量，是一致的。集装箱的总体积不得影响驾驶员的视力（盲区应小于船长的两倍）。当通过巴拿马运河时，巴拿马运河当局要求盲区小于船长的两倍。

根据统计数据分析，14吨标准箱的实际装载率在1000标准箱及以上约为55~65%，2500标准箱及以上约为70~80%，超级巴拿马型约为83%。

2集装箱船总体设计

2.1概况

现代集装箱船的横截面采用了极限V型，比传统V型有了很大的改进，具有优良的阻力推进性能。船尾甲板与船宽相同，但水线上的船首、船尾和剖面线向外浮动。新型SV球头设计可降低船舶压载或满载时的水阻力。新型SV球鼻是一个S形外轮廓和V形横截面，突出在头柱前面的吃水标志线上，有一个导弹形状的球鼻。新型SV球头在压载或满载情况下可节电8~15%。

2.2驾驶室

在设计集装箱船时，充分考虑驾驶员的航线要求，在尾型船尾设置6~8个甲板室。然而，也有小型或短途集装箱船，驾驶室设在船头。这种设计的优点是增加了集装箱的承载能力，但缺点是船舶成本高，机舱工作不方便。

2.3船员住宿

为了降低噪音，船员舱室一般设在船尾。由于主机产生大量噪声，在机房上部设置储物室、CO2室、空调室、电工室作为缓冲，以减少噪声的影响。

在设计机舱时，应考虑机舱与上层建筑的分离，以避免从机舱到船员舱室的噪音。如果条件允许，可在船尾第一层甲板上设置厨房、船员食堂、甲板办公室和医务室，并在船尾第二层及以上设置船员舱室，以减少噪音和振动，提高船员生活的舒适性。

3.4第一层和波形板

\集装箱船船头薄，方形系数小，航速快，容易上浪，所以很多集装箱都有艏楼。为了增加船舶的集装箱总容量，在一些集装箱船的前甲板上设置了1号舱口。此外，一些高速集装箱船的船头浪很大。为了减少波浪冲击，在1舱货舱前设置了一个挡浪板。

3.5货舱的开放

为了提高集装箱船的防撞、防沉能力，集装箱船采用了侧大开口结构，不仅提高了船体的抗弯强度，而且增强了船体的横向、纵向和扭转强度。设置大开口货舱时，应考虑舱盖的形式以及是否安装了起重机；升降和折叠舱盖所占空间不同；起重机安装与否所占空间不同；相邻货舱之间应预留0.6~0.8m宽的人行通道。

3.6货舱

集装箱船的货舱长度与货舱的舱数和货舱所载箱子类型密切相关，一般货舱需应对装载特殊规格的箱子以外，通常每一货舱载2行IAA箱或者4～5行ICC箱。个别集装箱船在船首设有载2行ICC箱的货舱，对于设置货箱的数量，主要满足载箱总量的要求，还要充分考虑分舱和抗沉性的要求。设置货舱长度按照式（2）计算求解。

3.7压载舱

集装箱船设置了双层底，大多数船舶将双层设置成压载（水）舱，为满足船舱吃水要求和船尾螺旋桨工作效率，通常首、尾尖舱设置为压载（水）舱，两舷的边柜通常也设置为压载（水）舱。边柜作为压载（水）舱发挥平衡横倾的作用，左右边柜各装1/2的压载水。

压载航行的压载（水）量一般为排水量的1/5左右，但是需要根据航程距离、海况和船型具体情况而定。由于现在技术的提高，在稳定是第一位的船舶航行要求下，船舶设计合理的主尺度，可使船舶出港时不需压载或少量压载，从而增加装箱量。

3.8绑扎

集装箱船配载时需要考虑绑扎形式。货舱内：可用导轨架也可用箱脚设施固定。甲板箱：对20英尺标准箱进行单端绑扎，但是对40英尺箱必须两端绑扎。绑扎工作需要留有不小于0.6米的通道，，对于大型集装箱船为方便绑扎操作，通常舱口间设有绑扎桥。

3.9机舱

集装箱船大多数采用尾机型，即机舱设置在舱尾部。现在集装箱船大多采用中速机，因为中速机的体积小，可减少机舱空间，从而增大货舱的空间，使用中速机的尾机型机舱长度在船长占比为13%～15%，而选用低速机的尾机型机舱长度在船长占比为18%～20%。

3.10钢材选择

为了满足货舱部甲板大开口结构的疲劳强度，大量使用高厚度、高强度和高韧性的钢板。上甲板、顶排板和纵墙顶板的最大厚度达到60mln，最大强度等级为EH40。同时，由于纵向舱口围护结构的连续性特点，作为参与总纵向强度的主要构件，其在抵抗结构疲劳损伤方面起着非常关键的作用。因此，纵向舱口外壳的腹板、面板和纵向钢筋采用了新开发的eh47超厚钢板，厚度为70mln。在大型集装箱船上，随着极厚钢板的广泛应用，脆性裂纹的风险越来越大。一旦极厚板出现裂纹，裂纹将继续沿着焊缝扩展和扩散。有时，即使裂纹转向母材，裂纹也不会停止。因此，作为安全设计的双重保险之一，与eh47相比，该船采用了新开发的高强度钢板来防止中间货舱上层的裂纹扩展，eh47的重点是防止裂纹扩展到主舱口结构。

3.11提高钢材利用率

1）对于不规则零件初凝后产生的大面积残余白色，通过对比增加的施工成本和现场节省的材料成本，调整或增加面板接缝。2）将小零件的板厚替代范围从2mm调整为3mm，以提高大角余料的二次利用率。3）零件和材料的镜像处理，以实现配合嵌套。4）原则上，嵌套应分段进行。但是，对于初始嵌套后产生的大面积残余白色，在考虑加工间隔长度和加工顺序的基础上，应考虑大、小零件或不同截面的混合嵌套。5）充分利用钢板厂家的板边制作余量，长宽尺寸分别减少10mm后订货。6）不同长度的带材应分类嵌套，倾斜端的带材应安装嵌套。通过上述措施，该系列船首船的一次钢材利用率达到90%，处于同类船舶的领先水平。

结论

本研究结合集装箱船设计规范及其特点，提出了集装箱船设计的主要衡量指标，对船舶结构布置，总纵强度等总体设计方案进行了研究。本研究提出的重量重心估算和主尺度估算方法仅作为初步设计时参考，每一型集装箱船或者每一艘集装箱船有着不同的要求；因此，根据母船型实际估算，才能取得比较准确的计算资料。

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