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        運(yùn)輸船的發(fā)展及設(shè)計(jì)研究

        2018-04-13 09:06:06高兆進(jìn)
        中國(guó)科技縱橫 2018年4期
        關(guān)鍵詞:技術(shù)特點(diǎn)運(yùn)輸船設(shè)計(jì)思路

        高兆進(jìn)

        摘 要:文章分析了運(yùn)輸船的主要類型及技術(shù)特點(diǎn),同時(shí)闡述了運(yùn)輸船的發(fā)展趨勢(shì),而后結(jié)合多年工作實(shí)際,圍繞運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)技術(shù)問題,對(duì)其主要的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行分析探討。旨在全面掌握運(yùn)輸船的技術(shù)特征和發(fā)展趨勢(shì),確保設(shè)計(jì)的科學(xué)與有效。

        關(guān)鍵詞:運(yùn)輸船;技術(shù)特點(diǎn);發(fā)展趨勢(shì);技術(shù)問題;設(shè)計(jì)思路

        中圖分類號(hào):U674 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2018)04-0090-02

        運(yùn)輸船最早出現(xiàn)的時(shí)間可追溯到上個(gè)世紀(jì)五十年代,自出現(xiàn)開始便一直保持著非常強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)。放眼整個(gè)國(guó)際航運(yùn)市場(chǎng),散貨運(yùn)輸船的運(yùn)輸量占總貨物運(yùn)輸量的1/3左右。憑借航線固定、運(yùn)貨量大、裝卸效率高及貨源充足等優(yōu)勢(shì),散貨船逐步成為運(yùn)輸船舶主力軍,也因此獲得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷的發(fā)展,散貨船的類型逐漸增多,不同類型的散貨船所表現(xiàn)出的技術(shù)特征有所差異,且設(shè)計(jì)方式與思路也有所不同。

        1 運(yùn)輸船的發(fā)展

        1.1 主要類型運(yùn)輸船的技術(shù)特點(diǎn)

        從廣義上分可將散貨船分成兩部分,一個(gè)為干散貨船,一個(gè)為液體散貨船。其中最為常見的便是干散貨船,而干散貨船又可分成兩大類型,即按照所載貨物的比重分和按照載重量分。

        首先按照所載貨物的比重分。IACS(國(guó)際船級(jí)社聯(lián)合會(huì))為了滿足船主團(tuán)體需求,在2002年的時(shí)候便按照所載貨物的比重把散貨船分成三類,第一類為BC-A,即專門針對(duì)運(yùn)輸比重大于1噸每立方米的煤炭類干散貨而設(shè)計(jì),且能夠隔艙裝運(yùn);第二類為BC-B,即專門針對(duì)運(yùn)輸比重大于1噸每立方米的煤炭類干散貨而設(shè)計(jì),且可以在所有的貨艙積載;第三類為BC-C,即專門為運(yùn)輸比重小于1噸每立方米的谷物類干散貨而設(shè)計(jì)。按照IACS的指示,新造散貨船均需要附注符號(hào)。據(jù)了解,當(dāng)前全世界有一多半以上的散貨船為第一類。

        其次按照載重量分。造船界應(yīng)用最多的分類方式便是按照載重量分。通過查閱文獻(xiàn)資料可知,按照載重量的大小能夠?qū)⑸⒇洿瑒澐殖晌孱?,即小靈便型(2-3.5萬噸)、大靈便型(3.5-5萬噸)、巴拿馬型(6-8萬噸)、好望角型(10-18萬噸)超大型散貨船(>20萬噸)。這對(duì)靈便型的散貨船,其所指代的是載重量在2-4萬噸范圍內(nèi)的小型散貨船。這一類型船吃水較淺,可以靈活進(jìn)入世界上的很多港口,此外通用性特征顯著,因此應(yīng)用較廣泛。特別是受到造船業(yè)與航運(yùn)事業(yè)的影響,靈便型散貨船獲得了進(jìn)一步發(fā)展,并逐漸從小靈便型演變成大靈便型。值得注意的是,6-8萬噸的巴拿馬散貨船型,因受河道限制,其最大吃水為12m,最大船長(zhǎng)為294m,最大寬為32.3m。好望角型散貨船則在上個(gè)世紀(jì)六十年代就出現(xiàn)了,其是通過好望角銜接太平洋與大西洋的最經(jīng)典船型,運(yùn)輸最多的散貨為鐵礦石、煤炭,其從最開始的載重10-12萬噸,逐漸發(fā)展到今日的17-20萬噸。

        1.2 運(yùn)輸船的發(fā)展趨勢(shì)

        1.2.1 呈快速化發(fā)展趨勢(shì)

        近年來石油價(jià)格非常不穩(wěn)定,時(shí)起時(shí)落,但通過查閱文獻(xiàn)資料可知,適當(dāng)調(diào)整(提高)航速在一定程度上能夠確保運(yùn)輸穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性,這也是為何近年來國(guó)際上知名的散貨船企業(yè)相繼提高了貨船服務(wù)航速。以好望角型貨船為案例,在2009年大部分好望角型貨船服務(wù)的航速為13.5-14節(jié)左右,而現(xiàn)在卻在14.5節(jié)之上,且有部分發(fā)展意識(shí)領(lǐng)先的企業(yè),服務(wù)航速已在15節(jié)之上。針對(duì)此,在資金不充足的情況下有效提升服務(wù)航速與載重量成為了人們最急需解決的問題,而在處理這一問題時(shí),人們將目光放在了從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中巧妙減輕船體重量和大方形系數(shù)線型化快速性等方面。

        1.2.2 呈壽命延長(zhǎng)發(fā)展趨勢(shì)

        因受到二手船市場(chǎng)興起及經(jīng)濟(jì)性等因素影響,逐步延長(zhǎng)散貨船的使用壽命成為了當(dāng)前發(fā)展的新趨勢(shì)。

        1.2.3 呈自動(dòng)化增強(qiáng)發(fā)展趨勢(shì)

        為減少船員定額,取得良好經(jīng)濟(jì)性,便需要在新技術(shù)的應(yīng)用下增強(qiáng)散貨船自動(dòng)化水平,諸如:提升航海設(shè)備要求、提升船舶設(shè)備的自動(dòng)化程度等,如此還能進(jìn)一步提升散貨船運(yùn)營(yíng)安全性。

        1.2.4 呈大型化發(fā)展趨勢(shì)

        時(shí)代發(fā)展,散貨船平均噸位呈逐年遞增趨勢(shì),無論是何種類型的散貨船其載重量均有所提高,且整個(gè)的運(yùn)輸能力也明顯增大,尤其是好望角型、靈便型等散貨船載重量增加趨勢(shì)最明顯。分析近兩年來散貨船的訂單發(fā)現(xiàn),人們傾向于選擇噸位較大的散貨船,由此便可預(yù)知,未來人們將大力發(fā)展大噸位散貨船。

        1.2.5 呈雙殼化發(fā)展趨勢(shì)

        散貨船結(jié)構(gòu)形式在充分彰顯運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí),各種各樣的問題相繼暴露出來。因此,人們期盼著早日對(duì)散貨船現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn),使其更滿足當(dāng)前行業(yè)發(fā)展需要。從現(xiàn)階段的發(fā)展來看,單殼體結(jié)構(gòu)將逐步朝著雙殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展。同單殼體相比,雙殼體在原有基礎(chǔ)上又增加了一道防線,這也就意味著安全度更高;且采用的是新型鋼結(jié)構(gòu),不僅倉(cāng)壁剛度良好,有效降低貨艙進(jìn)水與被破壞的概率;而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更負(fù)荷人性化要求,除了艙底平整,易于打整外,日常維修保護(hù)也更加便捷。

        1.2.6 呈環(huán)?;l(fā)展趨勢(shì)

        “環(huán)保”是當(dāng)今時(shí)代最為人關(guān)注的話題,無論是哪一行哪一業(yè)都需要重視環(huán)保,這便意味著在散貨船未來發(fā)展中,將有一些新的關(guān)于環(huán)保的要求與法律規(guī)范出臺(tái)。

        2 運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)

        2.1 運(yùn)輸船的技術(shù)問題

        散貨船實(shí)際上指的是專門負(fù)責(zé)運(yùn)送散裝水泥、谷物、化肥、煤和礦石等散裝類貨物的船舶。最為常見的有四種形式,即單槳、單夾板、尾機(jī)型船和單機(jī)。為保證有較高的裝卸速度,因而設(shè)計(jì)了大艙口;為確保總體強(qiáng)度較大,因而采取雙層底形式,另外還設(shè)有底邊艙與頂邊艙。加之不同航線所要求的貨艙剖面形式與船型有所不同,這便意味著在具體設(shè)計(jì)之時(shí),務(wù)必考慮到這方面內(nèi)容。

        具體說來,運(yùn)輸船在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所面臨的技術(shù)問題有如下幾方面:如何設(shè)計(jì)縱橫向構(gòu)件、怎樣設(shè)計(jì)底邊艙結(jié)構(gòu)、怎樣設(shè)計(jì)頂邊艙結(jié)構(gòu)、怎樣設(shè)計(jì)箱形中桁材和怎樣有效連接構(gòu)件等。這些均是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)會(huì)涉及到的技術(shù)問題,而下文將針對(duì)這些問題探討其設(shè)計(jì)思路。

        2.2 運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)思路

        2.2.1 科學(xué)設(shè)計(jì)縱橫向構(gòu)件

        構(gòu)件設(shè)計(jì)務(wù)必確保構(gòu)件間的連續(xù)性,防止高度或剖面突然發(fā)生變化。諸如:液艙內(nèi)構(gòu)件應(yīng)構(gòu)成連續(xù)性支撐,盡量使其形成一個(gè)相對(duì)完整的環(huán)形框架。設(shè)計(jì)縱向構(gòu)件時(shí),應(yīng)保證其強(qiáng)度連續(xù)性,用于承受總船體梁強(qiáng)度的縱向構(gòu)件需要與船舶端部保持足夠距離。此外,雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)需要在雙層殼體的作用下逐步加大舷側(cè)縱桁和肋骨強(qiáng)度。需注意的是,內(nèi)舷側(cè)的結(jié)構(gòu)中包含了桁材,因此需確保貨艙區(qū)連續(xù)性,并逐步向貨艙區(qū)域外延伸。

        2.2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)底邊艙結(jié)構(gòu)

        眾所周知,舭部外板、斜頂板和旁桁材共同組成了散貨船底邊艙。其中,斜頂板與上傾式內(nèi)底邊板的作用相同,因而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的要求也和內(nèi)底邊板一樣。而底邊旁桁材往往會(huì)被做成水密形式,即當(dāng)作雙層底內(nèi)水密隔板使用。一般而言,底邊艙斜頂板與雙層底內(nèi)底板間的連接形式有兩種,一種為圓弧形,一種為焊接性。當(dāng)設(shè)計(jì)成圓弧形時(shí),則需要控制好斜頂板、內(nèi)底板和旁桁材之間的距離,約為5-7cm左右;若設(shè)計(jì)成直接焊接的形式,除了要斜頂板和旁桁材對(duì)齊外,雙底層內(nèi)底板超出旁桁材的距離應(yīng)控制在5cm左右,目的在于為焊接提供方便。若距離故常,底邊艙的橫向框架扇形補(bǔ)板便會(huì)受到影響,而不利于焊接與安裝。

        此外,貨艙區(qū)底邊艙斜頂板在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)為縱骨架式,相應(yīng)的舷側(cè)和底部也應(yīng)當(dāng)是縱骨架式。底邊艙內(nèi)底板和斜頂板間的傾斜角應(yīng)控制在45-50°以內(nèi)。且在底邊艙肋板位置應(yīng)當(dāng)設(shè)置橫向強(qiáng)框架,用于支撐縱骨,且在橫向強(qiáng)框架之上還應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)大通道孔,并進(jìn)一步加強(qiáng)開孔邊緣的應(yīng)用扁鋼。

        2.2.3 科學(xué)設(shè)計(jì)頂邊艙結(jié)構(gòu)

        常見的散貨船頂邊艙實(shí)際上是由艙口縱桁、斜底板、甲板和一部分舷側(cè)的外板所構(gòu)成。在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),頂邊艙內(nèi)采用最多的便是縱骨架式結(jié)構(gòu),且在橫向位置還設(shè)有環(huán)形強(qiáng)框架,目的在于支撐縱骨。需注意的是,橫向強(qiáng)框架間距務(wù)必小于6個(gè)肋距,而框架腹板高度又需要在縱骨高度2倍以上,最終設(shè)計(jì)而成的底邊艙和整體結(jié)構(gòu)形式基本一致。

        通過查閱資料文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),開孔版同樣可以替代橫向框架,若把頂邊艙四周板統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)成縱骨形式,那么完成設(shè)計(jì)后,還需要在每一個(gè)角上安裝適宜肘板,目的在于加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)位置的剛性。

        2.2.4 科學(xué)設(shè)計(jì)箱形中桁材

        結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)水平,原有散貨船雙層底的中線面涉及到的一般中桁材被箱形中桁材取代。作為新的一種中桁材,箱形中桁材主要包含了兩道平行式的底縱桁以及骨材、內(nèi)外底板。作為一個(gè)通向水密的內(nèi)部通道,其存在的主要目的是為了連接船艙前端壁和防撞艙壁。在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),應(yīng)集中布置管系,防止因管子從貨艙穿過,而影響到裝貨秩序。在船艙前端壁的位置應(yīng)當(dāng)安裝水密裝置,且開孔,為工作者例行檢查提供便捷。同時(shí),箱形中桁材還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)專門通向甲板,為應(yīng)急提供方便的應(yīng)急出口;在船艙后面艙內(nèi)是不需要甚至禁止設(shè)計(jì)箱形中桁材的,這是因?yàn)樵诖撾p層底與軸隧的上方已設(shè)置有相關(guān)管系。

        2.2.5 科學(xué)連接相關(guān)構(gòu)件

        結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn),處在船體結(jié)構(gòu)高應(yīng)力位置,連接構(gòu)件的點(diǎn)應(yīng)力相對(duì)集中,進(jìn)而便出現(xiàn)了船體結(jié)構(gòu)疲勞或損壞的問題?;诖耍谡皆O(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)當(dāng)重視構(gòu)件連接位置的設(shè)計(jì)。首先要做的便是校核構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度,視情況調(diào)整與優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以此確保在交變載荷作用下船體結(jié)構(gòu)依然擁充足的疲勞壽命。

        針對(duì)單殼體散貨船設(shè)計(jì),船艙舷側(cè)大多選用的是橫骨架式,即在每一個(gè)肋位上均設(shè)計(jì)有主肋骨,上下兩端的應(yīng)用肘板應(yīng)當(dāng)后頂邊艙、底邊艙連接起來。相關(guān)理論線也需要和艙內(nèi)相關(guān)構(gòu)件理論線對(duì)齊。且在肘板端部設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)將其設(shè)計(jì)成軟趾,目的在于減少結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位置的疲勞積累損傷和應(yīng)力集中問題等。一般來講,肘板和肋骨間的連接可選用對(duì)接形式,也可選用搭接形式,若采用的是搭接形式,則需要控制好搭接長(zhǎng)度,即需要和肋骨高度1.25倍的位置等同。

        針對(duì)主肋骨的面板同上下肘面板間的連接位置,應(yīng)設(shè)計(jì)成圓弧形。在設(shè)計(jì)縱向強(qiáng)構(gòu)件的間斷距離時(shí),還需有效進(jìn)行過渡,即考慮到末尾端結(jié)構(gòu)、底邊艙和頂邊艙首端的連續(xù)性,并保證主要縱向構(gòu)件間的連續(xù)性,防止因高度或者剖面的突然變化,而出現(xiàn)構(gòu)件應(yīng)力集中或者不連續(xù)等情況。

        3 結(jié)語

        綜上所述,社會(huì)進(jìn)步,時(shí)代發(fā)展,散貨船的重要性逐漸凸顯出來,隨著人們對(duì)其的研究逐漸深入,存在于其中的問題慢慢顯露出來,為確保散貨船發(fā)展的持續(xù)與穩(wěn)定,便需要優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)此,文章通過對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析,再圍繞其在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要注意的一些技術(shù)問題,提出了一些設(shè)計(jì)方法。

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