《船舶管理（輪機長）》課件-任務1：船舶結構與營運經(jīng)濟性管理

任務1船舶結構與營運經(jīng)濟性管理一、船體結構

船體結構若按結構中骨架的排列方式劃分，可分為:

．橫骨架式船體結構縱骨架式船體結構混合骨架式船體結構1.橫骨架式船體結構當船體甲板板和外板里面的支撐骨架橫向布置較密，而縱向布置較稀時，這種型式的船體結稱為橫骨架式船體結構。橫骨架式船體結構船的縱向強度,主要由船體外板和甲板以及少量的縱向大型構件來承擔。

船體的縱向強度主要是由甲板板和船體外板來承擔。為了承擔較大的縱向強度，必須把甲板板和外板做得較厚，增加了船體重量。故橫骨架式船體結構適用于要求縱向強度不大的中小型船舶

2、縱骨架式船體結構縱骨架式船體結構,是在甲板和外板里面的支撐骨材縱向布置得較密、橫向布置得較稀的一種骨架型式。在橫向布置少量的強肋骨、強橫梁和肋板組成的大型肋骨框架，不過船的首尾端是采用橫骨架式結構。。

圖1－2縱骨架式船體結構2、縱骨架式船體結構優(yōu)點是：船體的縱向強度大，甲板板和船體外板可以做得薄些，船體重量輕。但是由于貨船內布置著大型肋骨框架，有礙貨物裝卸，不過它不妨礙液體貨物裝卸。用在縱向強度要求較高的大型油船上。3、混合骨架式船體結構在主船體的中段的強力甲板和船底采用縱骨架式結構，而在舷側和下甲板上采用橫骨架式結構，首尾端采用橫骨架式結構船體縱向強度大，并有足夠的橫向強度，建造也容易，貨艙內突出的大型構件少，不妨礙貨物裝卸，目前在大、中型干貨船上廣泛采用。圖2－11混合骨架式船體結構

（二）船體構件和結構的分類（1）縱向構件：這類構件參與總縱彎曲，即承擔著總縱彎曲強度的構件。屬于縱向構件的有：甲板、甲板縱桁、甲板縱骨、船底縱桁、船底縱骨、內底板、縱向艙壁、船體外板等。（2）橫向構件：是能承擔橫向強度的構件。屬于這類構件的有：橫艙壁、橫梁、強橫梁、肋板、橫梁肘板、舭肘板等2、船體結構的劃分在同一條船上，位于不同的區(qū)域和不同的部位不僅所受到的作用力大小不同，而且作用力的性質也有所不同。將船體結構劃分為：

貨艙區(qū)域結構

機艙區(qū)域結構

首尾端區(qū)域結構

船底結構

舷側結構

甲板結構

艙壁結構等（三）外板1、外板名稱位于主船體兩舷側的船殼鋼板，稱為舷側外板；船底部的外殼板，稱為船底板；從船底過渡到兩舷側轉彎處的船殼板，稱為舭部外板。這三部分船殼板，統(tǒng)稱為船體外板，簡稱外板，又稱船殼板。

在舷側與強力甲板（一般為上甲板）相連接的一列舷側外板（通常為舷側最上一列板），稱為舷頂列板，又稱舷側厚板。而位于船體中心線處的一列船底外板，稱為平板龍骨。習慣上將平板龍骨的一列鋼板定義為Ｋ列板，左右相鄰的兩列板為Ａ列板，再次的為Ｂ列板，依次類推，而每一列鋼板中的每一塊鋼板，從尾向首排列號數(shù)。

2、外板作用（1）保證船體的水密性。（2）承擔船體總縱彎曲強度、橫強度和局部強度（3）承擔舷外水壓力、波浪沖擊力、塢墩的反作用力、外界的碰撞、擠壓和擱淺等作用力。

（四）甲板板在船體總縱彎曲時承擔著最大抵抗力的甲板，稱為強力甲板，一般船舶為上甲板。1、甲板板的厚度分布和板的排列1）甲板板的厚度：若有多層甲板，因強力甲板（或上甲板）距中和軸最遠，是承擔總縱彎曲應力的主要甲板，故強力甲板在各層甲板中是最厚的甲板。由于最大的總縱彎曲力矩作用在船體中部0.4Ｌ船長區(qū)域內，因此在該段區(qū)域內的強力甲板板最厚，并向首、尾兩端逐漸減薄。

圖1－15甲板板的厚度分布和板的排列

在強力甲板中，沿著舷邊的一列鋼板，稱為甲板邊板。它是強力甲板中最厚的一列板。這是由于甲板邊板位于舷邊折角處，易引起應力集中，舷邊又經(jīng)常積水銹蝕嚴重的緣故。在艙口之間的甲板板，因被艙口切斷不連續(xù)，不參與承擔總縱彎曲，故較其它處的甲板薄。

2、甲板開口處的加強（1）甲板上的人孔：采用圓形或橢圓形的人孔，一般勿須加強，但橢園形人孔的長軸一定要沿著船長方向。（2）貨艙口等矩形大開口：矩形開口的長邊是沿船長方向布置的，開口的四個角隅做成園形或橢園形，在開口角隅處的甲板板要用加厚板或覆板予以加強。

（六）舷側結構橫骨架式舷側結構，在一般貨艙內是只設置主肋骨；在機艙中或舷側需要特別加強的船艙中設有主肋骨、強肋骨和舷側縱桁；對于冰區(qū)航行的船舶，在首部貨艙的主肋骨之間裝設中間肋骨，用來局部加強。

縱骨架式舷側結構，是由舷側縱骨、強肋骨等組成的，這種結構主要用在油船上。

圖1－20舷側的防冰加強舷側的防冰加強

（七）甲板結構在橫骨架式船體結構中的各層甲板均采用橫骨架式甲板結構；而在縱骨架式的船體結構和混合骨架式的船體結構中，除了強力甲板以外的各層下甲板，均采用橫骨架式甲板結構，這是因為下甲板距中和軸處較近、承擔總縱彎曲強度較小的緣故。強力甲板艙口之間的甲板，由于不參與總縱彎曲，故也采用橫骨架式甲板結構。

縱骨架式的甲板結構，主要布置在縱骨架式船體結構和混合骨架式船體結構中的強力甲板上。

在甲板結構中主要的構件有：1、橫梁（1）普通橫梁：簡稱橫梁。主要裝設在橫骨架式甲板結構中甲板下的每一個肋位上，承擔橫向強度。（2）強橫梁：在甲板下每隔３～４個肋位布置一道。作用是承擔橫向強度，在縱骨架式甲板結構中用來支撐甲板縱骨。（3）半梁：布置在舷側至艙口邊間的橫梁（4）艙口懸臂梁：是布置在舷側至艙口邊之間的強橫梁。（5）艙口端梁：布置在艙口兩端肋位上的橫梁。

2、甲板縱骨3、甲板縱桁4、艙口圍板為了保證人員安全，防止海水浸入，提高艙口區(qū)域結構強度，在貨艙口的四周裝設圍板，稱為艙口圍板。根據(jù)甲板所處的位置不同，艙口圍板在甲板以上的高度要求也不同。在露天干舷甲板上，至少要在600ｍｍ以上。明鋒“PACIFICPIONEER”2000年3月，在日本富士換班

（九）艙壁結構1、艙壁的作用艙壁除了將船內分隔成許多艙室以

外，橫艙壁承擔著船體的橫向強度進行水密分艙和分隔防火區(qū)，一旦

船艙進水或著火不使其蔓延?？v向艙壁可減小自由液面對穩(wěn)性影

響，并承擔總縱彎曲強度。

2、艙壁的種類艙壁根據(jù)其作用劃分，有如下幾種：（1）水密艙壁：是在規(guī)定的水壓下能保持不

滲透水的艙壁。（2）油密艙壁：（3）防火艙壁：是分隔防火主豎區(qū)并能限制

火災蔓延的艙壁。（4）制蕩艙壁：在艙壁上開有流水孔，用來

減小艙內液體的搖蕩所產(chǎn)生的沖擊力。（5）輕型艙壁：是一種無密性、強度和防火要求的輕型結構艙壁，只起簡單的隔離作用。

3、水密艙壁的數(shù)目（1）防撞艙壁：又稱首尖艙壁。是位于船首最前面的一道水密橫艙壁。在艙壁上不準開設門、人孔、通風管道和任何其它開口。（2）尾尖艙艙壁：是位于船尾最后一道水密橫艙壁。該艙壁向上允許通到水線以上的平臺甲板。（3）機艙兩端的水密橫艙壁：在機艙的前后端必須設置橫艙壁與其它艙室隔開。對于尾機型船，機艙后端的艙壁即為尾尖艙

艙壁。

3、水密艙壁的數(shù)目

（1）防撞艙壁：又稱首尖艙壁。是位于船首最前面的一道水密橫艙壁。在艙壁上不準開設門、人孔、通風管道和任何其它開口。該艙壁的作用是一旦船首破損，阻止海水蔓延至其它船艙。（2）尾尖艙艙壁：是位于船尾最后一道水密橫艙壁。該艙壁向上允許通到水線以上的平臺甲板。（3）機艙兩端的水密橫艙壁：在機艙的前后端必須設置橫艙壁與其它艙室隔開。對于尾機型船，機艙后端的艙壁即為尾尖艙艙壁。1.首尾尖艙的艙壁是______。A.防火艙壁B.普通艙壁C.水密艙壁D.槽型艙壁答案：C

2.對于機艙在中部的船舶，要求設水密

橫艙壁一般______。A.不少于一道B.不少于二道C.不少于三道D.不少于四道答案：D（對于中機型或者中尾機型）；（尾機型）

4、艙壁結構型式（1）平面艙壁：由平的艙壁鋼板和加強壁板組成。由于水的壓力與深度成正比，而且接近艙底的壁板易銹蝕，故艙壁板的各列板是水平布置的，艙底的一列板最厚，向上逐漸減薄。（2）槽型艙壁：把艙壁板壓成槽形（或弧形、梯形等）增強艙壁的強度和剛度，槽形方向一般為豎向布置，可省去平面艙壁所需的骨架結構

（十）舷墻與欄桿沿著露天甲板邊緣裝設的圍墻，稱為舷墻。舷墻不參與船舶總縱彎曲，其作用主要是：

減少甲板上浪保障人員安全防止甲板上貨物及物品滾到舷外無舷墻的部位應裝設欄桿，舷墻和欄桿的高度應不小于1.00m。欄桿最低一檔以下的開口高度，應不超過230mm,其它各檔的間隙應不超過380mm。

（十一）船首端結構船舶的首端是指上甲板以下、防撞艙壁以前的部分。為了減小航行時的興波阻力；提高船速；現(xiàn)

代運輸船舶的船首常制成球鼻形

1、作用于船首端的外力船在波浪上縱搖時船首底部受到的碰擊作用波浪對船首部兩側的沖擊力在冰區(qū)航行時冰的擠壓力，以及碰撞力等。2、船首端骨架結構的特點和加強在首尖艙區(qū)域內，多數(shù)采用橫骨架式結構，肋骨間距小，構件尺寸大，設有許多空間骨架構件

（十二）艉端結構尾尖艙壁以后，上甲板以下的船體結構稱為尾端結構，包括尾尖艙和尾部懸伸端，結構較為復雜。制成巡洋艦型，提高船舶推進效率1、作用于船尾部的外力螺旋槳運轉時的水動壓力尾機船由于主機引起的振動力舵及螺旋槳的重力等。2、船尾部骨架結構的加強（1）在每一個肋位上設置升高肋板。（2）在舷側除了肋骨之外，設置舷側縱桁。左右

舷的兩舷側縱桁之間設有強橫梁。（3）有的尾尖艙內也設有制蕩艙壁。

圖1-25艉端結構3、尾軸架和軸包套

（1）尾軸架：是用來固定伸出船體外部的螺旋槳軸的結構，常用的有裝設一根撐桿的單臂式和有兩根撐桿的人字架式。撐桿的一端伸進船體內固定在船體骨架上，或用撐桿腳固定在外板上，另一端連接在圓筒形軸承上，螺旋槳軸從軸承中穿過。

大連船用推進器有限公司，直徑7.67米，重量：98噸，船級社DNV圖1—27尾軸架與軸包套（2）軸包套：在船體尾部水線下的兩舷側，沿著螺旋槳軸的方向逐漸地將船體兩側的結構和外板向外突出，使尾端突出于船體尾部表面之外，形成一個鰭狀結構，使螺旋槳軸包在里面。這種結構便于軸的保護和維修，但使船尾部結構和外板的形狀變得復雜，使船體阻力有所增加。多用在較肥的船上，（十三）錨設備（十四）防火結構1.基本概念2.防火分隔（耐火分隔）ABC三種級別（十五）船體結構主要圖紙1.總布置圖2.船中剖面圖3.基本結構圖4.外板展開圖（十六）船體結構的密性和開口關閉裝置為了保證船體結構的水密性，船殼外板、干舷甲板、水密艙壁、各種液艙的鋼板接縫和開口關閉裝置，根據(jù)它們的位置和用途的不同，要求保持不同程度的密性1、船體結構的密性（1）水密：是在規(guī)定的水壓下，船體結構構件接縫和開口等關閉裝置不滲漏水的性能。。（2）風雨密：是指在任何風浪情況下水都不得滲漏入船內。風雨密的密性要求比水密的低一些。2025/4/2911:002、開口的關閉裝置(1)船體結構上開口關閉裝置的種類根據(jù)開口關閉裝置的用途劃分，主要有下列四種：貨艙艙口蓋、船用門、船用窗、人孔蓋。在這些開口關閉裝置中，若按密性劃分，又可分為：水密型、油密型、風雨密型、非密性的開口關閉裝置。①貨艙艙口蓋（風雨密艙口蓋）單拉滾翻式艙口蓋鉸接折疊艙口蓋滾動艙口蓋吊移式艙口蓋2025/4/2911:00圖1－57單拉滾翻式艙口蓋圖1－58鉸接折疊艙口蓋圖1－59滾動式艙口蓋吊移式艙口蓋

（2）船用門若按門的密性劃分，水密門、風雨密門、鋼制輕便門、防火門

A.水密門船舶主管機關認可的船上使用的水密門有如下三級：

a.一級鉸鏈門；

b.二級手動滑動門；90Sc.三級動力兼手動滑動門；60S任何水密門的操縱裝置，無論是否動力操作，均須在船舶向左或向右傾斜15o時能將門關閉。2025/4/2911:00(2)船體結構上開口的關閉裝置的設置要求在《1974年國際海上人命安全公約》和我國《海船分艙和破艙穩(wěn)性規(guī)范》中，對于船體結構上開口的關閉裝置的設置，主要有如下規(guī)定：3①水密艙壁上開口的關閉裝置在限界線以下的水密艙壁上要求盡量減少開口的數(shù)量，對于開口要有船舶主管機關認可的關閉裝置。A．在防撞艙壁上不準設門、人孔或出入口。一般僅可通過一根管子，且管子上裝有在艙壁甲板以上可以操作的截止閥，其閥體是裝在艏尖艙內側的艙壁上，以便艏尖艙破損時可以將它關閉。D．從機艙通往軸隧的水密艙壁上的水密門，一般要求裝設二級水密門。E．門檻在分艙載重線以下，航行中有時需要開啟，且門的數(shù)目超過5扇；或在艙壁甲板以下設有旅客艙室，則艙壁上的門為三級水密門。二、船舶強度（一）總縱彎曲強度船體強度是指船體結構抵抗各種內力與外力作用、而不被破壞和變形的能力。船體強度分為其中縱向強度最為重要。

總縱彎曲強度（亦稱為縱向強度）橫向強度局部強度扭轉強度

圖1—7船體總縱彎曲變形3、總縱彎曲力矩和剪力沿著船長方向的分布特點1）由于船舶浮在水上，首尾兩端無支持是自由的，所以在船的首尾兩端的彎曲力矩和剪力總是等于零。2)總縱彎曲力矩值，從首尾兩端向船中逐漸增大，最大的彎曲力矩一般位于船中0.4L船長范圍內。3)最大的剪力位于距首尾兩端大約1/4船長附近。3、總縱彎曲力矩和剪力沿著船長方向的分布特點4)根據(jù)梁的彎曲理論可知，最大彎曲力矩處其剪力值等于零。5)對于營運的船舶來講，船體的幾何形狀和大小是一定的。船舶可能遇到的最不均勻的重力分布的裝載狀態(tài)和可能遇到的最不均勻的浮力分布的波浪也應是一定的。因此，每一條船舶就有一個可以確定的最大彎曲力矩值和剪力值。4、影響船體總縱彎曲力矩和剪力的因素總縱彎曲力矩和剪力的大小及沿船長的分布規(guī)律，與船舶的大小、船舶重量和浮力的大小及沿著船長方向的分布有關。（1）浮力的大小和分布

標準波：波長λ=船長L，波高H=波長λ的1/20；波峰或波谷位于船中時，船舶的浮力分布對船舶總縱彎曲力矩和剪力來講是最不利的。

風平浪靜（MOLcomfort）（九2013年6月17日下午1時左右，商船三井“MOLComfort”號集裝箱船在也門外海200英里處由于惡劣天氣導致貨艙進水，使船舶從中部斷裂。6月27日，斷裂后的船尾部分沉沒到4000米深海底，這半段船只載有1700個集裝箱和1500噸燃油。7月11日上午5時左右，前半部分船體（約2400個集裝箱燒毀）沉沒，自此結束了長達26天的海上漂流。

5、船體總縱彎曲應力的分布船體總縱彎曲應力的大小沿著船深方向是成線性分布的。甲板和船底的彎曲應力方向相反，二者的彎曲應力值最大。當船體發(fā)生中拱彎曲時，甲板受拉應力作用，船底受壓應力作用；而位于中和軸處總縱彎曲應力等于零。船中橫剖面和總縱彎曲應力的分布6、船體撓度1）過大的中垂狀態(tài)，使船中吃水大于首尾吃水，根據(jù)載重線標志判斷載重量，則使船舶裝載量減小；2）上層建筑和甲板室連接處作用力增加；3)使軸系和管系等發(fā)生彎曲變形；4)導致大開口艙艙口變形，影響與艙蓋的配合。

（四）扭轉強度船舶扭轉強度是指船體結構抵抗扭轉變形和破壞的能力。當船舶斜置在波浪上時；或船的首尾部裝載對于船中心線左右不對稱時；以及其它原因產(chǎn)生的首尾左右不對稱的作用力；都會產(chǎn)生作用在船體上的扭轉力矩，使船體產(chǎn)生扭曲變形。一般船舶由于艙口較?。b箱船），均有足夠的抗扭強度。

（五）船舶進塢與擱淺時的應力1.船舶進塢船底應力船舶進塢檢修一般需要船舶具有一定的艉傾。（五）船舶進塢與擱淺時的應力2.船舶擱淺船底應力“明繁”輪西班牙擱淺“業(yè)之錚”2006年6月，遼寧灣（朝鮮灣）。三、船舶動力學（一）船舶搖蕩運動的形式船舶因某種外力的作用，使其圍繞原平衡位置所作的往復性（或周期性）的運動，稱為船舶搖蕩運動。船舶搖蕩運動可分為6種形式。（1）橫搖，船舶繞X軸（縱向軸）所作周期性的角位移運動；（2）縱搖，船舶繞Y軸（橫向軸）所作周期性的角位移運動；（3）首搖，船舶繞Z軸（垂向軸）所作周期性的角位移運動；（4）垂蕩，船舶沿Z軸垂向所作周

期性的上下平移運動；（5）縱蕩，船舶沿著X軸（縱向軸）

所作周期性的前后平移運動；（6）橫蕩，船舶沿著Y軸（橫向軸）

所作周期性左右平移運動；在這6種搖蕩方式中，橫搖擺幅比

較大，對船舶的性能影響最大。船舶搖蕩運動是一種有害的運動，劇烈的搖蕩會引起嚴重的后果：①可能使船舶失去穩(wěn)性而傾覆。②使船體結構和設備受到損壞。③引起貨物移動從而使船舶重心移動

危及船舶安全。④使機器和儀表的運轉失常。⑤會使螺旋槳的效率降低，船舶阻力增加，船速下降。⑥工作和生活條件惡化，甲板上浪等。（二）船舶減搖裝置為了減小船舶的搖蕩，除了在裝載和操縱方面采取措施以外，在船舶設計與建造中，都裝設必要的減搖裝置。減搖裝置可以分成三類：第一類是利用流體的重力作用以產(chǎn)生對船

舶搖擺的穩(wěn)定力矩（如減搖水艙）；第二類是利用流體的動力作用以產(chǎn)生穩(wěn)定

力矩（如舭龍骨、減搖鰭）；第三類所獲得的穩(wěn)定力矩則是由回轉力產(chǎn)

生（如減搖回轉儀）。1．舭龍骨舭龍骨是裝設在舭部外側，沿著水流方向的二塊長條板（如圖1-68所示）。舭龍骨的作用是減小船舶橫搖。由于減搖效果較好，制造簡單，幾乎所有的船舶均裝設舭龍骨。舭龍骨板的長度為1/4—1/3船長，寬度為200~600mm左右（大型船更大些），近似垂直于舭部列板，其外緣不超出船的半寬線與船底基線所圍的范圍，以免觸到碼頭和海底而碰損。2．減搖鰭減搖鰭。因減搖鰭需要有自動操縱系統(tǒng)、造價高，目前只有在大型豪華客船上或軍艦上才設置。3．減搖水艙上述“U”形減搖水艙內的水與舷外水不連通時，則稱閉式減搖水艙。若減搖水艙內的水與舷外水相通時，稱開式減搖水艙。當水艙內的水左右舷流動是可以控制的稱主動式減搖水艙；而不能控制水的流動的，稱被動式減搖水艙。4．減搖陀螺儀（回轉穩(wěn)定減搖裝置）回轉儀的特性是當它在高速旋轉時，如受到外力發(fā)生傾斜，其產(chǎn)生的旋轉力矩具有使其回復原位置的能力。利用回轉儀原理制成的減搖陀螺儀（回轉穩(wěn)定減搖裝置）具有減緩船舶搖擺的能力。但此種裝置造價昂貴，占用船艙體積大，在現(xiàn)代商船上已經(jīng)基本沒有。5、舵減搖。在自動操舵儀上增設橫搖信號檢測、反饋和綜合放大機構來控制舵的擺動，以減小艦艇的橫搖幅度，減搖效果最大可達40%，與減搖鰭聯(lián)合使用時，減搖效果更好回轉性舭龍骨：減搖效果為20～30%，

在零航速時也有減搖作用舵減搖：減搖效果最大可達40%，減搖水艙：被動式減搖水艙：減搖效果最大為50%。主動式減搖水艙：減搖效果可達60%。減搖陀螺：減搖效果可達60%左右。減搖鰭：減搖效果可達70%～80%，被

航速較高的艦艇廣泛采用。（三）船體振動的知識1.船體振動的分類（1）總振動和局部振動（2）自由振動和強迫振動（3）船舶振動所受的力有：干擾力、彈性恢復力、慣性力和阻尼力（4）船體總振動分為：橫振動（垂向振動、水平振動）縱向振動（扭轉振動、往復振動）（5）各種局部振動垂直振動、橫向振動、縱向振動2.船體振動的原因螺旋槳和主機、波浪的沖擊、拋錨一是設計時考慮不周或計算錯誤二是建造質量問題三是營運時航行條件及操作管理水平的影響GOODLUCK（FAST、MOST）1991年前蘇聯(lián)解體，在烏克蘭船廠放了一兩年，才下水。會有什么危害？拋錨時間長？一個月？3.船體的防振與減振防振是指船舶在設計階段就考慮到振動衡準的要求而采取的降低振動的措施。減振是指使營運船舶的振動下降到振動衡準的要求。一是改變結構的固有頻率或干擾頻率以避免共振；二是減小干擾力的幅值與減小干擾力的傳遞；三是增加結構強度和阻尼。四、船舶