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船舶基础知识及术语解释

上一篇:气垫船        下一篇:船舶服务与支持系统的了解
分类:船舶管理 发布时间:2014-11-10 15:14:46 来源: 浏览: 收藏 正文点这评论:(0人参与)

船舶定义

航行或停泊于水域的运输或作业工具,按不同的使用要求而具有不同的技术性能,装备和结构型式。

简史

船舶从史前刳木为舟起,经历了独木舟和木板船时代,1879年世界上第一艘钢船问世后,又开始了以钢船为主的时代.船舶的推进也由19世纪的依靠人力,畜力和风力(即撑篙,划桨,摇橹,拉纤和风帆)发展到使用机器驱动(见船舶动力装置).

1807年,美国的R.富尔顿建成第一艘采用明轮推进的蒸汽机船"克莱蒙脱(Clerment)"号,时速约8公里/小时。

1839年,第一艘装有螺旋桨推进器的蒸汽机船"阿基米德(Archimedes)"号问世,主机功率为58.8千瓦.这种推进器充分显示出它的优越性,因而被迅速推广。

1868年,中国第一艘载重600吨,功率为288千瓦的蒸汽机兵船"惠吉"号建造成功。

1894年,英国的C.A.帕森斯用他发明的反动式汽轮机作为主机安装在快艇"透平尼亚(Turbinia)"号上,在泰晤士河上试航成功,航速达60公里/小时以上,早期汽轮机船的汽轮机与螺旋桨是同转速的,约在1910年出现了齿轮减速,电力传动减速和液力传动减速装置,在这以后,船舶汽轮机都采用减速传动方式。

1902~1903年在法国建造了一艘柴油机海峡小船。1903年,在俄国建造的柴油机船 "万达尔(Βандал)"号下水.20世纪中叶,柴油机动力装置遂成为运输船舶的主要动力装置.

英国在1947年首先将航空用的燃气轮机改型安装在海岸快艇"加特利克(Cartaric)"号上,以代替原来的汽油机,其主机功率为1837千瓦,转速为3600转/分,经齿轮减速箱和轴系驱动螺旋桨.这种装置的单位重量仅为2.08千克/千瓦,远比其他装置轻巧.60年代先后出现了用燃气轮机蒸汽轮机联合动力装置(见燃气-蒸汽联合循环装置)的大,中型水面军舰.当代海军力量较强的国家,在大,中型船舰中,除功率很大的采用汽轮机动力装置外,几乎都采用燃气轮机动力装置.在民用船舶中,燃气轮机因效率比柴油机低,用得很少。

原子能的发现和利用又为船舶动力开辟了一个新的途径.1954年,美国建造的核潜艇"鹦鹉螺(Nautitlus)"号下水,功率为11025千瓦,航速为33公里/小时.1959年苏联建成了核动力破冰船"列宁(Ленин)"号,功率为32340千瓦.同年,美国核动力商船"萨瓦纳(Savannah)"号下水,功率为14700千瓦.现有的核动力装置都是采用压水型反应堆汽轮机动力装置,主要用在潜水艇和航空母舰上,而在民用船舶中由于经济上的原因没有得到发展.

70~80年代,为了节约能源,有些国家吸收机帆船的优点,研制一种以机为主,以帆助航的船舶,用电子计算机进行联合控制,日本建造的"新爱德丸"号便是这种节能船的代表.

古代中国是当时造船和航海的先驱.春秋战国时期就有了造船工场,能够制造战船.汉代已能制造
带舵的楼船.唐,宋时期,河船和海船都有突出的发展,发明了水密隔壁.明朝的郑和于1405~1433年间七次下西洋的宝船,在尺度,性能和远航范围方面,都居世界领先地位.

到了近代,中国造船业发展迟缓.1865~1866年,清政府相继创办江南制造总局和福州船政局,建造了"保民","建威","平海"等军舰和"江新","江华"等长江客货船.

中华人民共和国成立后,船舶工业有了很大发展,50 年代建成一批沿海客货船,货船和油船. 60年代以后,中国的造船能力提高得很快,陆续建成多型海洋运输船舶,长江运输船舶,海洋石油开发船舶(平台),海洋调查船舶和军用舰艇,大型海洋船舶的吨位可达120000载重吨.除少数特殊船舶外,中国已能设计,制造各种军用舰艇和民用船舶.

构成

船舶是由许多部分构成的.按各部分的作用和用途,可综合归纳为船体,船舶动力装置,船舶舾装等3大部分.

船体:船体是船舶的基本部分,可分为主体部分和上层建筑部分.

主体部分一般指上甲板以下的部分,它是由船壳(船底及船侧)和上甲板围成的具有特定形状的空心体,是保证船舶具有所需浮力,航海性能和船体强度的关键部分,一般用于布置动力装置,装载货物,储存燃油和淡水,以及布置其他各种舱室.为保障船体强度,提高船舶的抗沉性和布置各种舱室,通常设置若干强固的水密横舱壁(或同时包括纵舱壁)和内底,在主体内形成一定数量的水密舱,并根据需要加设中间甲板(一层或数层)或平台,将主体水平分隔成若干层.

上层建筑位于上甲板以上,由左,右侧壁,前,后端壁和各层甲板围成,其内部主要用于布置各种用途的舱室,如工作舱室,生活舱室,贮藏舱室,仪器设备舱室等.上层建筑的大小,层楼和型式因船舶用途和尺度而异,一般都设首楼,而上层建筑的主要部分则位于机(炉)舱区域之上.运输货物船舶的上层建筑长度较短,而客船和科学考察船的上层建筑则是很讲究的.

船体结构大都用钢材,由板材和型材组合成板架结构.

船舶动力装置

船舶动力装置包括:推进装置——主机经减速装置,传动轴系以驱动推进器(螺旋桨是主要的型式);为推进装置的运行服务的辅助机械设备和系统,如燃油泵,滑油泵,冷却水水泵,加热器,过滤器,冷却器等;船舶电站(发电机,配电板等),它为船舶的甲板机械,机舱内的辅助机械和船上照明等提供电力;其他辅助机械和设备,如锅炉,压气机(和空气瓶),船舶各系统的泵,起重机械设备,维修机床等(它们并不全是为主机服务的).通常把主机(及锅炉)以外的机械统称为辅机.

船舶舾装和其他装备:

船舶舾装包括舱室内装结构(内壁,天花板,地板等),家具和生活设施(炊事,卫生等),涂装和油漆,门窗,梯和栏杆,桅杆,舱口盖等.

船舶的其他装置和设备中,除推进装置外,还有:①锚设备与系泊设备;②舵设备与操舵装置;③救生设备(救生衣,救生筏,救生艇及其收放装置);④消防设备(探火和灭火设备与系统);⑤船内外通信设备(船内电话,无线电台);⑥照明设备;⑦信号设备(号灯,号旗等);⑧导航设备(雷达,各种定位仪,测探仪,计程仪等);⑨起货设备;⑩通风,空调和冷藏设备(食品库和冷藏货舱用); 海水和生活用淡水系统; 压载水系统; 液体舱的测深系统和透气系统; 舱底水疏干系统; 船舶电气设备,包括电缆,电气控制板(箱),蓄电池,变压器和变流机等.船舶设备中的照明,通信,信号,导航等设备也可归入电气设备; 其他特殊设备(依船舶的特殊需要而定).

分类

船舶分类方法很多,可按用途,航行状态,船体数目,推进动力,推进器等分类.

按用途分类 这种分类方法最常用,可分为军用和民用船舶两大类.

军用船舶通常称为舰艇或军舰.其中,有直接作战能力或海域防护能力者称为战斗舰艇,如航空母舰,驱逐舰,护卫舰,导弹艇和潜艇,以及布雷,扫雷舰艇等,担负后勤保障者称为军用辅助舰艇.

民用船舶指各种非军用船舶.某些小船习惯上也称为艇.民用船舶一般又分为运输船,工程船,渔船,港务船等.

 

①运输船:用于港口之间的运输,如客船(包括渡船),货船,客货船.货船又按货物种类,运输方式和装卸方法分为:散件杂货船(统货或杂货船),集装箱船,滚装船(包括车辆渡船),散货船(多指谷物,煤,矿砂运输船),运木船,油船,液化天然气(和石油气)船,驳船,拖驳船队,顶推驳船队(分节驳)等.有的船舶能运载集装箱,矿砂,木材,谷物等多种货物,称为多用途船;有的专业船舶兼能运载石油,矿砂和其他粒状散货,称为兼用船.
②工程船:如挖泥船,打桩船,起重船,打捞船,布缆船,疏浚船和炸礁船.
③渔业船:如各类捕捞船(拖网渔船,围网渔船,刺网渔船,流网渔船,钓鱼船,蟹工船,捕鲸船和狩猎渔船),水产品加工船,水鲜冷藏运输船,渔政船等.
④港务船:如港作拖船,引水船,航标船,港监船,供油船,供水船,消防船和交通船.
⑤海难救助船.
⑥海洋开发船:如海洋调查船,钻井船,多用途拖船和潜水器.

按航行状态分类

通常分为排水型船舶,滑行艇,水翼艇和气垫船.

①排水型船舶:水面船舶航行时,重力全靠水的浮力来支承,绝大多数船舶属于此类.
②滑行艇:高速航行时,仅部分艇底接触水面,重力大部分靠作用于艇底的动压力支承.
③水翼艇:船体下装有水翼,高速航行时靠水翼的升力使船体部分或全部离开水面.
④气垫船:靠向艇底不断输送高于大气压力的空气把艇体全部或部分升起,以降低水阻力而高速航行.气垫船又分全垫式和侧壁式两种.

按船体数目分类分为单体船(绝大多数船舶属此类)和多体船.

在多体船型中双体船较为多见.双体船具有二个相同的片体(成一定距离并列),在距水面一定高度处用连接桥连接成一体,多用作客船和车辆渡船,具有甲板面积大,装载地位多和稳性好的优点.为改善双体船的耐波性和快速性,又有一种小水线面船,片体自水面下一定高度起缩小为流线型,狭窄柱体伸出水面与连接桥相接.

按推进动力分类:可分为机动船和非机动船.

机动船按推进主机的类型又分为蒸汽机船(活塞式,现已淘汰),(蒸)汽轮机船,柴油机船,燃气轮机船,联合动力装置船,电力推进船,核动力船等.

按推进器分类

有螺旋桨船(主要型式),喷水推进船,喷气推进船,明轮船,平旋轮船等.

空气螺旋桨只用于少数气垫船.

按推进器数目还可分为单桨船,双桨船,三桨船等.

按机舱部位分类 有尾机型船(机舱在船的尾部),中机型船和中尾机型船.

按主体连续甲板的层数分类 有单甲板船,双甲板船,三甲板船等.

按船体结构材料分类 有钢船,铝合金船,木船,钢丝网水泥船,玻璃钢艇,橡皮艇,混合结构船等.

主要技术特征

船舶的主要技术特征有船舶排水量,船舶主尺度,船体系数,舱容和登记吨位,船体型线图,船舶总布置图,船体结构图,主要技术装备的规格等.

船舶吃水、吨位和标志

吃水船舶吃水:水线面与船底基平面之间的垂直距离(自平板龙骨上缘量至水面的垂直距离。加上平板龙骨的厚度)。根据量取的方法不同,吃水可以分成实际吃水和型吃水两种。
(1)实际吃水指水线面至船底龙骨板下缘的垂直距离。它是船舶进出港、过浅滩、系靠码头和装卸货物时应考虑的吃水。
(2)型吃水是指水线面至船底龙骨板上缘的垂直距离,与实际吃水相差一个龙骨板的厚度。它是船舶设计和进行性能计算时所考虑的吃水。

船舶吃水随着船舶的载重量和舷外水的密度的变化而不同,量得吃水后经过查阅有关船舶曲线图和计算,可以求得该船当时的排水量和载重量。

水尺标志

由于装载的不均匀,船舶可能处于纵倾或横倾状态,船舶四周各处的吃水不尽相同。在实际工作中,通常是通过观测船舶的水尺标志而获得船舶的实际吃水。水尺标志绘制在船体首、中、尾部的左、右两弦,共有六处,是以数字(一般是罗马数字或阿拉伯数字)表示船舶实际吃水的一种标记。船舶水尺标志有英制和公制两种形式,如图1-21所示。公制水尺标志的字高为10cm,英制水尺标志的字高为6in。

水尺观测方法:水线达到水尺标志上某数字的下边缘,则表示该处的实际吃水为该数字所表示的数值;水线刚好淹没该数字,则表示该处的实际吃水为该数字所表示的数值加上相应的字高;水线位于字高的一半处时,则表示该处的实际吃水为该数字所表示的数值加上相应字高的一半。当水面有波动时,应根据若干次观测所得的平均值来确定实际水线的位置。

船舶载重线

表示北大西洋冬季载重线,指船长为100.5米以下的船舶,在冬季月份航行经过北大西洋(北纬36度以北)时,总载重量不得超过此线。标有L 的为木材载重线。
  我国船舶检验局对上述各条载重线,分别以汉语拼音首字母为符号。即以"RQ"、"Q"、"R"、"X"、"D"和"BDD"代替"TF"、"F"、"T"、"S"、"W"和"WNA"。
  在租船业务中,期租船的租金习惯上按船舶的夏季载重线时的载重吨来计算。

 

船舶排水量

根据阿基米德原理,船体水线以下体积所排开水的重量,即为船舶的浮力,并应
等于船舶总重量.船的自重(固定于船上的不变重量)等于空船排水量.船的自重加上装到船上的各种载荷的重量的总和(载重量)是变化的,即等于船的总重量.

民船的空船排水量包括船体结构,木作舾装和船舶设备与装置,船舶机电设备等部分的重量.船舶载重量包括货物,燃油和润滑油,淡水,食物,人员和行李,备品及供应品等的重量.

通常预定的设计载货量与按预定最大航程计算的油,水,食物等的重量之和,称为设计载重量(即通常所标称的载重量).设计载重量时的排水量称为设计排水量或满载排水量.还有对应其他装截情况的排水量.

重量吨:表示船舶重量,也可表明船舶的载运能力。可分排水量和载重量。
排水量:指船舶在水中所排开的同体积水的重量。
满载排水量:船舶装足货物、旅客、燃料、淡水和供应品,并具有规定的安全干舷时的排水量,通常是指船舶在海水中达到夏季载重线时的排水量。
空船排水量:船舶没有装货物、旅客、燃料、淡水和供应品等时的排水量。
载重量:或称总载重量,表示船舶所具有的载重能力。即:载重量=满载排水量—空船排水量。
净载重量:表示实际可装载货物的吨数,它随具体航次所需要备品储备量不同而变化。
净载重量=总载重量—燃料、淡水、供应品和备料等的重量。

排水量吨位
排水量吨位是船舶在水中所排开水的吨数,也是船舶自身重量的吨数。排水量吨位又可分为轻排水量、重排水量和实际排水量三种:
1)轻排水量
又称空船排水量,是船舶本身加上船员和必要的给养物品三者重量的总和,是船舶最小限度的重量。
2)重排水量
又称满载排水量,是船舶载客、载货后吃水达到最高载重线时的重量,即船舶最大限度的重量。
3)实际排水量
  是船舶每个航次载货后实际的排水量。 排水量的计算公式如下:
  排水量(长吨)=长*宽*吃水*方模系数(立方英尺)/35(海水)或36(淡水)(立方英尺)
  排水量(公吨)=长*宽*吃水*方模系数(立方米)/0.9756(海水)或1(淡水)(立方米)
排水量吨位可以用来计算船舶的载重吨;在造船时,依据排水量吨位可知该船的重量;在统计军舰的大小和舰队时,一般以轻排水量为准;军舰通过巴拿马运河,以实际排水量作为征税的依据。

船舶主尺度

船舶主尺度包括总长,设计水线长度,垂线间长,最大船宽,型宽(一般指船体型线设计排水量水线处最大宽度),型深(船体型线从船底到最上层连续甲板处,分舱甲板或干舷甲板的舷边最低处的垂直距离),满载(设计)吃水,干舷(一般指干舷甲板处型深减设计吃水)等.

最大尺度:也称全部尺度或周界尺度,它可以决定停靠码头泊位的长度,是否可以从桥下通过,进某一船坞。
全长(最大长度):指船舶最前端与最后端之间(包括外板和两端永久性固定突出物在内)水平距离。
全宽(最大宽度):包括船舶外板和永久性固定突出物在内的垂直于纵中线面的最大水平距离。
最大高度:自龙骨下边致船舶最高点之间的垂直距离。它减去吃水,即可得水面以上的船舶高度。

登记尺度
登记尺度:是主管机关在登记船舶和计算船舶总吨位、净吨位时所使用的尺度,它载明于吨位证书上。
登记长度:在上甲板的上表面上,自首柱前缘到尾柱后缘的水平距离;无尾柱时,则量至舵杆中心。
登记宽度:在船舶最大宽度处,两舷外板外表面之间的水平距离。
登记深度:在船舶纵中剖面的登记长度中点处,从上甲板下表面往下量至内底板上表面的垂直距离。

船型尺度:
船长:沿夏季载重水线,自首缘量致尾柱后缘的水平距离,又称两柱长。
型宽:船体最宽处两舷肋骨外缘之间的水平距离。
型深:在船长中点处,自平板龙骨上缘量至干舷甲板横梁舷端上缘的垂直距离。

钢船主尺度的度量指量到船壳板内表面的尺寸,称为型宽和型深,水泥船,木船等则指量到船体外表面的尺寸.

船体系数

一般指船体型线设计吃水处的各种系数.

方形系数为排水体积与长=垂线间长、宽=型宽、高=设计吃水的长方体的体积之比,即它表征船体下水部分的肥瘦程度;

中剖面(垂线间长中点处或最大剖面处)系数 ;

棱形系数 表征排水体积沿船长方向的分布程度;

舱容和登记吨位

舱容指货舱,燃油舱,水舱等的体积,从容纳能力方面表征船舶的装载能力,续航能力,它影响船舶的营运能力.

登记吨位是历史上遗留下的用以衡量船舶装载能力的度量指标,作为买卖船舶,纳税,服务收费的依据之一.登记吨位是按《船舶吨位丈量规范》所核定的合法吨位,是总吨位和净吨位的统称.

总吨位指民用船舶按《船舶吨位丈量规范》所测定的内部总容积,净吨位是从总吨位中减除按《船舶吨位丈量规范》规定为非营运处所的容积而得出的吨位.吨位的单位为登记吨,1登记吨等于2.832米3 .国际上有《1969年船舶吨位丈量公约》,其计算方法较为简便.

吨位与舱容关系密切,两者都与船的长×宽×深密切相关.登记吨位和载重量分别反映船舱的容纳能力和船的承重能力.它们虽互有联系,但属不同的概念.

容积吨位的计算是:1容积吨=2.83m3=100ft3

容积吨位:是丈量船舶容积后经换算而得出的吨位,它表示船舶所具有空间的大小,又称登记吨。
总吨位(gross tonnage):表示建造船舶规模的通用统计单位,也是计算海事陪偿的基准之一。
从船上所有固定围蔽处所的容积中,扣除上甲板以上的航行工作处所,航行设备处所、安全设备处所、通风采光处所、机械处所、锚设备处所、升降口及出入舱口、厨房、卫生间、工作间、储藏室、夺载水舱等所占容积后,除以2.83即得该船的总吨位。其丈量的具体规定可参阅“船舶吨位丈量规范”。

净吨位(net tonnage):从总容积中扣除不能用于客货运输的容积,如机舱、物料舱、船员住舱等,然后除以2.83后所得的吨位数。净吨位是计算税收、港务费、停泊费、引航费,拖轮费等的依据。

航速

航速以"节"表示。船舶的航速依船型不同而不同,其中干散货船和油轮的航速较慢,一般为13节至17节;集装箱船的航速较快,目前最快的集装箱船航速可达24.5节。客船的航速也较快。

船体型线图

表征船舶主体(包括舷墙和首楼,尾楼)的型表面的形状和尺寸,是设计和建造
船舶的主要图纸之一.它由三组线图构成:横剖线图,半宽水线图和纵剖线图.三者分别由横剖面,水线面和纵剖面与船体型表面切割而成.

船舶总布置图

设计和建造船舶的主要图纸之一,它反映船的建筑特征,外形和尺寸,各种舱室的位置和内部布置,内部梯道的布置,甲板设备的布局.总布置图由侧视图,各层甲板平面图和双层底舱划分图组成

船体结构图

反映船体各部分的结构情况.船体各相关部分的结构既独立又相互联系.船舶主
体结构是保证船舶纵向和横向强度的关键,通常把它看成为一个空心梁进行设计,并用船中横剖面结构图来反映它的部件尺寸和规格.

船体结构是板架型式,其主向梁沿船长方向布置的称为纵骨架式结构,主向梁沿横向布置的称为横骨架式结构.前一种型式的船底和甲板结构有利于纵总强度,可节省材料,适用于大型船舶.

主要技术装备的规格

包括推进主机的型号(功率和转速)和台数,起货设备的型式(含起吊能力)和数量,锚设备,舵设备以及空调设备等.

主要性能

船舶的主要性能有浮性,稳性,抗沉性,快速性,耐波性,操纵性和经济性等.

浮性和浮态

浮性指船在各种装载情况下能浮于水中并保持一定的首,尾吃水和干舷的能力.
浮态指船舶的吃水,纵倾和横倾的情况.根据船舶的重力和浮力的平衡条件,船舶的浮性关系到装载能力和航行的安全.因此,在选择船舶的主尺度和方形系数,设计型线图和总布置图时,就须对浮性加以注意.

为保证船舶的航行安全,船舶主体在设计水线以上部分必须具有一定数量的水密体积,以提供一定大小的储备浮力.储备浮力直接与干舷值相关,《海船载重线规范》对海船的最小干舷值有所规定,并要求在船中两舷处勘画载重线标志,以利监督.这一要求,有时会影响船舶型深值的选取.

稳性

船受外力作用离开平衡位置而倾斜,当外力消失后船能回复到原平衡位置的能力.一般水面船舶的稳性主要是指横倾时的稳性.船舶在10°以内横倾时的稳性称为船舶初稳性,此时船横倾的浮心B点(排水体积的中心) 位置的变化接近于在横剖面内绕Μ点,以为半径的轨圆上移动.Μ点称为稳心,称为稳心半径,从船舶重心G到Μ的距离称为初稳心高或初稳距.

船横倾后可能出现 3种稳性情况:
①Μ点在G点之上,回复力矩使船的倾斜减小,即船有回复能力,属稳定状态;
②Μ点与G点重合,,船无回复能力;
③Μ点在G点之下,,船自身会增大倾斜,属不稳定状态.

从船舶使用角度和安全角度考虑,后两种情况和值太小都是不允许的.

横倾超过10°以后的稳性称为大倾角稳性,船舶的回复力矩需要用更精确的方法计算.船舶的大倾角稳性对保证船舶在恶劣的风,浪作用下的安全性至关重要.

鉴于船舶稳性对保障船舶安全的重要性,船舶稳性规范(分海船和内河船)对船的初稳性和大倾角稳性都作出核算的具体规定.用船部门也常从使用角度对值提出设计要求.船宽,水线面系数,干舷,重心高度,水面以上的侧面积大小和高度,以及船体开口密封性的好坏等,是影响船舶稳性的主要因素.

抗沉性 船体水下部分发生破损,船舱淹水后仍能浮而不沉和不倾覆的能力.中国宋代造船时就首先发明了用水密隔舱来保证船舶的抗沉性.军舰的抗沉性尤为重要.

《国际海上人命安全公约》对船舶抗沉性作了规定,适用于载客超过12人的船舶(客船).公约对客船抗沉性的要求有两种体系,可任选一种进行核算.

一种体系为:全船任一舱,相邻两舱或三舱淹水后,船仍能保持不超过所限制的浮态并具有不小于0.05米的初稳心高,称为一舱制,二舱制或三舱制.舱制依船的大小和载客人数通过计算来确定.

另一体系为:在限定的允许破舱后的浮态和稳性的条件下,计入各部位的船舱的受损概率,计算出的船舶破舱后的生存力指数(概率)应达到规定值,这一指数依船的大小和载客人数而定.

船舶主体部分的水密分舱的合理性,分舱甲板(水密舱壁所达到的那层甲板)的干舷值和完整船舶稳性的好坏等,是影响抗沉性的主要因素.

快速性

表征船在静水中直线航行速度与其所需主机功率之间关系的性能.它是船舶的一项重要技术指标,对船舶使用效果和营运开支影响较大.船舶快速性涉及船舶阻力和船舶推进两个方面.

船舶阻力由船舶航行时的水阻力和空气阻力构成.水阻力包括3种成分.

①摩擦阻力:由于水有粘性,船航行时水在船体湿表面处形成一个边界层,由边界层内水分子间的剪切力所形成.
②旋涡阻力:由于边界层分离形成的旋涡和边界层对水动压力的影响所产生的压阻力,旋涡阻力与摩擦阻力之和又总称为粘性总阻力.
③兴波阻力:由于船兴起了波浪(船波)而不断消耗能量所造成的阻力,属于压阻力性质,常把它与旋涡阻力合起来称为剩余阻力.

摩擦阻力和旋涡阻力的变化与船体湿表面积和船速的平方(弱)成正比.旋涡阻力与船体线型(尤其尾部)的好坏关系更大.兴波阻力与船的排水量成正比,与船速的关系十分密切.船体线型与傅汝德数(或相对速度)的配合是否恰当对兴波阻力影响较大.

船舶制造

人类造船已有悠久的历史.从史前刳木为舟起,在漫长的时期内人类制造的都是利用人力或风力推进的木船.1807年,美国的R.富尔顿建成世界上第一艘蒸汽机船,当时采用明轮推进.1879年,世界上第一艘钢船问世.从此船舶进入了以钢船为主,以机器为动力的时代.

从20世纪50年代起,船舶推进装置由汽轮机和柴油机逐步取代蒸汽机,并开始应用核能作为推进动力.由于航运的发展和军事上的需要,船舶趋于大型化和专业化,造船技术随之迅速发展,造船业已成为世界上最主要的重工业部门之一.

船舶由成千上万种零件构成,几乎与各个工业部门都有关系.除特有的船体建造技术外,造船还涉及到机械,电气,冶金,建筑,化学以至工艺美术等各个领域.因此,造船是以全部工业技术为基础的一门综合技术,反映一个国家的工业技术水平.

由于船舶的航区,任务和要求不同,船舶产品具有品种多,生产批量小的特点.为了有节奏地生产,缩短制造周期,造船厂从接受订货至完工交船为止,都必须有周密的生产管理和技术管理.

造船用的材料品种多,数量大,其中以钢材的使用量为最大.例如,制造一艘装载量为 1万吨的货船需要钢材3000~4000吨.船体结构用的材料主要是碳素钢和低合金高强度钢(见钢).采用高强度钢可减轻船体自重,降低推进功率,达到多装客货,增加装备或提高航速的目的.小型舰艇还采用铝合金,玻璃钢或钛合金作为船体材料.船舶需要在严酷的环境下营运,对于船用材料,除保证冶炼方法,化学成分和机械性能外,在可焊性能和耐蚀性能等方面都有较高的要求.

造船厂

造船厂均位于沿海或江河之滨,应有一定的岸线长度和水深.厂区内设有船台,造船坞,滑道,舾装码头和大型起重机等专用造船设备.造船厂内设有各种生产车间.

 

①船体加工车间:担负船体放样,号料以及船体零件的加工.
②船体装备焊接车间:完成船体零件,部件,分段,总段的装焊和船体总装工作.
③安装车间:负责船上机械设备及其附件的安装和调试.
④管子加工车间:进行管子及其附件的加工和安装.
⑤电工车间:负责电器和无线电设备的安装和调试.
⑥木工车间:负责木质家具,舱室的制作和安装,以及绝缘工作.
⑦油漆帆缆车间:负责除锈,涂漆和帆缆索具的制作和安装.
⑧起重运输车间:负责船舶的上墩,下水,进出坞以及船台,滑道,码头区的起重运输作业.

此外还有各种辅助车间,主要有机修车间,工具车间,动力车间和中央试验室等. 车间的划分常根据船厂的生产规模,性质,习惯而有所不同.

过去很多造船厂除进行钢材加工,船体装配,焊接和设备系统安装外,还具有一定的铸,锻和机械加工能力,在制造船体的同时还制造主机,辅机,锅炉等设备.20世纪50年代以来,随着造船及其配套工业的发展,造船厂已向总装方向发展,即以建造船体为主,大量的机电设备和舾装件则由专业或非专业的协作厂配套提供,船厂只进行安装,以提高造船质量和效率.

造船工序:造船的主要工艺流程如下.

钢材预处理

在号料前对钢材进行的矫正,除锈和涂底漆工作.船用钢材常因轧制时压延不均,轧制后冷却收缩不匀或运输,储存过程中其他因素的影响而存在各种变形.为此,板材和型材从钢料堆场取出后,先分别用多辊钢板矫平机和型钢矫直机矫正,以保证号料,边缘和成型加工的正常进行.矫正后的钢材一般先经抛光除锈,最后喷涂底漆和烘干.这样处理完毕后的钢材即可送去号料.这些工序常组成预处理自动流水线,利用传送滚道与钢料堆场的钢料吊运,号料,边缘加工等后续工序的运输线相衔接,以实现船体零件备料和加工的综合机械化和自动化.

放样和号料

船体外形通常是光顺的空间曲面.由设计部门提供的用三向投影线表示的船体外形图,称为型线图,一般按1:50或1:100的比例绘制.由于缩尺比大,型线的三向光顺性存在一定的误差,故不能按型线图直接进行船体施工,而需要在造船厂的放样台进行1:1的实尺放样或者是1:5,1:10的比例放样,以光顺型线,取得正确的型值和施工中所需的每个零件的实际形状尺寸与位置,为后续工序提供必要的施工信息.船体放样是船体建造的基础性工序.

号料是将放样后所得的船体零件的实际形状和尺寸,利用样板,样料或草图划在板材或型材上,并注以加工和装配用标记.最早的放样和号料方法是实尺放样,手工号料.20世纪40年代初出现比例放样和投影号料,即按1:5或1:10的比例进行放样制成投影底图,用相应的低倍投影装置放大至实际尺寸;或将投影底图缩小到1/5~1/10摄制成投影底片,再用高倍投影装置放大50~100倍成零件实形,然后在钢材上划线.比例放样还可提供仿形图,供光电跟踪切割机直接切割钢板用,从而省略号料工序.投影号料虽在手工号料的基础上有了很大改进,但仍然未能摆脱手工操作.

60年代初开始应用电印号料,即利用静电照相原理,先在钢板表面喷涂光敏导电粉末,进行正片投影曝光,经显影和定影后在钢板上显出零件图形.适用于大尺寸钢板的大型电印号料装置采用同步连续曝光投影方式,即底图和钢板同步移动,在运动过程中连续投影曝光.适用于小尺寸钢板的小型电印号料装置,则在钢板上一次投影出全部图形.这种号料方法已得到较广泛的应用.

随着电子计算机在造船中的应用,又出现数学放样方法.即用数学方程式表示船体型线或船体表面,以设计型值表和必需的边界条件数值作为原始数据,利用计算机进行反复校验和计算,实现型线修改和光顺,以获得精确光顺和对应投影点完全一致的船体型线.船体的每条型线都由一个特点的数学样条曲线方程表示,并可通过数控绘图机绘出图形.数学放样可取消传统的实尺放样工作,还可为切割和成形加工等后续工序提供控制信息,对船体建造过程的自动化具有关键的作用,是造船工艺的一项重要发展.

船体零件加工

包括边缘加工和成形加工.边缘加工就是按照号料后在钢材上划出的船体零件
实际形状,利用剪床或氧乙炔气割,等离子切割进行剪割.部分零件的边缘还需要用气割机或刨边机进行焊缝坡口的加工.气割设备中的光电跟踪气割机能自动跟踪比例图上的线条,通过同步伺服系统在钢板上进行切割,它可与手工号料,投影号料配合使用.采用数控气割机不但切割精度高,而且根据数学放样资料直接进行切割,可省略号料工序,实现放样,切割过程自动化.

对于具有曲度,折角或折边等空间形状的船体板材,在钢板剪割后还需要成形加工,主要是应用辊式弯板机和滚压机进行冷弯;或采用水火成形的加工方法,即在板材上按预定的加热线用氧-乙炔烘炬进行局部加热,并用水跟踪冷却,使板材产生局部变形,弯成所要求的曲面形状.对于用作肋骨等的型材,则多应用肋骨冷弯机弯制成形.随着数字控制技术的发展,已使用数字控制肋骨冷弯机,并进而研制数字控制弯板机.船体零件加工已从机械化向自动化进展.

船体装配和焊接

将船体结构的零部件组装成整个船体的过程.普遍采用分段建造方式,分为部件装配焊接,分段装配焊接和船台装配焊接3个阶段进行.

①部件装配焊接:又称小合扰.将加工后的钢板或型钢组合成板列,T 型材,肋骨框架或船首尾柱等部件的过程,均在车间内装焊平台上进行.

②分(总)段装配焊接:又称中合拢.将零部件组合成平面分段,曲面分段或立体分段,如舱壁,船底,舷侧和上层建筑等分段;或组合成在船长方向横截主船体而成的环形立体分段,称为总段,如船首总段,船尾总段等.分段的装配和焊接均在装焊平台或胎架上进行.分段的划分主要取决于船体结构的特点和船厂的起重运输条件.随着船舶的大型化和起重机能力的增大,分段和总段也日益增大,其重量可达800吨以上.

③船台(坞)装配焊接:即船体总装,又称大合拢.将船体零部件,分段,总段在船台(或船坞)上最后装焊成船体.排水量10万吨以上的大型船舶,为保证下水安全,多在造船坞内总装.

常用的总装方法有:

以总段为总装单元,自船中向船首,船尾吊装的称总段建造法,一般适用于建造中小型船舶;

先吊装船中偏尾处的一个底部分段,以此作为建造基准向船首,船尾和上层吊装相邻分段,其吊装范围呈宝塔状的称塔式建造法;设有2~3个建造基准,分别以塔式建造法建造,最后连接成船体的称岛式建造法;

在船台(或船坞)的末端建造第一艘船舶时,在船台的前端同时建造第二艘船舶的尾部,待第一艘船下水后,将第二艘船的尾部移至船台末端,继续吊装其他分段,其至总装成整个船体,同时又在船台前端建造第三艘船舶的尾部,依此类推,这种方法称为串联建造法;

将船体划分为首,尾两段,分别在船台上建成后下水,再在水上进行大合拢的称两段建造法.

各种总装方法的选择根据船体结构特点和船厂的具体条件而定.

船体装配和焊接的工作量,占船体建造总工作量的75%以上,其中焊接又占一半以上.故焊接是造船的关键性工作,它不但直接关系船舶的建造质量,而且关系造船效率.

自20世纪50年代起,焊接方法从全手工焊接发展为埋弧自动焊,半自动焊,电渣焊,气体保护电弧焊.自60年代中期起,又有单面焊双面成形,重力焊,自动角焊以及垂直焊和横向自动焊等新技术.焊接设备和焊接材料也有相应发展.由于船体结构比较复杂,在难以施行自动焊和半自动焊的位置仍需要采用手工焊.

结合焊接技术的发展,自60年代起,在船体部件和分段装配中开始分别采用 T型材装焊流水线和平面分段装焊流水线.

T 型材是构成平面分段骨架的基本构件.平面分段在船体结构中占有相当的比重,例如在大型散装货船和油船上,平面分段可占船体总重的50%以上.

平面分段装焊流水线包括各种专用装配焊接设备,它利用输送装置连续进行进料,拼板焊接以及装焊骨架等作业,能显著地提高分段装配的机械化程度,成为现代造船厂技术改造的主要内容之一.世界上有些船厂对批量生产的大型油船的立体分段也采用流水线生产方式进行装焊和船坞总装.

船体总装完成后必须对船体进行密闭性试验,然后在尾部进行轴系和舵系对中,安装轴系,螺旋桨和舵等.在完成各项水下工程后准备下水.

船舶下水

将在船台(坞)总装完毕的船舶从陆地移入水域的过程.船舶下水时的移行方向或与船长平行,或与船长垂直,分别称为纵向下水和横向下水.下水滑道主要为木枋滑道和机械化滑道.前者依靠船舶自重滑行下水,使用较普遍;后者利用小车承载船体在轨道上牵引下水,多用在内河中小型船厂.

纵向下水之前先将搁置在墩木上的船体转移到滑板和滑道上,滑道向船舶入水方向有一定倾斜.当松开设置于滑板与滑道间的制动装置后,船舶由于自重连同滑板和支架一起滑入水中,然后靠自身的浮力飘浮于水面.为减少下滑时的摩擦阻力,在滑板与滑道之间常涂上一定厚度的下水油脂;也可用钢珠代替下水油脂,将滑动摩擦改为滚动摩擦,进一步减少摩擦力.

在船坞内总装的船,只要灌水入坞即能浮起,其下水操作比在船台下利用滑道下水简单和安全得多.

下水意味着船舶建造已完成了关键性的,主要的工作.按传统习惯,大型船舶下水常举行隆重的庆祝仪式.

码头安装(设备和系统的安装) 船舶下水后常是靠于厂内舾装码头,以安装船体设备,机电设备,管道和电缆,并进行舱室的木作,绝缘和油漆等工作.码头安装涉及的工种很多,相互影响也较大.而随着船舶设备和系统的日趋复杂,安装质量的要求也不断提高,故安装工作直接关系下水后能否迅速试航和交船.

为了缩短下水后的安装周期,应尽可能将上述安装工作提前到分段装配和船体总装阶段进行,称为预舾装.将传统的单件安装改为单元组装,也可大大缩短安装周期,即根据机舱和其他舱室设备的布置和组成特点确定安装单元的组成程度,如主机冷却单元可包括换热器,泵,温度调节器,带附件的有关管道和单元所必需的电气设备.在车间内组成安装单元,然后吊至分段,总段或船上安装,这样可使18~25%的安装工作量由船上提前到内场进行,能使船上的安装周期缩短15~20%.

系泊试验和航行试验

在船体建造和安装工作结束后,为保证建造的完善性和各种设备工作的可靠性,必须进行全面而严格的试验,通常分为两个阶段,即系泊试验和航行试验.

系泊试验俗称码头试车,是在系泊状态下对船舶的主机,辅机和其他机电设备进行的一系列实效试验,用以检验安装质量和运转情况.系泊试验以主机试验为核心,检查发电机组和配电设备的工作情况,以便为主机和其他设备的试验创造条件.对各有关系统的协调,应急,遥测遥控和自动控制等还需要进行可靠性和安全性试验.系泊试验时船舶基本上处于静止状态,主机,轴系和有关设备系统不能显示全负荷运转的性能,所以还需要进行航行试验.

航行试验是全面地检查船舶在航行状态下主机,辅机以及各种机电设备和系统的使用性能.通常有轻载试航和重载试航.在航行试验中测定船舶的航速,主机功率以及操纵性,回转性,航向稳定性,惯性和指定航区的适航性等.试验结果经验船机构和用户验收合格后,由船厂正式交付订货方使用.


发展

近代造船技术的发展过程是由手工操作向机械化,自动化迈进的过程.自50年代起,船体建造用焊接取代了铆接,使船体建造由过去长期使用的零星散装方式改进为分段装配方式,大大提高了造船效率.由于船体结构和形状比较复杂,手工操作在船体建造中一直占较大比重.

电子计算机和数控技术的应用正进一步改变造船业的面貌.

电子计算机首先应用于数学放样,进而出现数字输入和图形输出的数控绘图机,数控切割机,数控肋骨冷弯机,数控螺旋桨加工机床和管子加工机床等.同时电子计算技术还在造船厂的生产管理,计划编制,材料设备供应和成本核算等方面逐渐得到应用.为减少信息准备工作,消除设计与生产之间的脱节现象,又研制成大型造船集成数控系统,它包括船舶设计,生产和管理等所有功能的通用信息,能协调地完成从设计到生产的整个工作过程.

因此,继续扩大计算机在造船中的应用,是现代发展造船技术,进一步提高造船自动化程度的主要方向.

 船级(ship|s Classification)

 
船级是表示船舶技术状态的一种指标。在国际航运界,凡注册总吨在100吨以上的海运船舶,必须在某船级社或船舶检验机构监督之下进行监造。在船舶开始建造之前,船舶各部分的规格须经船级社或船舶检验机构批准。每艘船建造完毕,由船级社或船舶检验局对船体、船上机器设备、吃水标志等项目和性能进行鉴定,发给船级证书。证书有效期一般为4年,期满后需重新予以鉴定。

  船舶入级可保证船舶航行安全,有利于国家对船舶进行技术监督,便于租船人和托运人选择适当的船只,以满足进出口货物运输的需要,便于保险公司决定船、货的保险费用。

  世界上比较著名的船级社有:

  英国劳埃德船级社(Lloyd|s Register of Shipping)。它创建于1760年,是世界上历史最悠久、规模最大的船级社。该船级社由船东、海运保险业承保人、造船业、钢铁制造业和发动机制造业等各方面委员会组成并管理,其主要职责是为商船分类定级;

德国劳埃德船级社(Germanischer Lloyd);
挪威船级社(Norske Veritas);
法国船级局(Bureau Veritas);
日本海事协会(Nippon Kaiji Kyokai);
美国航运局(American Bureau of Shipping)。
中国船级社是中华人民共和国交通部所属的船舶检验局。1996年中国船级社第一次被选任国际船级社协会理事会主席,任期一年(1996年7月1日—1997年6月30日),这标志着中国验船技术的权威性受到国际认可。  

船级证书除了记载船舶的主要技术性能外,还绘制出相应的船级符号。各国船级社对船级符号的规定不同。中国船级社的船级符号为*ZC。

  英国劳埃德船级社的船级符号为LR,标志100AI,100A表示该船的船体和机器设备是根据劳氏规范和规定建造的。I表示船舶的装备如船锚、锚链和绳索等处于良好和有效的状态。

船舶的主要文件(Ship|s Documents)

  船舶文件是证明船舶所有权、性能、技术状况和营运必备条件的各种文件的总称。船舶必须通过法律登记和技术鉴定并获得这类有关正式证书后,才能参加营运。国际航行船舶的船舶文件主要有:

(1)船舶国籍证书(Certificate of Nationality);
(2)船舶所有权证书(Certificate of Ownership);
(3)船舶船级证书(Certificate of Classification);
(4)船舶吨位证书(Tonnage Certificate);
(5)船舶载重线证书(Certificate of Load Line);
(6)船员名册(Crew List);
(7)航行日志(Log Book)。

  
  此外,还有轮机日志、卫生日志和无线电日志等。

  根据我国现行规定,进出口船舶必须向港务管理机关(港监)呈验上述所有文件。

船籍和船旗

船籍指船舶的国籍。商船的所有人向本国或外国有关管理船舶的行政部门办理所有权登记,取得本国或登记国国籍后才能取得船舶的国籍。
  船旗是指商船在航行中悬挂其所属国的国旗。船旗是船舶国籍的标志。按国际法规定,商船是船旗国浮动的领土,无论在公海或在他国海域航行,均需悬挂船籍国国旗。船舶有义务遵守船籍国法律的规定并享受船籍国法律的保护。
  方便旗船
  是指在外国登记、悬挂外国国旗并在国际市场上进行营运的船舶。第二次世界大战以后,方便旗船迅速增加,挂方便旗的船舶主要属于一些海运较发达的国家和地区如美国、希腊、日本、香港和韩国的船东。他们将船舶转移到外国去进行登记,以图逃避国家重税和军事征用,自由制订运价不受政府管制,自由处理船舶与运用外汇,自由雇佣外国船员以支付较低工资,降低船舶标准以节省修理费用,降低营运成本以增强竞争力等。而公开允许外国船舶在本国登记的所谓"开放登记"(Open Register)国家,主要有利比里亚、巴拿马、塞浦路斯、新加坡、巴拿马及百慕大等国。通过这种登记可为登记国增加外汇收入。




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