“育鯤”輪no.1燃油艙艙容的計(jì)算分析

1、<p><b>　　大連海事大學(xué)</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二〇一二年四月</b></p><p>　　“育鯤”輪No.1燃油艙艙容的計(jì)算分析</p><p>　　專業(yè)班級(jí)：輪機(jī)管理08-10班</p

2、><p>　　姓 名： 徐 光 龍 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　輪機(jī)工程學(xué)院</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　摘要：隨著國(guó)際市場(chǎng)原油價(jià)格的飆升，船舶在加油

3、過(guò)程中，由于供油方違規(guī)操作加油不足而造成的經(jīng)濟(jì)損失日益突出?！坝H”輪燃油艙艙容表以0.2m為基本單位，列出了燃油艙燃油深度傳感器所傳感的燃油深度與燃油艙存油量的關(guān)系，這種通過(guò)查詢艙容表計(jì)算加油量的方法過(guò)于粗略?！坝H”輪艙容表上還列出了船舶存在首尾吃水差時(shí)，燃油的深度與油艙存油量的相關(guān)數(shù)據(jù)，但是，本輪燃油艙艙壁上安裝的燃油深度傳感器已經(jīng)損壞，日常測(cè)量油艙的油量時(shí)，只能利用油尺通過(guò)甲板上的測(cè)深孔來(lái)測(cè)量，而且傳感器的安裝位置與甲板上測(cè)深孔

4、的位置并不相同，當(dāng)船舶存在首尾吃水差時(shí)，測(cè)深孔測(cè)量的深度與傳感器正常工作時(shí)傳感的深度不同，這就造成艙容表上船舶存在首尾吃水差時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)的失效。因此，“育鯤”輪在加油過(guò)程中，為了確保加油的數(shù)量，需要在整個(gè)受油過(guò)程中不斷調(diào)節(jié)壓載艙的壓載水，使船舶的首尾吃水差盡可能為零，這樣才能使用艙容表上無(wú)吃水差時(shí)的數(shù)據(jù)，但在實(shí)際操作中很難確保船舶的首尾吃水差為零，這就使船舶在加油過(guò)程中很難保證加油的實(shí)際數(shù)量與加油單上的數(shù)量相符，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。本論

5、文通過(guò)“育鯤”輪No.1燃油艙各項(xiàng)尺寸的實(shí)地測(cè)量，參考船舶型線圖、型值表的數(shù)</p><p>　　關(guān)鍵詞：艙容計(jì)算 三維建模 多項(xiàng)式擬合</p><p>　　ABSTRACT: Along with the international market price of crude oil soared, ships suffer increasingly terrible eco

6、nomic loss in refueling process, because of oil supply party’s violate operation. The “Yu Kun” ship’s table of HFO tank capacities is in the basic of 0.2 meters, and it gives a list of data about volume and height measur

7、ed by transducers. The error of this calculation method, through looking up table, is too significant. The table also gives a list of data about height and volume in rem</p><p>　　Keywords: calculation proce

8、ss of capacity 3D Modeling Polynomial Fit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1“育鯤”輪1號(hào)燃油艙的基本情況介紹1</p><p>　　1.1“育鯤”輪1號(hào)燃油艙的位置1</p><p>　　1.2各個(gè)艙壁面的尺寸測(cè)量1</

9、p><p>　　1.2.1沿船長(zhǎng)方向艙壁面（命名為α面，下同）的圖形及尺寸1</p><p>　　1.2.2垂直于兩舷位于發(fā)電機(jī)側(cè)的艙壁（命名為β面，下同）的圖形及尺寸3</p><p>　　1.2.3 燃油艙底面的形狀及尺寸4</p><p>　　1.2.4 燃油艙貼近船體側(cè)曲面S的形狀4</p><p>　　2

10、 問(wèn)題的假設(shè)與分析4</p><p>　　2.1問(wèn)題的假設(shè)4</p><p>　　2.2 問(wèn)題的分析5</p><p>　　2.2.1 燃油艙艙壁的鋼板厚度計(jì)算5</p><p>　　2.2.2 考慮保溫層和鋼板厚度，燃油艙尺寸的修正6</p><p>　　3 船舶燃油艙艙容表的標(biāo)定及V=?（h）的擬合7

11、</p><p>　　3.1 CAD軟件中燃油艙實(shí)體的選擇7</p><p>　　3.2 船舶首尾無(wú)吃水差時(shí)1號(hào)燃油艙艙容表的標(biāo)定及V=?（h）的擬合7</p><p>　　3.3 考慮船舶首尾吃水差的影響，計(jì)算1號(hào)燃油艙的艙容及V=? 的擬合9</p><p>　　3.3.1 考慮船舶首尾吃水差時(shí)問(wèn)題的分析9</p>

12、<p>　　3.3.3 船舶首尾吃水差為-1.0m時(shí)測(cè)量深度h與存油量V關(guān)系的擬合10</p><p>　　3.3.4 船舶首尾吃水差為-1.5m時(shí)測(cè)量深度h與燃油量V關(guān)系的擬合11</p><p>　　3.3.5 船舶首尾吃水差為0.5m時(shí)測(cè)量深度h與燃油量V關(guān)系的擬合12</p><p>　　4 計(jì)算油艙存油量的軟件的制作13</p&

13、gt;<p><b>　　【參考文獻(xiàn)】16</b></p><p>　　“育鯤”輪No.1燃油艙艙容的計(jì)算分析</p><p>　　1“育鯤”輪1號(hào)燃油艙的基本情況介紹</p><p>　　1.1“育鯤”輪1號(hào)燃油艙的位置</p><p>　　燃油艙（以右舷1號(hào)燃油艙為例）位于輔機(jī)艙，該油艙底部與艙頂貼合

14、，上半部分位于機(jī)修間。該艙在船長(zhǎng)方向上位于船尾向船首67號(hào)肋骨至79號(hào)肋骨之間，肋骨間距700mm，燃油艙測(cè)深孔大約位于71號(hào)肋位，右舷側(cè)的艙壁僅貼船體。艙內(nèi)有蒸氣盤(pán)管對(duì)其加熱，并在艙壁外側(cè)包裝絕緣層起到保溫的作用,艙內(nèi)安裝測(cè)深孔，便于在甲板測(cè)量燃油艙內(nèi)的存油量。</p><p>　　1.2各個(gè)艙壁面的尺寸測(cè)量</p><p>　　1.2.1沿船長(zhǎng)方向艙壁面（命名為α面，下同）的圖形及尺寸

15、</p><p>　　上圖中測(cè)深孔距BC邊的距離</p><p><b>　　d </b></p><p>　　1號(hào)燃油艙沿船長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度</p><p>　　A0B0=8407mm</p><p><b>　　高度</b></p><p>　　B0C

16、0=5954mm</p><p><b>　　機(jī)修間部分的尺寸</b></p><p>　　F0E0=652mm D0E0=2015mm</p><p>　　1.2.2垂直于兩舷位于發(fā)電機(jī)側(cè)的艙壁（命名為β面，下同）的圖形及尺寸</p><p>　　BC是整個(gè)艙壁的高度</p><p>　　B0

17、C0=5954mm，</p><p>　　CG為艙壁在機(jī)修間內(nèi)沿兩舷的寬度</p><p>　　C0G0=3055mm，</p><p>　　GH是緊貼船體的艙壁在豎直方向的高度</p><p>　　G0H0=4375mm，</p><p>　　HI是由于船體型線變化而引起艙壁形狀變化的圓弧，由一系列實(shí)地測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)通

18、過(guò)Auto CAD軟件的Pline命令擬合功能和在不同的擬合公差下擬合而成。</p><p>　　各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)如下表所示：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　注：高度h表示各個(gè)點(diǎn)在BC方向上的坐標(biāo)，x表示各個(gè)點(diǎn)沿BI方向的坐標(biāo)。</p><p>　　1.2.3 燃油艙底面的形狀及尺寸</

19、p><p>　　燃油艙底面ABMI（命名為γ面，下同）圓弧MI與船體相貼合，其尺寸不可測(cè)量，通過(guò)查詢船體型線圖，圓弧MI可大致近似為一直線段。</p><p>　　燃油艙沿船長(zhǎng)方向的長(zhǎng)度</p><p>　　A0B0=8407mm，</p><p><b>　　底面的寬度</b></p><p>　　

20、A0M0=2634mm，</p><p>　　B0I0=2604mm</p><p>　　1.2.4 燃油艙貼近船體側(cè)曲面S的形狀</p><p>　　曲面S可通過(guò)Auto CAD的拉伸功能得到，即β面上的曲線GHI以γ面的線段MI為路徑進(jìn)行拉伸。曲面S的形狀如圖所示：</p><p>　　2 問(wèn)題的假設(shè)與分析</p><

21、p><b>　　2.1問(wèn)題的假設(shè)</b></p><p>　?、?1號(hào)燃油艙的底面γ因?qū)嵉刂荒軠y(cè)量AB邊、BI邊和AM邊的尺寸，弧MI的相關(guān)數(shù)據(jù)無(wú)法測(cè)量且其弧度很小，因此，假設(shè)弧MI近似為一條直線段。</p><p>　?、?假設(shè)構(gòu)成燃油艙的鋼材材質(zhì)均勻，各部分厚度相同，燃油艙的各塊保溫層厚度均勻。</p><p><b>　　

22、2.2 問(wèn)題的分析</b></p><p>　　2.2.1 燃油艙艙壁的鋼板厚度計(jì)算</p><p>　　通過(guò)實(shí)地測(cè)量，1號(hào)燃油艙α面在輔機(jī)艙的保溫層厚度為</p><p><b>　　δ1=50mm，</b></p><p>　　在機(jī)修間的保溫層厚度為</p><p><b&g

23、t;　　δ2=85mm，</b></p><p><b>　　β面保溫層厚度為</b></p><p><b>　　δ3=50mm</b></p><p>　　假設(shè)鋼板各部分的厚度相同，燃油艙在機(jī)修間的部分形狀較規(guī)則，因此計(jì)算處于機(jī)修間的艙壁厚度。參考艙容表的數(shù)據(jù)：</p><p>&l

24、t;b>　　表2</b></p><p>　　有艙容表的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)液位高度在5.20m～5.95m時(shí)，油位每升高</p><p><b>　　Δh=0.2m</b></p><p><b>　　油的容積增加</b></p><p><b>　　ΔV=4.4m3</

25、b></p><p>　　考慮艙壁保溫層的厚度，油位在5.20m~5.95m范圍時(shí)，高度升高0.2m，則由實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算的油的容積增加</p><p>　　ΔV0=（ -δ2)×( -δ2)×0.2</p><p>　　=(7.755-0.085)×(3.055-0.085)×0.2</p><p&

26、gt;<b>　　=4.5m3</b></p><p>　　因此，由于鋼板厚度而引起的計(jì)算容積與艙容表容積之差</p><p>　　ΔV1=ΔV0-ΔV</p><p>　　=4.558-4.4</p><p><b>　　=0.158m3</b></p><p><b

27、>　　鋼板的厚度</b></p><p><b>　　Δ= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=0.037 m</b></p><p>　　2.2.2 考慮保溫層和鋼板厚度，燃油艙尺寸的修正</p>

28、<p>　　α面：AB=8283mm</p><p><b>　　BC=5950mm</b></p><p><b>　　DC=7596mm</b></p><p><b>　　DE=2011mm</b></p><p><b>　　FE=687mm<

29、;/b></p><p>　　β面: BI=2480mm</p><p><b>　　GH=4375mm</b></p><p><b>　　CG=2931mm</b></p><p>　　γ面：AM=2510mm</p><p><b>　　BI=2480m

30、m</b></p><p><b>　　AF=3939mm</b></p><p>　　弧HI修正后的數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　表3</b></p><p>　　3 船舶燃油艙艙容表的標(biāo)定及V=?（h）的擬合</p><p>　　3.1 CAD軟件中

31、燃油艙實(shí)體的選擇</p><p>　　根據(jù)修正后的尺寸和數(shù)據(jù)，利用Auto CAD軟件制作燃油艙的實(shí)體圖，借助massprop命令即可得到燃油艙的艙容數(shù)據(jù)。由于弧HI的形狀是通過(guò)一系列的點(diǎn)擬合的(擬合的命令見(jiàn)附錄Ⅰ)。在不同的擬合公差下計(jì)算的艙容不同，不同擬合公差下的艙容如下:</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　由艙

32、容表的數(shù)據(jù)可知，燃油艙燃油加裝達(dá)到100%時(shí)，整個(gè)艙的容積為139.9m3，弧HI上的各個(gè)點(diǎn)在實(shí)際的測(cè)量中，會(huì)存在測(cè)量誤差，鑒于擬合公差為20時(shí)，計(jì)算得到的艙容與實(shí)際艙容的差值最小，因此，選擇擬合公差為20的燃油艙實(shí)體圖對(duì)艙容表進(jìn)行標(biāo)定。</p><p>　　3.2 船舶首尾無(wú)吃水差時(shí)1號(hào)燃油艙艙容表的標(biāo)定及V=?（h）的擬合</p><p>　　船舶首尾無(wú)吃水差時(shí)，油艙內(nèi)的液面利用Au

33、to CAD的剖切、并集和massprop命令，每0.1m高度對(duì)燃油艙的艙容進(jìn)行標(biāo)定，得到如下表所示的艙容表：</p><p><b>　　表5</b></p><p>　　船舶首尾無(wú)吃水差時(shí) V=?(h)關(guān)系式的擬合</p><p>　　無(wú)吃水差時(shí)，由表5的數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘原理，利用MATLAB的多項(xiàng)式擬合功能，可得到V=?（h）的關(guān)系式。

34、</p><p>　　以下為三次和四次多項(xiàng)式的擬合程序：</p><p><b>　　四次多項(xiàng)式</b></p><p><b>　　三次多項(xiàng)式</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)比，兩個(gè)多項(xiàng)式的擬合效果均較理想。在實(shí)際生產(chǎn)中，商船加油量一般為燃油艙總量的95%，燃油艙在油位達(dá)到油艙總量的90%以上

35、時(shí)，四次多項(xiàng)式的誤差較小，因此，我們選擇四次多項(xiàng)式：</p><p>　　3.3 考慮船舶首尾吃水差的影響，計(jì)算1號(hào)燃油艙的艙容及V=? 的擬合</p><p>　　3.3.1 考慮船舶首尾吃水差時(shí)問(wèn)題的分析</p><p>　　船舶在實(shí)際加油過(guò)程中，可能存在首尾吃水差的問(wèn)題，但基本不存在橫傾的問(wèn)題，“育鯤”輪在加油中，首尾吃水差Δ 在-0.5~+0.5m之間，為了

36、便于船舶在縱傾的情況下根據(jù)燃油艙測(cè)深孔的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出燃油艙的存油量，需利用3.1中選擇的燃油艙實(shí)體模型并借助Auto CAD軟件的剖切和massprop功能，計(jì)算出不同深度h下的燃油體積V。</p><p>　　根據(jù)“育鯤”輪船舶資料，1號(hào)燃油艙右舷側(cè)的測(cè)深孔大約位于71號(hào)肋位，即在α面內(nèi)測(cè)深孔距B1C1邊距離為3013mm，測(cè)存油量時(shí)油尺即沿著測(cè)深孔進(jìn)入燃油艙內(nèi)測(cè)量深度。</p><p&g

37、t;　　當(dāng)船舶縱傾使首尾吃水差為T(mén)R時(shí)，在α面內(nèi)燃油液面投影形成的直線兩端距艙底的距離</p><p><b>　　L:垂線間長(zhǎng)</b></p><p><b>　　:油艙的長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　TR：吃水差</b></p><p>　　據(jù)此式可通過(guò)Auto

38、 CAD軟件在α面內(nèi)做出兩端距艙底距離差為Δy的直線，并通過(guò)拉伸、剖切和平移功能模擬船體縱傾時(shí)燃油在艙內(nèi)的分布情況，計(jì)算不同測(cè)量深度時(shí)艙內(nèi)的存油量。3.3.2 船舶吃水差TR=-0.5m測(cè)量深度h與燃油存量V關(guān)系的擬合</p><p>　　TR=-0.5m時(shí)，測(cè)量深度h與燃油存量V的數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　表6</b></p><p

39、>　　根據(jù)最小二乘原理，利用Matlab軟件的多項(xiàng)式擬合功能，擬合出測(cè)量深度h與燃油存量V的關(guān)系。擬合程序如下：</p><p>　　因此TR=-0.5m時(shí)，</p><p><b>　　V=0.0241 </b></p><p>　　3.3.3 船舶首尾吃水差為-1.0m時(shí)測(cè)量深度h與存油量V關(guān)系的擬合</p><p

40、>　　TR=-1.0m時(shí)，測(cè)量的深度h與油艙存油量V的數(shù)據(jù)如下表所示：</p><p><b>　　表7</b></p><p>　　利用Matlab擬合h與V的四次多項(xiàng)式，擬合程序如下：</p><p><b>　　V=0.0232 </b></p><p>　　3.3.4 船舶首尾吃水差為

41、-1.5m時(shí)測(cè)量深度h與燃油量V關(guān)系的擬合</p><p>　　TR=-1.5m時(shí)，測(cè)量的深度h與油艙存油量V的數(shù)據(jù)如下表所示：</p><p><b>　　表8</b></p><p>　　利用Matlab擬合h與V的四次多項(xiàng)式，擬合程序如下所示：</p><p>　　因此，TR=-1.5m時(shí)，</p>

42、<p>　　3.3.5 船舶首尾吃水差為0.5m時(shí)測(cè)量深度h與燃油量V關(guān)系的擬合</p><p>　　TR=0.5m時(shí)，測(cè)量深度h與油艙存油量V的數(shù)據(jù)如下表所示：</p><p><b>　　表9</b></p><p>　　利用Matlab擬合h與V的四次多項(xiàng)式，擬合程序如下所示：</p><p>　　因此，

43、TR=0.5m時(shí)，</p><p>　　4 計(jì)算油艙存油量的軟件的制作</p><p>　　利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言Visual Basic可以編程序，制作計(jì)算燃油艙存油量的軟件。由第3部分可知，</p><p>　　TR=0.5m時(shí)， </p><p><b>　　TR=0 m時(shí)，</b></p><p

44、>　　TR=-0.5m時(shí)，</p><p><b>　　V=0.0241 </b></p><p>　　TR=-1.0m時(shí)，</p><p><b>　　V=0.0232 </b></p><p>　　TR=-1.5m時(shí)，</p><p>　　據(jù)此，利用Visual

45、Basic制作軟件的控件及控件的屬性如下表所示：</p><p><b>　　表10</b></p><p><b>　　程序如下所示：</b></p><p>　　程序運(yùn)行時(shí)的界面如下圖所示：</p><p>　　利用此軟件，“育鯤”輪可以實(shí)現(xiàn)1號(hào)燃油艙存油量的精確測(cè)量，在船舶加油時(shí)，即使存在一定

46、的首尾吃水差，也不影響燃油量的計(jì)算，減少了加油中因船舶縱傾測(cè)量不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)然，此軟件在計(jì)算中也存在一些誤差，比如，燃油艙中的加熱蒸汽盤(pán)管在計(jì)算中沒(méi)有考慮，艙壁保溫層的厚度并不均勻，各個(gè)尺寸測(cè)量時(shí)存在誤差等。本文的目的在于提供一種用三維建模計(jì)算燃油艙容積的方法。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1]盛振邦 劉應(yīng)中編．船

47、舶原理．上海：上海交通大學(xué)出版社，2009．</p><p>　　[2]鄒玉堂等編．AutoCAD 2008實(shí)用教程．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．</p><p>　　[3]董辰輝等編．MATLAB 2008全程指南．北京：電子工業(yè)出版社，2009．</p><p>　　[4]張建輝等編．Visual Basic從初學(xué)到精通．北京：電子工業(yè)出版社，2010．&l