本發(fā)明屬于船用lng儲艙建造及設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種c型獨立儲艙總體方案確定方法。

背景技術(shù)：

1、受國際碳排放限制影響，氣體運輸船、雙燃料船舶成為當下的熱門船型。c型儲艙作為液化氣體運輸船、雙燃料船舶的關(guān)鍵設(shè)備，其總體設(shè)計方案的確定需同時考慮安全性和經(jīng)濟性兩個關(guān)鍵因素。c型儲艙設(shè)計時需考慮船體結(jié)構(gòu)布置特征，兼顧結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減少透熱量及降低lng蒸發(fā)率等問題。目前，全球范圍內(nèi)針對多尺寸、多艙容需求的氣體運輸船正處于船型開發(fā)的關(guān)鍵時期，且針對同一個貨艙容積需求，可有多個不同的液貨艙總體設(shè)計方案，如何在不同船型需求背景下，在諸多可行的技術(shù)方案中，實現(xiàn)快速高效的設(shè)計方案確定，是目前應(yīng)對液化氣體船研發(fā)熱潮亟需解決的問題。

2、本發(fā)明提供了一種標準化的c型儲艙總體設(shè)計方案確定方法，基于目標艙容需求及目標船基本限制條件，可快速實現(xiàn)對c型儲艙半徑、儲艙長度、鞍座設(shè)置位置的確定，得到兼顧結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟性的儲艙總體方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種c型獨立儲艙總體方案確定方法，旨在達到基于目標艙容需求及目標船基本限制條件，能夠快速確定c型儲艙各結(jié)構(gòu)尺寸的目的，其所采用的技術(shù)方案是：

2、一種c型獨立儲艙總體方案確定方法，一種c型獨立儲艙總體方案確定方法，其特征在于，c型儲艙由中部的直筒段和兩端的封頭段組成，直筒段為橫截面呈圓形的筒狀結(jié)構(gòu)，封頭段呈球碗狀，直筒段兩端和封頭段對接后，焊接成一體，在直筒段底部對稱設(shè)置有兩個鞍座，c型儲艙總體確定方法如下：

3、s1：根據(jù)儲艙艙壁材料密度及內(nèi)部液貨密度，確定儲艙沿長度方向的載荷分布特征，分別計算直筒段的載荷分布和封頭段的載荷分布。

4、直筒段長度為l，直筒段均布載荷ql計算公式如下：

5、

6、式中，

7、t為筒體平均壁厚，初始值由下式計算得到。對于lng儲艙，t不小于0.02m。對于co2儲艙，t不小于0.05m。

8、

9、ri為c型儲艙內(nèi)半徑可由初始設(shè)計圖紙得到。

10、ρc為c型儲艙內(nèi)液貨密度，根據(jù)儲艙內(nèi)部擬裝載的液貨類型確定。

11、ρm為c型儲艙容器材料密度，根據(jù)儲艙艙壁選用的材料類型確定。

12、r為直筒段內(nèi)外半徑平均值，r＝ri+t/2。

13、p0為儲艙設(shè)計壓力。

14、σm為儲艙材料對應(yīng)的許用應(yīng)力。

15、封頭段長度為h，封頭段總載荷qh可由下式計算得到：

16、

17、將封頭段等效為與直筒段等直徑的直筒段，均布載荷為ql，則封頭段長度h的等效長度l0計算公式如下：

18、

19、s2：基于載荷分布特征，確定鞍座設(shè)置位置。

20、s2.1：首先選取任意位置設(shè)置兩個鞍座，兩個鞍座對稱設(shè)置，計算此時鞍座的支反力，鞍座距離直筒段端部距離為a，根據(jù)封頭段及直筒段的載荷分布情況，計算鞍座處的支反力q為：

21、

22、s2.2：其次，計算鞍座及儲艙跨中處的彎矩，結(jié)合s1中沿儲艙長度的載荷分布情況，及步驟s2.1中鞍座處支反力情況，計算鞍座處的彎矩為：

23、

24、儲艙跨中處的彎矩為：

25、

26、s2.3：最終計算儲艙尺寸下的鞍座設(shè)置位置，根據(jù)靜力平衡，儲艙跨中處彎矩與鞍座處彎矩相等：

27、|ma|＝|mb|

28、即有：

29、

30、從而計算得到鞍座距離直筒段端部距離a：

31、

32、進一步計算得到兩鞍座之間的距離x：

33、

34、s3：根據(jù)船舶尺寸特征及儲艙結(jié)構(gòu)受力特征，初步確定儲艙半徑、儲艙長度及鞍座設(shè)置位置優(yōu)選區(qū)間。

35、s3.1確定儲艙尺寸優(yōu)化的限制條件，

36、儲艙尺寸優(yōu)化的限制條件包括由船型布置提供的限制條件，如船舶寬度、艙長、艙室高度、盲區(qū)、甲板設(shè)備布置，以及由儲艙結(jié)構(gòu)受力角度提供的限制條件。

37、1)船型布置提供的限制條件需在儲艙總體布置方案確定初期，根據(jù)實際船舶設(shè)計特征進行確定。

38、所述儲艙如布置在船體甲板下的貨艙區(qū)時，需滿足：

39、-由船舶艙長確定的儲艙直徑范圍：所述儲艙外徑在長度方向距離橫艙壁處的結(jié)構(gòu)件不小于700mm。

40、-由船舶寬度確定的儲艙直徑范圍：所述儲艙外徑在船寬方向距離其附近的船體結(jié)構(gòu)不小于700mm。

41、-由船舶艙室高度確定的儲艙直徑范圍：所述儲艙外徑在高度方向距離底部船體連續(xù)縱向構(gòu)件的最小距離不小于920mm，高度方向距離頂部船體強橫梁面板的最小距離不小于強橫梁面板寬度的一半。

42、所述儲艙如布置在船體甲板以上時，需基于現(xiàn)有船舶甲板設(shè)備考慮儲艙布置位置，且不能影響船舶盲區(qū)。

43、2)考慮儲艙結(jié)構(gòu)受力特點，對于布置在甲板以上的c型儲艙通常限制其儲艙長徑比γ，γ的優(yōu)選區(qū)間為3～6，γ由下式計算：

44、

45、即直筒段長度l與ri之間的函數(shù)關(guān)系。

46、l＝2γri

47、s3.2：基于儲艙尺寸限制條件，得到儲艙內(nèi)半徑ri及儲艙直筒段長度l的優(yōu)選區(qū)間，進一步確定鞍座設(shè)置位置，

48、1)計算儲艙內(nèi)半徑ri優(yōu)選區(qū)間及直筒段長度l：

49、根據(jù)目標艙容需求v，儲艙艙容與儲艙尺寸之間的關(guān)系可表示為：

50、

51、根據(jù)長徑比γ表達式，計算得到長徑比γ與目標艙艙容v的關(guān)系：

52、

53、進而得到

54、

55、根據(jù)s3.1中對長徑比γ的優(yōu)選區(qū)間為3～6，得到儲艙內(nèi)徑ri的優(yōu)選區(qū)間：rimin～rimax，其中

56、

57、2)計算儲艙直筒段長度l：

58、根據(jù)目標艙艙容v表達式，儲艙直筒段長度l可表示為：

59、

60、

61、即，根據(jù)ri、v計算得到對應(yīng)的l值及其優(yōu)選區(qū)間lmin～lmax。

62、3)根據(jù)s1中公式計算儲艙直筒段壁厚t，得到封頭段等效長度l0的優(yōu)選區(qū)間l0min～l0max。

63、4)進而可根據(jù)s2.3公式計算得到鞍座距離直筒段的端部距離a及優(yōu)選區(qū)間amin～amax，兩鞍座之間的距離x及優(yōu)選區(qū)間xmin～xmax。

64、s4：根據(jù)船體強支撐結(jié)構(gòu)布置方案，確定儲艙鞍座可行的設(shè)置方案。根據(jù)確定的鞍座可行的設(shè)置方案，及s2中得到的儲艙載荷分布特征，開展儲艙長度、儲艙半徑優(yōu)化設(shè)計，得到多種方案。

65、所述船體強支撐結(jié)構(gòu)布置方案由船體設(shè)計圖紙得到，指船體橫向強框結(jié)構(gòu)的布置位置。

66、所述儲艙鞍座設(shè)置位置應(yīng)與船體強支撐結(jié)構(gòu)位置一致，以充分利用船體結(jié)構(gòu)特征，降低儲艙帶來的額外結(jié)構(gòu)加強設(shè)計。

67、1)根據(jù)儲艙兩鞍座之間距離的優(yōu)選區(qū)間xmin～xmax及船體強框支撐結(jié)構(gòu)跨距xs，計算得到可行的儲艙鞍座距離及可行的設(shè)置方案。

68、所述可行的鞍座布置方案中，儲艙鞍座距離由下式計算：

69、x＝n×xs

70、n為船體強框跨距的個數(shù)。

71、2)根據(jù)確定的儲艙鞍座距離x，結(jié)合步驟s2中的儲艙分布特征，依次計算對應(yīng)的a、l0、l。

72、3)根據(jù)步驟s3.2中的相關(guān)公式，計算得到對應(yīng)的儲艙內(nèi)徑ri。

73、s5：計算s4中每個方案下的液貨艙蒸發(fā)率，確定最終設(shè)計方案。

74、s5.1：計算儲艙艙壁不同絕緣材料處的熱流密度q，

75、

76、式中，

77、t1,t2為圓筒壁內(nèi)、外表面溫度，單位k。

78、λ為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，由具體的材料參數(shù)決定。

79、ro為儲艙外半徑，ro＝ri+t。

80、s5.2計算液貨艙蒸發(fā)率

81、采用簡化方法計算液貨艙蒸發(fā)率bor，液貨艙蒸發(fā)率bor可由如下公式計算：

82、

83、式中，

84、q為進入到液貨艙的總熱量，q＝∑q×s，為罐體外表面不同區(qū)域不同材料熱流密度q與相應(yīng)面積s乘積的總和。

85、r為儲艙內(nèi)液貨的氣化潛熱，為與液貨相匹配的參數(shù)。

86、將計算得到的各方案液貨艙蒸發(fā)率進行比較，選出最終的最優(yōu)方案，即液貨艙蒸發(fā)率最小的方案。

87、上述一種c型獨立儲艙總體方案確定方法，更進一步地，鞍座設(shè)置位置a應(yīng)使得c型儲艙應(yīng)力均勻，各項應(yīng)力不超過材料許用應(yīng)力，以提高c型儲艙結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性。同時鞍座位置應(yīng)與船體結(jié)構(gòu)強框位置一致，以充分利用船體結(jié)構(gòu)特征，降低加裝儲艙帶來的影響。

88、發(fā)明的有益效果是：

89、1.c型儲艙長度、儲艙半徑關(guān)鍵參數(shù)的確定與鞍座布置位置統(tǒng)籌考慮，使得鞍座布置位置充分滿足儲艙結(jié)構(gòu)受力特征，避免在儲艙長度方向產(chǎn)生額外的彎矩載荷，使得儲艙應(yīng)力均勻，為儲艙優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

90、2.針對船用大型壓力容器儲艙，將儲艙長徑比作為儲艙長度、儲艙半徑優(yōu)化設(shè)計的限制條件，在滿足大容積需求的同時，可降低儲存和運輸?shù)某杀尽Ｍ瑫r避免了由于非常規(guī)設(shè)計導(dǎo)致的儲艙強度風(fēng)險，提高了儲艙結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性。

91、3.在儲艙設(shè)計過程中，將船體主要參數(shù)，如船寬、艙長、艙深，作為儲艙關(guān)鍵參數(shù)限制條件，使得艙-船設(shè)計界面更加友好，避免由于儲艙單一要素優(yōu)化帶來整船設(shè)計方案的較大調(diào)整。

92、4.儲艙鞍座布置位置充分考慮船體支撐結(jié)構(gòu)布置特征，鞍座位置保持與船體結(jié)構(gòu)強框位置一致，可充分利用船體結(jié)構(gòu)特征，降低加裝儲艙帶來的影響。

93、5.對于前期設(shè)計，可根據(jù)儲艙優(yōu)化設(shè)計參數(shù)調(diào)整船體強框架布置，避免在儲艙鞍座處增加強結(jié)構(gòu)從而帶來結(jié)構(gòu)設(shè)計冗余。對于加裝儲艙對船體整體性能影響較大的情況，可根據(jù)實船需求，提出調(diào)整目標，用于調(diào)整儲艙設(shè)計的參數(shù)范圍，從而優(yōu)化儲艙設(shè)計，避免對實船產(chǎn)生重大影響。

94、6.基于本發(fā)明設(shè)計流程，可同時適用于安裝在甲板上的燃料艙及位于甲板下的液貨艙，對不同艙容方案及不同船型方案實現(xiàn)快速的儲艙方案確定，提高效率，保證方案可行性。