서울대학교조선해양공학과학부 4 학년 창의적선박설계 강의교재 Preliminary Design of 4,100 TEU Container Carrier (4,100 TEU 컨테이너선초기설계 ) 2006 년 창의적선박설계 Term Project 김철관, 박재욱, 정현목, 조준동, 이성주, 이상향, 조영철
설계요구사항 주요제원기준선 (3,700 TEU) 설계선 (4,100 TEU) Main Dimension LOA LBP Bmld Dmld Ts / Td Dead Weight (design / scantling) Capacity Container on deck / in hold Ballast water Heavy fuel oil Main Engine & Speed M / E type MCR (BHP ⅹ rpm) NCR (BHP ⅹ rpm) Service speed at NCR (Td, 15% SM) DFOC at NCR Cruising range 257.4 m 245.24 m 32.2 m 19.3 m 10.1 / 12.5 m 34,400 / 50,200 MT 2,174TEU / 1,565TEU 13,800 cbm 6,200 cbm Sulzer 7RTA84C 38,570 ⅹ102 34,710 ⅹ98.5 22.5 knots (at 11.5m) at 30,185 BHP 103.2 MT 20,000 N.M 260.0 m 이하 32.25 m 이하 Abt. 11.0 / 12.6 m At scantling draught 49,000 ~ 51,000 MT Abt. 4,100TEU Abt. 11,500 cbm 24.5 knots (at 11.0m) Abt. 20,000 N.M Others Complement 30 P. 30 P.
설계수행의범위및제출요구자료 1. 일반배치도 (General Arrangement Plan Sketch 로작성 ) 2. 중앙단면도 (Midship Section) (Sketch) 3. 선도 (Lines Plan) 4. 경하중량계산 5. Hydrostatic 계산 6. 건현계산서 (Freeboard Calculation) 7. 의장수계산서 (Equipment Number Calculation) 8. Trim, Stability & Longitudinal Strength Calculation - Lightship Condition - Docking Condition - Ballast Departure & Arrival Condition - Homo. Scantling Departure & Arrival Condition 9. Speed-Power Prediction Curve, Main Engine 선정및마력산정 10. 설계요약서 설계시고려사항및설계결과를간략기술
1. 확장방안검토 설계선 (4,100TEU 컨테이너선 ) 으로의확장방안 : 길이방향 1Bay 확장 + 깊이방향 1Tier 확장 On Deck - 무게중심증가를최소화하며적재량확보 - 추가적재량최소 361TEU 3,700TEU 기준선 4,100TEU 설계선
1. 확장방안검토 기준선 (3,700 TEU 컨테이너선 ) 기준선에서설계선으로의변경특이사항 : 1. 기준선의크레인제거 2. LBP 증가와기준선의크레인설치공간을활용하여 1Bay 추가 설계선 (4,100 TEU 컨테이너선 ) 3. 20 2Bay 로구성된기준선 No.5 Hold 를 20 4Bay 로확장 4. 20 4Bay 로구성된기준선 No.1 Hold 를 20 3Bay 로축소 5. On Deck 적재공간을 6 Tier 에서 7Tier 로확장 6. 선실 1 층을추가로설치하여선실높이 3.05m 증가
2. 주요치수결정 LBD 결정 - 설계선의폭 (Bmld) 과깊이 (Dmld) 는기준선 (3,700TEU 컨테이너선 ) 과동일하며, LBP 는확장방안검토후구획길이결정을통해계산 경하중량추정 - 경하중량을선각중량, 의장중량, 기관중량세부분으로나누어경험식및선급의추정식을사용하여계산 - 기준선의항목별경하중량을선각중량, 의장중량, 기관중량으로분류 - 기준선의실제경하중량과추정식에의한계산값과의상관계수를이용하여설계선의항목별경하중량을추정. 재화중량추정 - Scantling draft 에서의선주의재화중량요구값이 49,000 ~ 51,000 MT 이기때문에, 최대값인 51,000 MT 로가정.
3. 구획배치 Frame 구 획 [m] 항목 구간 수량 구간 [m] 길이 [m] 선미구획 0 ~ 14 14 0 ~ 11.20 11.20 기관구획 14 ~ 52 38 11.20 ~ 41.60 30.40 NO.1 268 ~ 296 28 212.68 ~ 234.84 22.16 NO.2 232 ~ 268 36 184.20 ~ 212.68 28.48 - Hold, Engine Room, Lashing Bridge 등설계선의각구획별프레임간격은기준선과동일한값을사용 - 선미구획, 기관구획의길이도기준선과동일한값을사용 화물구획 NO.3 196 ~ 232 36 155.72 ~ 184.20 28.48 NO.4 160 ~ 196 36 127.24 ~ 155.72 28.48 NO.5 124 ~ 160 36 98.76 ~ 127.24 28.48 NO.6 88 ~ 124 36 70.28 ~ 98.76 28.48 NO.7 52 ~ 88 36 41.60 ~ 70.28 28.68 Total 52 ~ 296 244 41.60 ~ 234.84 193.24 - 소요마력의증가로기관구획의길이가증가할수도있으나, 기준선보다실린더직경이큰엔진을주기관으로선정하여기관구획길이변화를최소화 선수구획 296 ~ 312 16 234.84 ~ 247.64 12.8 선실 34 ~ 52 18 27.20 ~ 41.60 14.40 LBP 0 ~ 312 312 0 ~ 247.64 247.64
3. 구획배치 < 기준선과설계선의연료 Tank 배치비교 > - 4 가지배치 Case 에대해 Trim & Stability 계산을통해결정 - 기준선은연료탱크로 No.3 Hold, No.4 Hold 의 Side Tank, No.7 Hold 의 Double Bottom Tank 사용 - 설계선은 Side Tank 와 Double Bottom Tank 의총용적이요구 Ballast Water Tank 와 Fuel Oil Tank 의용적의합보다크기때문에별도의보조 Tank 추가 - Heavy Fuel Oil Tank 는 No.3 Hold, No.4 Hold, No.5 Hold 의 Side Tank, No.6 Hold 의 Double Bottom Tank 에배치 기준선 (3,700 TEU 컨테이너선 ) 설계선 (4,100 TEU 컨테이너선 ) H.F.O Tank 용적 6,200 m 3 5,685 m 3
3. 구획배치 Water Ballast Tank Heavy Fuel Oil Tank Diesel Oil Tank Lubricating Oil Tank
4. 선형설계 EZ Hull
4. 선형설계 CP Variation
5. 컨테이너배치 컨테이너배치모델링
5. 컨테이너배치 Side Limit, Upper Limit, Hull Clearance 를적용하여외부컨테이너삭제
5. 컨테이너배치 4,128 TEU (2,521 TEU On Deck / 1,607 TEU In Hold)
6. 주기관선정 - 설계선의요구 Service Speed(24.5 Knots) 에해당하는전저항을계산하고, 프로펠러설계와추진효율로부터설계선의 NCR 과 MCR Point 를추정. 마력 (kw) 회전수 (rpm) NCR 33,593 99.2 MCR 37,328 102.7 - NCR, MCR Point 과주기관 Engine Layout Diagram 과비교하여적합한주기관을선정
7. 주요치수추정결과 Item 추정결과 LOA [m] 259.64 LBP [m] 247.64 B mld [m] 32.2 D mld [m] 19.3 Ts [m] 12.6 Td [m] 11.0 DWT at Td [MT] 40,050 LWT [MT] 16,990.6 M/E Type MCR [BHPⅹrpm] NCR [BHPⅹrpm] Service Speed at NCR (design draught, SM 15%) Container 개수 (on Deck/ in Hold) MAN / B&W 7K98MC-C MK6 50,734ⅹ102.7 45,658ⅹ99.2 24.5 Knots(11.0m) 4,128 TEU (2,521TEU / 1,607 TEU) Cb (Bare Hull) (Td / Ts) 0.6327 / 0.6581
Bending Moment [Ton-M Shear Force [Ton] 8. Trim & Stability 계산 < 설계선 (4,100 TEU 컨테이너선 ) 의 Loading Case 별 Trim & Stability 계산결과 > Loading Case IMO A-749 CHAP 3.1 IMO A-749 CHAP 3.2 Max Shear Force [Ton] Max Bending Moment [Ton-M] LightShip Condition 만족만족 3,853.5 228,869.4 Ballast Departure 만족만족 5,210.9 370,042.3 HOMO. 10T Scantling Departure HOMO. 18T Scantling Departure Nominal. Scantling Departure 만족만족 -4,409.1 289,660.6 만족만족 2,281.6 177,223.6 만족만족 -4,700.7 324,440.1 < 설계선 (4,100 TEU 컨테이너선 ) 의 Loading Case 별 Bending Moment> 400000 < 설계선 (4,100 TEU 컨테이너선 ) 의 Loading Case 별 Shear Force> 6000 350000 300000 4000 250000 200000 150000 100000 Nominal HOMO.18T HOMO.10T Ballast Departure LightShip 2000 0-2000 0 14 30 52 90 127 147 183 222 258 297 312 Nominal HOMO.18T HOMO.10T Ballast Departure LightShip 50000-4000 0 0 14 30 52 90 127 147 183 222 258 297 312 Frame -6000 Frame
8. Trim & Stability 계산 NOMINAL SCANTLING DEPARTURE CONDITION (4,128 TEU) ( 설계선의경우 : 3,739TEU) 구 분 ACTUAL REQ. MIN. GoM 0.734 0.150 M AREA 0-30 0.113 0.055 M-RAD AREA 0-40 0.180 0.090 M-RAD AREA 30-40 0.067 0.030 M-RAD MAX. GoZ 0.445 0.200 M Ship design, Prel. Design Stability of 4.100TEU Curve Container Carrier,2008.6 MAX. GoZ Angle 29.197 25.00 DEG.
8. Trim & Stability 계산 HOMO.10T SCANTLING DEPARTURE CONDITION (3,192 TEU) ( 설계선의경우 : 2,918TEU) 구 분 ACTUAL REQ. MIN. GoM 0.905 0.150 M AREA 0-30 0.137 0.055 M-RAD AREA 0-40 0.215 0.090 M-RAD AREA 30-40 0.078 0.030 M-RAD MAX. GoZ 0.522 0.200 M MAX. GoZ Angle 29.435 25.00 DEG. Ship design, Prel. Design of 4.100TEU Stability Container Curve Carrier,2008.6
9. 중앙단면설계 - 중앙단면을 Bottom Structure, Side Structure, Bulkhead, Deck Structure 로분류 - DNV 선급 Rule 을따라서 Scantling