Preliminary Design of 4,100 TEU Container Carrier (4,100 ...

Preliminary Design of 4,100 TEU Container Carrier(4,100 TEU 컨테이너선 초기설계)

2006년 “창의적 선박설계” Term Project김철관, 박재욱, 정현목, 조준동, 이성주, 이상향, 조영철

서울대학교 조선해양공학과 학부4학년 “창의적 선박설계” 강의 교재

Ship design, Prel. Design of 4.100TEU Container Carrier,2008.6

설계 요구사항

주요 제원 기준선(3,700 TEU) 설계선(4,100 TEU)

Main Dimension

LOA

LBP

Bmld

Dmld

Ts / Td

257.4 m

245.24 m

32.2 m

19.3 m

10.1 / 12.5 m

260.0 m 이하

32.25 m 이하

Abt. 11.0 / 12.6 m

Dead Weight

(design / scantling) 34,400 / 50,200 MT

At scantling draught

49,000 ~ 51,000 MT

Capacity

Container on deck / in hold

Ballast water

Heavy fuel oil

2,174TEU / 1,565TEU

13,800 cbm

6,200 cbm

Abt. 4,100TEU

Abt. 11,500 cbm

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

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

24.5 knots (at 11.0m)

Abt. 20,000 N.M

Others

Complement 30 P. 30 P.


설계 수행의 범위 및 제출 요구 자료

1. 일반배치도 (General Arrangement Plan – Sketch 로 작성)

2. 중앙단면도 (Midship Section) (Sketch)

3. 선도 (Lines Plan)

4. 경하중량 계산

5. Hydrostatic 계산

6. 건현계산서 (Freeboard Calculation)

7. 의장수 계산서 (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 선정 및 마력산정

10. 설계요약서 – 설계시 고려사항 및 설계결과를 간략 기술


1. 확장방안 검토

설계선(4,100TEU 컨테이너선)으로의 확장 방안 :

길이 방향 1Bay 확장 + 깊이 방향 1Tier 확장 On Deck

- 무게중심 증가를 최소화 하며 적재량 확보- 추가 적재량 최소 361TEU

3,700TEU 기준선

4,100TEU 설계선


1. 확장방안 검토

기준선(3,700 TEU 컨테이너선)

설계선(4,100 TEU 컨테이너선)

기준선에서 설계선으로의 변경 특이사항 :

1. 기준선의 크레인 제거

2. LBP 증가와 기준선의 크레인 설치공간을활용하여 1Bay 추가

3. 20’ 2Bay로 구성된 기준선 No.5 Hold를20’ 4Bay로 확장

4. 20’ 4Bay로 구성된 기준선 No.1 Hold를20’ 3Bay로 축소

5. On Deck 적재 공간을 6 Tier에서 7Tier로확장

6. 선실 1층을 추가로 설치하여 선실 높이3.05m 증가


2. 주요치수 결정

LBD 결정- 설계선의 폭(Bmld)과 깊이(Dmld)는 기준선(3,700TEU 컨테이너선)과 동일하며, LBP는 확장방안 검토 후

구획길이 결정을 통해 계산

경하중량 추정- 경하중량을 선각중량, 의장중량, 기관중량 세 부분으로 나누어 경험식 및 선급의 추정식을 사용하여 계산- 기준선의 항목별 경하중량을 선각중량, 의장중량, 기관중량으로 분류- 기준선의 실제 경하중량과 추정식에 의한 계산 값과의 상관 계수를 이용하여 설계선의 항목별 경하중량을

추정.

재화중량 추정- Scantling draft에서의 선주의 재화중량 요구 값이 49,000 ~ 51,000 MT 이기 때문에, 최대 값인 51,000 MT

로 가정.


3. 구획 배치

항 목Frame 구 획[m]

구 간 수량 구 간 [m] 길이 [m]

선미구획 0 ~ 14 14 0 ~ 11.20 11.20

기관구획 14 ~ 52 38 11.20 ~ 41.60 30.40

화물구획

NO.1 268 ~ 296 28 212.68 ~ 234.84 22.16

NO.2 232 ~ 268 36 184.20 ~ 212.68 28.48

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

선수구획 296 ~ 312 16 234.84 ~ 247.64 12.8

선 실 34 ~ 52 18 27.20 ~ 41.60 14.40

LBP 0 ~ 312 312 0 ~ 247.64 247.64

- Hold, Engine Room, Lashing Bridge 등설계선의 각 구획 별 프레임 간격은 기준선과동일한 값을 사용

- 선미구획, 기관구획의 길이도 기준선과 동일한값을 사용

- 소요 마력의 증가로 기관구획의 길이가 증가할수도 있으나, 기준선보다 실린더 직경이 큰엔진을 주기관으로 선정하여 기관구획 길이변화를 최소화


3. 구획 배치

<기준선과 설계선의 연료 Tank 배치 비교>

- 4가지 배치 Case에 대해 Trim & Stability 계산을 통해 결정

- 기준선은 연료 탱크로 No.3 Hold,No.4 Hold의 Side Tank, No.7Hold의 Double Bottom Tank 사용

- 설계선은 Side Tank와 DoubleBottom Tank의 총 용적이 요구Ballast Water Tank와 Fuel OilTank의 용적의 합보다 크기 때문에별도의 보조 Tank 추가

- Heavy Fuel Oil Tank는 No.3 Hold,No.4 Hold, No.5 Hold의 SideTank, No.6 Hold의 Double BottomTank에 배치

기준선(3,700 TEU

컨테이너선)

설계선(4,100 TEU

컨테이너선)

H.F.O Tank

용적6,200 m3 5,685 m3


3. 구획 배치

Water Ballast Tank Heavy Fuel Oil Tank

Diesel Oil Tank Lubricating Oil Tank


4. 선형 설계

EZ Hull


4. 선형 설계

CP Variation


5. 컨테이너 배치

컨테이너 배치 모델링



Side Limit, Upper Limit, Hull Clearance를 적용하여 외부 컨테이너 삭제



4,128 TEU (2,521 TEU On Deck / 1,607 TEU In Hold)


6. 주기관 선정

-설계선의 요구 Service Speed(24.5 Knots)에 해당하는 전 저항을 계산하고, 프로펠러설계와 추진 효율로부터 설계선의 NCR과 MCR Point를 추정.

- NCR, MCR Point과 주기관 Engine Layout Diagram과 비교하여 적합한 주기관을 선정

마력(kW) 회전 수(rpm)

NCR 33,593 99.2

MCR 37,328 102.7


7. 주요치수 추정 결과

Item 추정 결과

LOA [m] 259.64

LBP [m] 247.64

Bmld [m] 32.2

Dmld [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 MAN / B&W 7K98MC-C MK6

MCR [BHPⅹrpm] 50,734ⅹ102.7

NCR [BHPⅹrpm] 45,658ⅹ99.2

Service Speed at NCR(design draught, SM 15%)

24.5 Knots(11.0m)

Container 개수

(on Deck/ in Hold)

4,128 TEU

(2,521TEU / 1,607 TEU)

Cb (Bare Hull) (Td / Ts) 0.6327 / 0.6581


8. Trim & Stability 계산

Loading Case IMO A-749 CHAP 3.1 IMO A-749 CHAP 3.2Max Shear Force

[Ton]

Max Bending

Moment

[Ton-M]

LightShip

Condition만족 만족 3,853.5 228,869.4

Ballast Departure 만족 만족 5,210.9 370,042.3

HOMO. 10T Scantling

Departure만족 만족 -4,409.1 289,660.6

HOMO. 18T

Scantling Departure만족 만족 2,281.6 177,223.6

Nominal. Scantling

Departure만족 만족 -4,700.7 324,440.1

<설계선(4,100 TEU 컨테이너선)의 Loading Case 별 Trim & Stability 계산 결과>

<설계선(4,100 TEU 컨테이너선)의 Loading Case 별 Bending Moment>

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

0 14 30 52 90 127 147 183 222 258 297 312

Frame

Bendin

g M

om

ent [Ton-M

]

Nominal

HOMO.18T

HOMO.10T

Ballast Departure

LightShip

<설계선(4,100 TEU 컨테이너선)의 Loading Case 별 Shear Force>

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

0 14 30 52 90 127 147 183 222 258 297 312

Frame

Shear Forc

e [

Ton]

Nominal

HOMO.18T

HOMO.10T

Ballast Departure

LightShip



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

MAX. GoZ Angle 29.197 25.00 DEG.

NOMINAL SCANTLING DEPARTURE CONDITION (4,128 TEU)

Stability Curve

(설계선의 경우 : 3,739TEU)



Stability Curve

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.

HOMO.10T SCANTLING DEPARTURE CONDITION (3,192 TEU) (설계선의 경우 : 2,918TEU)


9. 중앙단면 설계

- 중앙단면을 Bottom Structure, Side Structure, Bulkhead, Deck Structure로 분류

- DNV 선급 Rule을 따라서 Scantling

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