 |
Тема №2. Конструкция корпуса, архитектура, помещения
|
|
|
|
КОНСПЕКТ ПО «УСТРОЙСТВУ СУДНА»
Тема №1. Классификация судов, эксплуатационные морские
Характеристики
1-1. Классификация судов по назначению, районам плаванья. Главным признаком классификации является назначение судов. К другим признакам, не зависящим от их назначения, относятся: район плавания, средства движения, тип главного двигателя, характер движения по воде, вид движителя, материал корпуса, архитектурно-конструктивный тип, количество гребных валов.
По району плавания суда подразделяются: на морские, (дальнего неограниченного и прибрежного плавания рейдовые,(для плавания в акватории порта, в устьях рек с выходом на морские рейды,) внутреннего плавания (речные и озёрные) и смешанного плавания (река –море)
К первой категории относятся морские суда, плавающие в морях и океанах на удалении более 200 миль от порта-убежища.. И суда с удалением от порта-убежища не более 200 миль или в закрытых морях
Вторая категория – суда ограниченного района плавания в пределах 50 миль от убежища.
Третья категория - суда прибрежного плавания и рейдовые суда.
По средствам движения - самоходные с механическим двигателем, несамоходные, передвигающиеся от источника энергии, находящегося вне судна (буксиры, толкачи, энергия ветра).
По типу главного двигателя - теплоходы (ДВС), -пароходы (паровая поршневая машина), -турбоход (паровая турбина), -газотурбоходы (газовая турбина),-электроходы (гребной винт вращается электродвигателем), -атомоходы (источник тепловой энергии -атомный реактор), -гребные суда (мускульная сила человека).
По роду движения по воде - плавающие на поверхности воды, под поверхностью воды, глиссирующие, на подводных крыльях.
|
|
|
По роду материала корпуса - стальные, деревянные, пластиковые, композитные, железобетонные.
По архитектуре корпуса - 2х и 3х корпусные и по расположению надстроек, от числа палуб, от расположения машинного отделения.
1-2. Основные типы судов. Транспортные судна составляют 90% всего тоннажа флота, они подразделяются: грузовые, пассажирские, грузопассажирские и специальные.
Грузовые суда делятся на сухогрузные и наливные, к которым относятся суда различных типов и назначений. К специализированным сухогрузным судам относятся: рефрижераторы, контейнеровозы, суда «ро-ро», лихтеровозы, суда для перевозки скота, лесных грузов и т.п.
Пассажирские суда предназначены для перевозки пассажиров, по назначению подразделяются для обслуживания регулярных линий, для туристических путешествий и суда, совершающие регулярные рейсы между портами местного значения.
Специальные транспортные суда – паромы, транспортные барже-буксирные суда, толкачи, буксиры- толкачи.
Промысловые суда служат для добычи переработки и транспортировки рыбы, крабов, морского зверя и морских растений. По назначению промысловые суда делятся на добывающие, добывающе-перерабатывающие, перерабатывающие.
К добывающим относятся траулеры, которые подразделяют на БРТ, СРТ, МРТ и сейнеры для лова рыбы кошельковыми неводами. Они бывают: БРС. СРС, МРС. Перерабатывающие суда служат для приёма и переработки улова. Плавучие базы – крупнейшие промысловые суда водоизмещением до 15 т.тонн. Производственные рефрижераторы для приёма и переработки рыбы с последующей доставкой.
Служебно-вспомагательные суда - ледоколы, буксиры, спасатели, противопожарные суда, зерно перегружатели, судоподъёмные, плавучие маяки, снабженческие суда.
1-3.Основные размерения судна. К главным размерениям судна относятся:
L - Длинна судна наибольшая, учитывающая все выступающие части корпуса.
|
|
|
L - Длина между перпендикулярами, учитывающая от носовой ВЛ до баллера руля.
B - Ширина судна наибольшая.
T - Осадка судна - расстояние от основной плоскости до расчётной ватерлинии. Марки осадок наносятся римскими или арабскими цифрами на носу, корме и мидельшпангоуте судна.
H - Высота борта, высота от основной плоскости до главной палубы судна, измеренное на мидельшпангоуту.
F - Свободный (надводный) борт. Разница между F=H-T. Минимальная высота надводного борта определяется Международными правилами о грузовой марке.
h -высота наивысшей точки судна над водой. Рис.1
1-4. Крен и дифферент судна. Крен судна от голландского (Krengen- класть судно на борт) - наклон судна в поперечной плоскости (вокруг продольной оси). Крен может быть вызван естественными причинами (ветер, волнение) или искусственно (погрузка на один борт, перенос груза с борта на борт). Дифферент судна (от латинского differens–разница) - наклон судна в продольной плоскости. В эксплуатационных условиях дифферент часто оценивают величиной разности между осадками судна носом Тн и кормой Тк. Положительным считают дифферент судна на корму. Дифферент можно изменить при переносе груза с носа в корму и наоборот.
Контроль за посадкой судна. Равновесное положение плавающего судна по отношению к поверхности спокойной воды называют посадкой судна. Характеризуется осадками Тн (осадка носом) и Тк (осадка кормой) а также креном и дифферентом. Различают следующие основные случаи посадки судна: крен и дифферент судна отсутствуют, т.е. судно сидит прямо, и на ровный киль Тн=Тк.
1-5. Грузоподъёмность судна полная и чистая. Грузоподъёмностью называют массу различного рода грузов, которые может перевезти судно. Различают чистую грузоподъёмность судна и дедвейт (полная грузоподъёмность). Чистая грузоподъёмность - это масса перевозимого судном полезного груза, т.е. масса груза в трюмах или пассажиры и багаж на пассажирских судах. Дедвейт (полная грузоподъёмность) представляет собой общую массу груза, массу запасов топлива, балласта, котельной воды, экипажа, запасов провизии и пресной воды для экипажа.
Дедвейт для каждого судна является постоянным и определяется общей массой перевозимых грузов при загрузке его по расчётную осадку.
|
|
|
Чистая грузоподъёмность судна - эта величина переменная она зависит от количества топлива, воды, балласта и других не полезных грузов на борту судна.
Водоизмещение судна включает в себя массу всех грузов на борту -дедвейт плюс судно порожнём получим водоизмещение в полном грузу.
1-6. Грузовместимость судна. Суммарный объём всех грузовых помещений судна называют грузовместимостью, измеряют в кубических метрах и футах. Различают грузовместимость по штучному и сыпучему грузу. Вместимость по сыпучему грузу, зерновая вместимость, равна теоретическому объёму грузовых помещений за вычетом объёма набора и других конструкций, находящихся внутри грузовых помещений, обычно это 2-3% объёма трюма. Вместимость по штучному грузу, каповая вместимость, на 10-15% меньше расчётной вместимости трюма, т.к. в неё не входит пространство между шпангоутами, бимсами и стойками переборок и т.д. Каждый груз обладает определённым погрузочным объёмом: свинцовое литьё =0,2 М3/т, пшеница (зерно чистое) = 1,25-1,3 М3/т, генгрузы =от 1,9 до 2,1 М3/т. Для определения количества груза, которое можно погрузить на судно, необходимо общий объём всех грузовых помещений судна разделить на погрузочный объём груза. Например, объём трюмов равен 30 000 м3: 1,25 = 24 000 тонн зерна.
1-7. Дальность и автономность плавания. Дальностью плавания называется расстояние, которое судно может пройти без пополнения запасов топлива, масла и котельной воды. У совремённых судов она достигает 15 000-20 000 т. миль.
Автономность - это длительность пребывания судна в рейсе без пополнения запасов. Совремённые суда имеют автономность до 2х месяцев, а ледоколы и научно-исследовательские суда от 6 до 12 месяцев.
Регистровая вместимость судна. Вместимость грузовых трюмов, так же как и грузоподъёмность судна, не даёт полного представления о его величине. Регистровый тоннаж, суммарный объём корпуса, надстроек и рубок, определён в соответствии с правилами обмера судов и выраженный в
регистровых тоннах, за единицу объёма в этом случае принимают регистровую тонну, равную 2,83 М3 или 100 куб. футам. Различают валовую регистровую вместимость и нетто (BRT GRT –NRT)
|
|
|
1-8. Плавучесть судна. Силы, которые действуют на судно. Плавучестью называется с пособность судна плавать в определённом положении относительно поверхности воды при заданном количестве находящихся на нём грузов.
По закону Архимеда, вес или масса плавающего тела (водоизмещение) равны весу или массе вытесненной им воды. Тело (судно) находится на плаву пока существует равенство, вес судна равен весу вытесненном им воды, если вес судна станет больше веса вытесненной им воды, судно утонит.
Равнодействующая сил давления воды (сил поддержания) на погруженную поверхность судна, равна водоизмещению судна Д, приложенная
Рис.2 
в ЦТ погруженного объёма корпуса, называется ЦВ (центром величины) и направлена вертикально вверх. Если центр тяжести и центр величины находятся на одной вертикали, то судно плавает без крена и дифферента. Рис.2.
Высота надводного борта -это часть борта от грузовой (конструктивной) ватерлинии до верхней водонепроницаемой палубы (запас плавучести). Высота надводного борта является одной из основных характеристик безопасности плавания судна, обеспечивает необходимый запас плавучести. Международные правила о грузовой марке регламентируют минимальную высоту надводного борта, в зависимости от времени года «Л»-летний надводный борт при плавании в солёной воде, «З» -зимний надводный борт.»ЗСА»-зимой в Северной Атлантике,«Т»- в тропиках«П»- в пресной воде. «ТП» -в пресной воде в тропиках.
Запас плавучести. Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно иметь запас плавучести, который представляет собой объём водонепроницаемого корпуса выше грузовой ватерлинии. Этот объём образуется помещениями под водонепроницаемой палубой, а также надстройками, имеющими водонепроницаемые закрытия. В случае попадания воды в корпус (при пробоине) судно погрузится глубже (увеличится осадка), но благодаря запасу плавучести судно останется на плаву. Обычно, на транспортных судах запас плавучести составляет 30-50% водоизмещения, на танкерах - это 15-25%, на пассажирских - до 100%, на речных - 10-15%.
1-9. Остойчивость, виды остойчивости. Остойчивость на малых и больших углах крена. Остойчивостью называется способность судна, выведенного действиемвнешних сил из положения равновесия, возвращаться в первоначальное положение после прекращения действия этих
сил. К внешним силам относится, давление ветра, действие волн, принятие или снятие груза, натяжение буксирного троса.
|
|
|
|
Различают начальную остойчивость т.е. остойчивость при малых углах крена, при которых кромка верхней палубы начинает входить в воду (но не более 15 град для высокобортных надводных судов) и остойчивость при больших наклонениях.
Рис.3 Схема положительной поперечной остойчивости.
Представим себе, что что под действием внешних сил судно получило крен на угол θ рис.3. Вследствие этого объём подводной части судна сохранил свою величину, но изменил форму, по правому борту в воду вошёл дополнительный объём, а полевому борту равновеликий ему объём вышел из воды. Центр величины переместился из первоначального положения С в сторону крена судна, в центр тяжести нового объёма - точку С1. При наклонном положении судна сила тяжести Р, приложенная в точке G, и сила поддержания D, приложенная в точке С, оставаясь перпендикулярными к новой ватерлинии В1Л1, образуют пару сил с плечом GK, являющимся перпендикуляром, опущенным из точки G на направление сил поддержания. Если продолжить направление силы поддержания из тоски С1 до пересечения с её первоначальным направлением из точки С, то на малых углах крена эти два направления пересекутся в точке М, называемой поперечным метацентром. Расстояние между метацентром и центром величины МС называется поперечным метацентрическим радиусом обозначаемым ρ, а расстояние между точкой М и центром тяжести судна G – поперечной метацентрической высотой.
Взаимное положение точек М и G позволяет установить следующий признак, характеризующий поперечную остойчивость; если метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в первоначальное положение. Если точка М ниже точки G, в этом случае судно не остойчивое.
Для увеличения поперечной остойчивости судна необходимо снижать его центр тяжести, всегда надо понимать, особенно при эксплуатации судна, и вести строгий учёт за расходованием топлива и воды, хранящихся с междудонных цистернах.
Для определения остойчивости на больших углах наклонения судна необходимо построить диаграмму статической остойчивости (диаграмма Рида), показывающая зависимость плеча статической остойчивости или восстанавливающего момента от угла крена. По диаграмме можно определить; предельный угол крена и предельный кренящий момент при статическом наклонении судна; угол заката диаграммы; начальную метацентрическую высоту судна.
Рис. Действие сил при накренении судна на большие углы
1-10. Влияние жидкого и сыпучего груза на остойчивость судна. Имеющиеся в цистернах жидкие грузы при неполном заполнении цистерны, в случае наклонения судна, перемещаются в сторону наклонения. Из-за этого в ту же сторону перемещается и ЦТ судна, что приводит к уменьшению плеча восстанавливающего момента. При этом, чем шире цистерна, тем значительнее перемещение ЦТ и, следовательно, больше уменьшения поперечной остойчивости. Поэтому для уменьшения влияния жидких грузов, стремятся уменьшить ширину цистерн, устанавливая поперечные переборки, или уменьшить число цистерн, в которых имеется свободные поверхности.
Ещё больше опасность представляют сыпучие грузы (зерно, уголь, цемент и т.д.). При резких или больших наклонениях судна под действием шквала, груз пересыпается на один борт, и судно уже полностью не возвращается в первоначальное положение. Количество пересыпавшегося таким образом груза увеличивается, крен возрастает и приводит к опрокидыванию судна. Для этого устанавливают шифтингбордсы различного типа - это продольные переборки, которые уменьшают площадь помещения и таким образом исключают перемещение большого количества груза. Широко применяемый в настоящее время способ «банделс». Поверх груза стелят брезент, на который насыпают зерно или другой сыпучий груз, затем брезент заворачивают (стягивают тросами), образуя подобие большого мешка на поверхности груза, который не позволяет перемещаться грузу.
1-11. Непотопляемость судна, конструктивные меры по обеспечению непотопляемости. Непотопляемостью называется, способность судна после заполнения части помещений оставаться на плаву и сохранять остойчивость, а также некоторый запас плавучести.
Чем больше запас плавучести судна, тем больше воды оно может принять при аварии, т.е. тем выше степень его непотопляемости. Поэтому главным направлением в борьбе за непотопляемость являются меры ограничивающие поступление воды в корпус судна при повреждении. Запас плавучести достигается увеличением надводного борта, разделением корпуса на ряд относительно небольших отсеков водонепроницаемыми поперечными переборками, на судах «ро-ро», продольной водонепроницаемой палубой.
Помимо плавучести должна быть обеспечена аварийная остойчивость. Аварийная остойчивость резко уменьшается при образовании свободных поверхностей от влившейся жидкости. Несимметричное затопление отсеков, танков приводит к возникновению большого крена, который можно исправить приёмом воды в танки противоположного борта.
Конструктивные требования, предъявляемые к аварийным судам: после затопления 1 или 2х отсеков судно должно оставаться на плаву, крен судна после аварийного спрямления не превышает 7 гр. у пассажирских судов и 12 гр. транспортных, метацентрическая высота не менее 5 см, максимум (Диаграммы статической остойчивости) ДСО =30 гр.
1-12.Качка судна, параметры качки, виды качки. Качкой называется колебательные движения около положения равновесия, совершаемые свободно плавающим на поверхности воды судном. Качку разделяют на вынужденные колебания и свободные колебания. Качка, как и любое колебательное движение, характеризуется следующими параметрами, или основными характеристиками:
Амплитуда качки - наибольшее отклонение от среднего до крайнего положения качающегося тела;
Размах – сумма двух последовательных амплитуд;
Период – время совершения двух полных размахов;
Частота – количество колебаний в единицу времени.
Различают бортовую килевую и вертикальную качки. При расположении
судна лагом (бортом) к волне возникает бортовая качка, которая очень опасна для судна. При малом периоде качки (1—13 сек) и угле крена 15-30 гр. возможно смещение груза и обрыв тяжелых механизмов.
Килевая качка возникает главным образом при движении судна поперёк волны. Эта качка опасна заливанием судна и оголением гребного винта и ударом корпуса о воду (слеминг). При плавании судна в штормовом море судно испытывает все виды качки. Смотри рис.4
Рис.4 Параметры качки
Активные и пассивные успокоители качки. Для предотвращения неприятных последствий от действия качки, на судах применяют успокоители качки, они разделяются на пассивные – неуправляемые и активные - управляемые. Самые простые успокоители качки, применяемые на всех судах, - скуловые (бортовые) кили, они уменьшают качку в 1,5-2 раза. Их недостаток - это уменьшение скорости судна на 2-3%.
К активным успокоителям относятся бортовые рули, установленные с бортов по 1-2 штуки, рули работают как крыло, опираясь на воду и предотвращая колебания судна. Рули управляются гидравлическими электромашинами, которыми управляют гироскопы. Недостатком активных рулей является их сложность, высокая стоимость и способность эффективно работать только на ходу судна при скорости 10-15 узл. Такими рулями оборудуют пассажирские лайнеры, они уменьшают амплитуду качки из 15-20 гр. до 2-3 гр. См. рисунки пассивных и активных успокоителей качки.
Тема №2. Конструкция корпуса, архитектура, помещения
1-13. Прочность общая и местная. На корпус плавающего по воде судна действуют постоянные и временные силы, К постоянным относятся статические силы, такие, как вес судна и давление воды на погруженную часть корпуса –силы поддержания. К временным следует отнести силы, появляющиеся при качке судна на взволнованной поверхности воды: силы инерции масс судна и силы сопротивления воды.
Силы, действующие на судно, плавающее на тихой воде, по длине корпуса распределяются неравномерно. Силы поддержания, как известно, распределяются по длине соответственно погруженному в воду объёму корпуса. Силы веса распределяются по длине корпуса в зависимости от расположения его элементов, таких как переборки, надстройки, мачты, механизмы, грузы и т.п. Фактически получается так, что на одном участке по длине корпуса силы веса преобладают над силами поддержания, а на другом наоборот. От непропорционального распределения по длине корпуса сил веса и сил поддержания возникает общий продольный изгиб корпуса судна.
При плавании судна на взволнованной поверхности на его корпус действуют силы поддержания, всё время меняющие свою величину на отдельных участках длины судна. Максимальное значение эти силы достигают тогда, когда идёт курсом, перпендикулярным направлению волны, длина которой равна длине судна. От неравномерного распределения сил поддержания в этом случае получается перегиб корпуса.
Рис.5. Изгиб судна на волнении: а — на вершине волны; б — на подошве волны..
Общая прочность судна обеспечивается водонипроницаемой оболочкой, которой служит обшивка и верхняя палуба, настил других палуб, продольные переборки с подкрепляющими их конструкциями и всеми конструктивными связями, имеющими длину больше высоты борта. рис. 6.
Местной прочностью называется способность его отдельных конструкций противостоять дополнительному воздействию сил: главным образом давлению забортной воды и сосредоточенным нагрузкам. Для обеспечения местной прочности отдельных конструкций предусматривают их специальное местное подкрепление.
Рис. 6. Поперечный разрез сухогрузного судна.
/ — планширь;
2 — стойка фальшборта;
3— полоса ватервейса;
4 — бимс рамный;
5 — настил палубы;
6 — карлингс;
7 — ребро продольное;
8 — комингс люка;
9 — пиллерс;
10 — бимс концевой;
11 — стойка переборки;
12 — переборка непроницаемая;
13 — настил второго дна;
14 — киль вертикальный;
15 — киль горизонтальный;
16 — стрингер днищевой;
17 — обшивка наружная днищевая;
18 — флор;
19 — лист крайний междудонный;
20 — киль скуловой;
21 - пояс скуловой;
22 — шпангоут трюмный;
23 — бимс;
24 — обшивка наружная;
25 — шпангоут твиндечный;
26 — кница бимсовая;
27 — ширстрек;
28 — угольник стрингерный;
29 — фальшборт
Рис. 6.
1-14. Элементы набора корпуса шпации, флоры, кницы, шпангоуты и т.п. Совокупность пластин, подкреплённых балками, называется перекрытием. Различают днищевое, бортовое и палубное перекрытие. Суда строят по трём системам набора корпуса: продольной, поперечной и смешанной. При продольной системе набора балки главного направления располагают вдоль судна, а перекрёстные связи поперек судна, продольный набор даёт выигрыш в массе корпуса, эта система применяется на танкерах, контейнеровозах, быстроходных судах. Поперечная система набора - балки главного направления идут поперёк судна, от борта к борту, на днище. Такая система применяется на относительно небольших судах. Смешанная система состоит из сетки продольных и поперечных балок. Флор (от английского floor-пол, настил) флоры двойного дна бывают сплошные и открытые. В свою очередь, сплошные флоры бывают проницаемые и водонепроницаемые, а открытые –бракетными и облегчёнными. Шпангоутом называются балки поперечного набора, к которым крепится бортовая обшивка, которая придаёт корпусу прочность, шпангоуты у судна напоминают рёбра у человека. Расстояние между шпангоутами называется шпациями. Верхняя балка, проходящая под палубой, называется бимсом, к нему крепится палубный настил. Кница (от слова knee-колено) - треугольная конструкция, соединяющая сходящиеся под углом балки. Шпигат - устройство для отвода воды за борт судна с палубы, душевых, бассейнов и т.п. Комингс – ограждение вокруг трюма, дверные пороги на судне называют комингс. Переборка – стенка (в обиходе). Фальшборт -часть корпуса судна выше главной палубы. Планширь - верхний горизонтальный лист на фальшборте, придающий прочность конструкции, на пассажирских судах планширь облагораживают дубовой доской. См. рис.6.
1-15. Продольные и поперечные балки набора корпуса. Конструкция всякого корпуса состоит из тонкой оболочки и подкрепляющих её ребер –балок, образующих так называемый набор корпуса судна. Набор конструктивно расположен внутри корпуса, к нему своей внутренней стороной прилегает наружная обшивка и настил палуб, скреплённые с ним сварными соединениями. В соответствии с расположением элементов набора его разделяют на под палубный, бортовой, днищевой и набор переборок.
К продольным связям относятся: обшивка корпуса, настил палуб и платформ, продольные переборки и все продольные балки набора.
К поперечным связям следует отнести, ту же обшивку, настил палуб и платформ, поперечные переборки и все поперечные балки набора. 
Рис. 7. Бортовые перекрытия: а - п оперечная система набора; б - продольная система набора.
1 — обшивка борта; 2 — шпангоут; 3 — бортовой стрингер; 4 - рамный шпангоут;
5 - продольные ребра; 6 – палуба.
1-16. Системы набора корпуса судна: продольная, поперечная, смешанная. В судостроении приняты разнообразные конструкции корпуса, обусловленные типом судов, условиями его эксплуатации и перевозимыми грузами, но все они в зависимости от главного направления балок набора могут быть отнесены к одной из четырёх основных систем набора: продольной, поперечной, смешанной и комбинированной.
Продольной называется такая система набора при которой балки главного направления, расположены вдоль судна. Продольную систему набора приме- няют для судов с большим отношением длины к ширине, таких, например, как быстроходные или наливные суда.
Поперечной называется такая система набора корпуса, при которой балки главного направления расположены поперёк судна в плоскости шпангоутов. Поперечная система применяется на транспортных судах с малым отношением длины к ширине, а продольная прочность обеспечивается наружной обшивкой, настилом палуб и вертикальным килём.
Смешанной называется такая система набора корпуса, при которой балки представляют собой сетку, расположенных в продольном и поперечном направлениях –с некоторым преобладанием поперечных балок. По этой системе строят суда с относительным удлинением, предназначаемые для перевозки генеральных грузов.
Комбинированная это такая система при которой балки продольной и поперечной системы представляют комбинацию для различных перекрытий в зависимости от преобладающих в них нагрузок. Там где есть максимальные сжимающие и растягивающие нагрузки, например на палубах и днищах, ставят продольную систему, а борта по поперечной. Комбинированная система набора является наиболее прогрессивной и успешно используется на морских судах, предназначенных для смешанных условий плаванья (во льдах)
|
|
|
