1ОбщепроектНая часть

1.1 Выбор главных размерений

Главные размерения корпуса плавкрана выбраны из условия обеспечения:

- осадки с грузом 1200 тонн на палубе около 1,5 м (длина, ширина корпуса);

- прочности и остойчивости при выполнении грузовых операций (ширина, высота борта корпуса).

1.2 Основные характеристики

По результатам разработки технической документации техно-рабочего проекта определены следующие основные характеристики плавкрана:

1.2.1 Главные размерения, м:

Длина габаритная со стрелой, уложенной по-походному, м 132,4

Длина габаритная со стрелой в поднятом положении, м 99,8;

Длина корпуса наибольшая, м 99,6;

Ширина габаритная, м 50,0;

Ширина корпуса, м 49,8;

Высота борта, м 5,0

Высота габаритная со стрелой по-походному (от ОП), м 15,1

Высота габаритная со стрелой в поднятом положении (от ОП), м 75,3

1.2.2 Водоизмещения

Водоизмещение порожнем, т 4110

Водоизмещение с грузом 1200 тонн и

выравнивающим жидким балластом 1034 тонн, т 6344

1.2.3 Осадка средняя, м:

Осадка средняя п/к порожнем, м ок. 0,94

Осадка с грузом 1200 тонн и

выравнивающим жидким балластом, м ок..1,44

1.3 Назначение

Согласно Исходным техническим требованиям речной плавучий кран предназначается для транспортировки и монтажа пролетов мостов, подлежащих строительству через р. Днепр. Плавучий кран также может использоваться и для выполнения грузоподъемных работ по другому назначению – в пределах его технических характеристик.

1.4 Класс Регистра

Класс Российского Речного Регистра “ P – несамоходный плавучий кран”

1.5 Условия эксплуатации

Условия эксплуатации плавкрана соответствуют указанным в Техническом задании:

Переходы плавкрана под буксиром как со стрелой в походном положении, так и с поднятой стрелой при установленном на палубе пролете моста, а также транспортировка отдельных понтонов, обеспечиваются при волнении на реке до 3 баллов при высоте волны h_1% не более 1,2 м, скорости ветра до 15 м/с и скорости течения до 1,0 м/с.

Грузоподъемные операции выполняются при отсутствии волнения. Скорость ветра при погрузке на плавкран и монтаже пролетов – не более 10 м/с, скорость течения до 1,0 м/с.

Отстой плавкрана в местах производства монтажных работ с использованием системы позиционирования обеспечивается при скорости ветра до 15 м/с, скорости течения 1,0 м/с, волнении вдоль реки до 3 баллов при высоте волны h_1% не более 1,2 м и поперек реки до 2 баллов при высоте волны h_1% не более 0,6 м, предусматривается использование штатного якорного устройства для уменьшения нагрузки на связи системы позиционирования при неблагоприятных углах воздействия ветра.

Глубина воды в местах погрузки пролетов моста, транспортировки на плавкране и монтажа на опоры – не менее 1,9 м .

Эксплуатация плавкрана предусматривается в диапазоне температур наружного воздуха от 0 до плюс 40^оС. Отстой в зимних условиях в нерабочем состоянии - при температуре наружного воздуха до минус 30^оС. Временное энергоснабжение для отстоя предусматривается Заказчиком.

1.6 Архитектурно-конструктивные решения

Принятые в проекте архитектурно-конструктивные решения обусловлены необходимостью:

- установки на плавкране наиболее простых в исполнении кранов с фиксированным положением стрел при выполнении грузоподъемных операций;

- погрузки на верхнюю палубу плавкрана пролета моста с перемещенной на пирс перекаточной платформы при фиксированном положении стрел и последующей транспортировкой пролета моста в район его монтажа на опоры моста;

- обеспечения возможности сборки корпуса плавкрана из понтонов, ширина которых позволяет проводить их через шлюзы р, Днепр, габаритная высота ограничивается с учетом проводки плавкрана под существующими мостами;

- работы плавкрана в мелководной зоне при глубинах воды не менее 1,9 м.

Корпус плавкрана собирается из трех понтонов шириной по 16,5 м. Соединение понтонов между собой осуществляется при помощи стыковочных устройств, устанавливаемых выше уровня воды

Выбранная длина и ширина понтонов позволяет строить их на ОАО «Севастопольский Морской завод» с последующей буксировкой понтонов в район окончательной сборки корпуса плавкрана с проходом через шлюзы на р. Днепр. Предусмотрена возможность разборки и последующей сборки корпуса в эксплуатационных условиях для использования плавкрана в других районах.

Для обеспечения швартовки у пирса с возможностью передачи пролета моста на верхнюю палубу плавкрана, длина среднего понтона предусматривается укороченной на 31,2 м в носовой части.

Установка стрел кранов в районе мидель-шпангоута позволяет при вылете гаков 31,1 м от оси вращения стрел, обеспечить перегрузку пролета моста с пирса на плавкран, а также монтаж пролета на штатные опоры.

На верхней палубе крайних понтонов устанавливаются 6 лебедок, предназначаемых для обеспечения позиционирования плавкрана как у пирса - при погрузке пролета моста на верхнюю палубу, так и возле опор моста при монтаже пролета.

В кормовой части правого понтона в трюме предусмотрено насосное отделение, на верхней палубе устанавливаются 3 контейнера с дизель-генераторами и один с электрооборудованием. В средней части правого понтона предусматривается место для установки бытового контейнера, поставляемого Заказчиком, с размещением в нем помещений кратковременного отдыха экипажа и биотуалета. В кормовой части левого понтона на верхней палубе устанавливается второй контейнер с электрооборудованием. На верхней палубе предусматривается место для установки контейнера для ЗИПа, поставляемого Заказчиком.

В кормовой и носовой частях понтонов размещаются балластные цистерны, прием жидкого балласта в которые позволяет изменять посадку понтонов при их стыковке. Кормовые балластные цистерны бортовых понтонов также предназначаются для приема жидкого балласта при проведении грузоподъемных операций, а также выравнивания дифферента для буксировки плавкрана.

Борта и транцы плавкрана оборудуются стальными привальными брусьями.

Бортовые понтоны делятся на девять главных водонепроницаемых отсеков. Средний понтон делится на шесть главных водонепроницаемых отсеков.

Общее расположение плавкрана представлено в чертеже 50370.360060.004 ВО.

Схема общего расположения плавкрана приведена на рисунках 1.1-1.3.

Рисунок 1.1 - Боковой вид

Рисунок 1.2 - Трюм понтонов

Рисунок 1.3 - Вид сверху

1.7 Нагрузка масс плавкрана

Нагрузка масс плавкрана порожнем и распределение масс по понтонам приведены в документе 50370.360060.009 РР «Нагрузка масс порожнем. Расчет» . Результаты оценки нагрузки масс приведены в таблицах 1.1, распределения масс по понтонам – в таблице 1.2.

Таблица 1.1 - Нагрузка масс плавкрана порожнем со стрелой в рабочем положении при её вылете 31,1 м.

Наименование элемента нагрузки	Масса, т	Плечо, м		Момент, тм
		X	Z	Mx	Mz
01. КОРПУС,	2641,72	-8,9	2,88	-23497	7605,3
в том числе
корпус металлический, фундаменты	2596,00	-9,0	2,86	-23325	7424,9
дельные вещи	22,44	-3,3	4,55	-74	102,1
Покрытия и окраска	20,00	-4,6	2,93	-92	58,7
Изоляция и зашивка	2,68	0,3	5,81	1	15,6
Оборудование помещений	0,60	-12,0	6,80	-7	4,1
02 УСТРОЙСТВА СУДОВЫЕ	58,8	-9,7	5,00	-573	294,2
03 СИСТЕМЫ	14,55	-28,0	2,58	-407	37,6
05 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА	55,43	-33,0	5,88	-1831	325,9
11 ЗАПАС МАССЫ, ОСТОЙЧИВОСТИ	99,20	1,3	11,75	129	1165,2
12 ПОСТОЯННЫЕ ЖИДКИЕ ГРУЗЫ (в энергетической установке)	16,50	-37,2	3,20	-614	52,8
13 СНАБЖЕНИЕ, ИМУЩЕСТВО	0,30	10,0	6,00	3	1,8
20 ГРУЗОПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО	1223,48	4,4	34,64	5384	42376,7
ИТОГО ПЛАВКРАН ПОРОЖНЕМ	4110,00	-5,2	12,62	-21407	51859,5

Таблица 1.2 - Масса понтонов и плавкрана в сборе

Наименование		Правый понтон	Средний понтон	Левый понтон
Понтоны (плавкран) без грузоподъемного устройства
01. КОРПУС,		988,12	679,60	974,00
в том числе
корпус металлический*,		968,00	603,00	959,00
дельные вещи		9,34	5,50	7,60
Покрытия и окраска		7,50	5,10	7,40
Изоляция и зашивки		2,68	-	-
Оборудование помещений		0,60	-	-
02 УСТРОЙСТВА СУДОВЫЕ		29,10	2,60	27,10
03 СИСТЕМЫ		9,9	2,50	2,15
05 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА		48,48	0,95	6,00
07 ВООРУЖЕНИЕ		0,11	-	-
11 ЗАПАС МАССЫ, ОСТОЙЧИВОСТИ		35,30	24,35	39,45
12 ПОСТОЯННЫЕ ЖИДКИЕ ГРУЗЫ (в энергетической установке)		16,50	-	-
13СНАБЖЕНИЕ, ИМУЩЕСТВО		0,30	-
20 ГРУЗОПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО		612,20	-	611,30
ИТОГО С ГРУЗОПОДЪЕМНЫМ УСТРОЙСТВОМ		1740,00	710,00	1660,00
Координаты ЦТ, м	X	-3,5	-16,9	-1,98
	Z	14,37	3,10	14,85

* Учтена масса устройств (конструкций) соединения понтонов составляет около 80 тонн.

1.8 Посадка и остойчивость

Расчеты посадки и остойчивости плавкрана выполненные в документе 50370.360060.010 РР «Остойчивость и посадка», показали, что остойчивость плавкрана удовлетворяет требованиям Правил Регистра, предъявляемым к плавучим кранам (элементы посадки и остойчивости понтона приведены в таблице 1.3).

Таблица 1.3 – Элементы посадки и остойчивости плавкрана

Наименование параметра	Численное значение	Минимально требуемое Правилами Регистра
Плавкран при переходе, без груза на палубе, стрелы по-походному
Водоизмещение, т	4721
Осадка носом, м	1,07
Осадка кормой, м	1,08
Масса жидкого балласта, т	611
Начальная поперечная метацентрическая высота, м	209,6	0,2
Предельно допустимый момент при динамических наклонениях Мдоп, тм	81287
Кренящий момент от динамического действия ветра Мкр, тм	393
Отношение Мдоп/ Мкр	134	1
Плавкран при переходе с поднятыми стрелами, с грузом на палубе (подход к мосту)
Водоизмещение, т	6344
Осадка носом, м	1,44
Осадка кормой, м	1,44
Масса жидкого балласта, т	1034
Начальная поперечная метацентрическая высота, м	149,5	0,2
Предельно допустимый момент при динамических наклонениях Мдоп, тм	89154
Кренящий момент от динамического действия ветра Мкр, тм	1019
Отношение Мдоп/ Мкр	39	1

Продолжение таблицы 1.3

Наименование параметра	Численное значение	Минимально требуемое Правилами Регистра
Плавкран при переходе с поднятыми стрелами, без груза на палубе(переход и подход к пирсу)
Водоизмещение, т	4310
Осадка носом, м	0,76
Осадка кормой, м	1,17
Масса жидкого балласта, т	200
Начальная поперечная метацентрическая высота, м	219,9	0,2
Предельно допустимый момент при динамических наклонениях Мдоп, тм	66891
Кренящий момент от динамического действия ветра Мкр, тм	932
Отношение Мдоп/ Мкр	28	1
Плавкран с грузом на гаках 1200 тонн
Водоизмещение, т	6344
Осадка носом, м	1,44
Осадка кормой, м	1,44
Масса жидкого балласта, т	1034
Начальная поперечная метацентрическая высота, м	136,9	0,2
Угол входа палубы в воду, град	9,3
Предельно-допустимый угол крена, град	1,1
Предельно допустимый момент М’’доп, тм	10371
Кренящий момент от динамического действия ветра Мкр, тм	2413
Отношение М’’доп/ Мкр	4,3	1

Примечание Приведенные значения осадок в таблице 1.3 не учитывают прогибы корпуса плавкрана, которые при грузе на палубе и на гаке могут достигать  0,2 м.

Наибольшая осадка плавкрана во всех рассматриваемых вариантах загрузки не превышает 1,5 м, что позволяет эксплуатировать плавкран при глубинах воды до 1,9 м (с учетом выступающих неровностей грунта).

При осадке в носу (0,76 м), с установленными на палубе опорами для укладки пролета моста высотой (1,3 м), минимальное возвышение нижней плоскости пролета, транспортируемого на перекаточной платформе от уровня воды должно быть 5,75 м т.е. от уровня пирса – 3,20 (при 200 мм зазоре между верхней плоскостью опоры для укладки моста и низом пролета моста).

1.9 Непотопляемость и аварийная остойчивость

Принятое деление плавкрана на водонепроницаемые отсеки обеспечивает выполнение требований Правил Регистра при затоплении одного любого отсека как при переходе плавкрана, так и с грузом на гаках 1200 тонн. Посадка и параметры остойчивости плавкрана при рассмотренных вариантах затопления приведены в документе 50370.360060.011 РР «Аварийная посадка и остойчивость. Расчет».

1.10 Выбор параметров системы позиционирования

Проверка выбранной системы позиционирования по коэффициентам безопасности выполнена в документе 50370.360060.014 РР «Параметры системы позиционирования. Расчет».

Выбор параметров системы позиционирования выполнен для условий удержания плавкрана, при монтаже пролета моста на опоры, в диапазоне допускаемых смещений при воздействии ветра и течения (рабочее состояние).

Наведение пролета моста на штатные опоры с использованием системы позиционирования предполагается с точностью до 0,4 м.

Нижеприведенные исходные данные, используемые при выборе системы позиционирования, приняты по утвержденному Техническому заданию:

предельная скорость ветра при монтаже 10 м/с;

постоянная скорость течения 1,0 м/с;

размеры пролета моста 120х20х4м.

Схема позиционирования плавкрана при монтаже пролетов моста принималась по чертежу 50370.360062.041.

Рассмотрены две схемы позиционирования плавкрана:

схема 1 – позиционирование при монтаже дальнего пролета моста;

схема 2 – позиционирование при монтаже ближнего пролета моста.

С целью снижения тягового усилия и скорости выбирания канатов лебедок системы позиционирования предусматривается в каждой связи две ветви каната, запасовываемого в блоки, которые закрепляются к мертвым якорям (сваям), обеспечиваемым Заказчиком.

В качестве связей системы позиционирования рассмотрены стальные канаты диаметром 27 мм с разрывным усилием 387,5 кН, прочность которых подтверждена расчетом для условий монтажа пролета, и также штормового отстоя плавкрана.

Схема постановки плавкрана у моста при раскладке связей приведена на рисунках 1.4, 1.5.

Т ечение (КУ=162)

В

Ветер (КУ=155)

етер (КУ=162)

Ветер (КУ=90)

Ветер (КУ=38)

Ветер (КУ=0)

Рисунок 1.4 - Схема постановки плавкрана при монтаже дальнего пролета моста

Течение (КУ=162)

В етер (КУ=162)

Ветер (КУ=47)

Ветер (КУ=90)

Ветер (КУ=0)

Рисунок 1.5 - Схема постановки плавкрана при монтаже ближнего пролета моста

По результатам расчета определено, что при проведении грузоподъемных работ у моста (при ветре до 10 м/с) горизонтальное смещение плавкрана достигает 36 см, а усилия в связях системы позиционирования не превышают 87 кН. Коэффициент запаса прочности связи при этом равен 4,5, что превышает значение 2,7, требуемое Правилами классификации и постройки ПБУ/МСП РМРС для эксплуатационного состояния (Правилами Речного Регистра системы позиционирования не регламентируются).

Принятая система позиционирования позволяет произвести монтаж пролета моста в диапазоне допускаемых смещений плавкрана при возрастании скорости ветра во время проведения работ от 0 до 10 м/с.

Штормовой отстой плавкрана предусматривается при скорости ветра в диапазоне 10…15 м/с со смещением плавкрана системой позиционирования на безопасное расстояние относительно опор моста при пролете уложенном на палубу (если монтаж не произведен)

Надежность связей по коэффициенту безопасности при штормовании проверялась при условиях, оговоренных Техническим заданием:

скорость ветра 15 м/с;

скорость течения 1,0 м/с;

волнение на реке наблюдается.

Согласно Техническому заданию рассмотрено воздействие волнения с высотой волны 1% обеспеченности 1,2 м (по аналогии с предельным волнением, допускаемым для судов класса «Р»). По волновым теориям для развития волны такой высоты при скорости ветра 15 м/с требуется разгон по водной акватории не менее 10 км. Таким образом, указанная волна может развиваться только вдоль реки. Поперек реки, имеющей ширину не более 1 км, может развиться волна высотой не более 0,6 м, что было учтено при расчете системы позиционирования.

При удержании плавкрана при штормовании в условиях волнения предусматривается использование штатного якорного устройства в дополнение к системе позиционирования.

Рекомендуемая схема постановки плавкрана при штормовании приведена на рисунке 1.6.

Максимальная длина вытравленных связей при штормовании – 2х109,3 м.

Ветер, волна (КУ=162)

Течение (КУ=162)

Ветер, волна (КУ=90)

Ветер, волна (КУ=66)

Рисунок 1.6 - Схема постановки плавкрана при штормовании

Результаты расчета показали:

- при отстое в местах производства монтажных работ при отсутствии волнения система позиционирования может обеспечить удержание плавкрана при усилении ветра до 15 м/с, усилия в канатах связей системы позиционирования достигают 197 кН. Коэффициент запаса прочности связей при этом равен 2,0. Это превышает значение 1,8, требуемое в Правилах классификации и постройки плавучих буровых установок для режима штормового отстоя при квазистатическом расчете;

- при наличии волнения до 3 баллов, для обеспечения удержания плавкрана в местах производства монтажных работ необходимо дополнительно использовать якорные цепи якорного устройства, находящегося в кормовой части плавкрана. Усилия в канатах связей системы позиционирования достигают 245 кН. Коэффициент запаса прочности связей при этом равен 1,6. Это превышает значение 1,5, рекомендуемое для динамического расчета Правилами Det Norske Veritas.

Максимальная нагрузка передаваемая на мертвые якоря (или сваи) при действии внешних нагрузок, приведена в таблице 1.4:

Таблица 1.4 Максимальная нагрузка на мертвые якоря (сваи)

Скорость ветра, м/с	Монтаж дальнего пролета моста		Монтаж ближнего пролета моста		Штормовой отстой
	Нагрузка горизонтальная, кН	Нагрузка вертикаль-ная, кН	Нагрузка горизонтальная, кН	Нагрузка вертикаль-ная, кН	Нагрузка горизонтальная, кН	Нагрузка вертикаль-ная, кН
10	180	2	153	2	-	-
15, волнение 3 балла	-	-	-	-	606	13

Максимальная нагрузка на обуха опор мостов составляет:

при скорости ветра 10 м/с – около 82 кН;

при скорости ветра 15 м/с и волнении 3 балла– около 1230 кН.

1.11 Буксировочное сопротивление

Буксировочное сопротивление плавкрана определено в документе 50370.360060.015РР «Буксировочное сопротивление. Расчет» как для перехода плавкрана на тихой воде и в условиях действия ветра и течения, так и при перегоне отдельных понтонов.

Графики зависимости буксировочного сопротивления от скорости буксировки приведены на рисунках 1.7 и 1.8.

Рисунок 1.7 - Кривые буксировочного сопротивления плавкрана c грузом на палубе при вылете стрелы на 31,1 м

Рисунок 1.8 - Кривые буксировочного сопротивления плавкрана со стрелой в походном положении

1.12 Балластировка понтонов для обеспечения стыковки на плаву

Балластировка понтонов для создания одинаковой осадки приведена в таблице 1.5

Таблица 1.5 Балластировка понтонов для создания одинаковой осадки

Наименование	Правый понтон	Средний понтон	Левый понтон
Понтоны –правый и левый с грузоподъемным устройством
Жидкий балласт в носовых цистернах, т	0	348.0	0
Жидкий балласт в кормовых цистернах, т	202.5	280.0	292.0
Жидкий балласт в средних цистернах, т	0	0	0
Осадка в носу, м	1.19	1.19	1.19
Осадка в корме, м	1.19	1.19	1.19