Part_1-3

23

Pey = qey D2С/ 3νв3 .

в

Якщо у судна-прототипу інший тип головного двигуна, то значення вимірника маси qеу можна обчислити за такими наближеними формулами:

– для паротурбінної установки qey = 1200 ±50 ;

– для високообертового дизеля qey = 600 ±60 .

Nв1/ 2

У цих формулах потужність Nв визначається за адміралтейською формулою для швидкості руху судна на випробуваннях.

Маса розділу запас водотоннажності Рзв = азвD завжди обчислюється в функції від D, а вимірник aзв приймається азв = 0,01 – 0,02.

Слід відмітити, що для визначення мас розділів навантаження можливі інші підходи, які відповідають нормативному розподілу водотоннажності за 18 розділами [1,2].

2.3 Рівняння мас

Рівняння мас являє собою аналітичний вираз рівності водотоннажності судна сумі усіх мас, які входять до його навантаження

D = ΣPi + P, т. (2.1)

де Рі – змінні маси, які залежать від характеристик проектованого судна; Р – постійні маси (задані), які не залежать від характеристик судна.

В теорії проектування суден розглядають дві форми рівняння мас – алгебраїчну і диференціальну.

22

Час ходу судна: Tx = Rs , годин.

νe

В цих формулах ve і Ce – відповідно швидкість ходи експлуатаційна і адміралтейський коефіцієнт, який визначається за прототипом:

Якщо питомі витрати палива qп визначаються за паспортними даними вибраного за каталогом двигуна, то масу палива розраховують з урахуванням додаткових витрат палива на непогоду kмз = 1,1 – 1,2 і на роботу допоміжних двигунів kдоп= 1,15 – 1,3. У цьому випадку маса палива визначається за формулою:

Якщо вимірник маси палива qп визначається за судном-прототипом, коли до маси Pп включаються маси палива на випадок непогоди і на роботу допоміжних двигунів, то

Pп = qп D2С/ 3νе2 RS .

e

Маса розділу енергетична установка:

Реу = qеуNв .

У цій формулі потужність двигуна на випробуваннях слід виразити адміралтейською формулою, тоді

21

Маса розділу корпус: Pк = aкD, т, або Pк = qк LBHδп , т ,

де δп – коефіцієнт повноти об’єму корпусу по верхню палубу (ВП):

Значення відношення Т/Н, доки ще воно не визначене для проекту, можна прийняти за судном-прототипом.

Коефіцієнт розширення корпусу від вантажної ватерлінії ВВЛ до ВП слід розраховувати за формулою:

де µв – питома навантажувальна кубатура вантажу, яка приймається від-

повідно завданню на проектування, а η0 = PDв з уточненням по швидкості v ,

дальності плавання RS і по масштабному ефекту (див.п.1.3). Коефіцієнт загаль-

ної повноти δ у даному випадку можна прийняти за прототипом.

У зв’язку з тим, що на початковій стадії проектування значення L, B, H

ще не відомі, LBHδп виражається через пошукувану водотоннажність D і відносну висоту борту Н/Т, яку допустимо прийняти за прототипом наступним чином

δпLBH = 0,966D HT δδп , і маса корпусу в цьому випадку буде визначатися за ви-

разом

Pк = qк 0,966D HT δδп .

Маса розділу обладнання: Роб = qоб D2/3, т або Роб = qоб (LBH)2/3.

Як і в попередньому випадку (LBH)2/3 можна виразити через пошукувану величину D. Тоді

20

Надалі будемо визначати маси складових навантаження мас для розділу корпус і інших розділів за формулами першої групи, використовуючи вимірники мас.

Як відзначалося вище, вимірник маси – це коефіцієнт пропорційності маси будь-якого розділу навантаження по обраному модулю. Як модуль в залежності від етапу наближення і обраної методики розрахунків може бути викорис-

тано водотоннажність D, або D2/3, об’єм корпусу до верхньої палуби LBHδп, кубічний модуль LBH, або (LBH)2/3, потужність головного двигуна Nе, та добуток потужності Nе на час ходи у рейсі Tx та інші.

Вимірники мас у залежності від обраної методики розрахунку водотоннажності можуть бути визначені за такими залежностями.

На подальших етапах, коли є можливість вибрати головний двигун, qп приймається за його паспортними даними. Серед наведених залежностей для вимірників більш точними є вимірники, які отримуються у функції від кубічного модуля LBH.

Використання вимірників мас, визначених за даними судна-прототипу, дозволяє виразити маси розділів навантаження мас у функції водотоннажності або головних розмірів.

19

Вимірники мас приймають за статистичними даними або визначають за навантаженням мас судна-прототипу. Для цього прагнуть підібрати найбільш підходяще судно-прототип за призначенням, тобто найбільш близьке до проекту судна за розмірами, архітектурно-конструктивним типом, складом енергетичної установки. Можна вважати, що підходящим прототип буде тоді, коли розбіжності між ним і завданням на проектування не перевищуватимуть за швидкістю руху ± 7 %, за вантажопідйомністю і дальністю плавання ±30 % при однотипних головних двигунах.

Іноді використовують навантаження мас не одного а декількох суденпрототипів.

2.2 Розрахунок навантаження мас судна на початкових стадіях проектування

Визначення мас за допомогою наближених залежностей призводить до порівняно неточних результатів розрахунків. Але з цим на початкових етапах розробки проекту вимушені миритися, тим більше, що при переході від етапу до етапу точність розрахунків послідовно підвищується і допущені раніше неточності і помилки автоматично усуваються.

Найбільш значним компонентом навантаження є маса корпусу, тим більше, що ця укрупнена стаття навантаження об’єднує велику кількість складових, масу яких можна визначити за допомогою різноманітних залежностей. Ці залежності можна об’єднати у чотири групи.

1.Емпіричні формули найбільш простого типу, отримані шляхом обробки навантажень побудованих і спроектованих суден.

2.Емпіричні формули, отримані шляхом статистичної обробки навантажень суден із систематично змінюваними елементами.

3.Формули, отримані на основі наближеного урахування міцності корпусу судна.

4.Формули, в основу яких покладений принцип детального розподілу маси корпусу на велику кількість складових частин.

18

Таким чином, використання коригованого значення коефіцієнта утилізації водотоннажності η0 дає можливість отримати уточнене значення очікуваної водотоннажності:

D0 = Pв/η0 .

Контрольні запитання

1.Що називається навантаженням судна?

2.Що називається статичним моментом маси?

3.У чому полягає різниця між нормативним і проектним підходами до розподілу навантаження на розділи?

4.Які маси входять до розділу "Озброєння" і "Забезпечення суднове"?

5.З яких розділів навантаження складається Dпор?

6.Які розділи навантаження входять до DW?

7.Що зветься масштабним ефектом?

8.Якими коефіцієнтами можна визначити технічну досконалість судна?

2.ЗВ’ЯЗОК НАВАНТАЖЕННЯ МАС СУДНА З ЙОГО ЕЛЕМЕНТАМИ

2.1Роль судна-прототипу в процесі розробки проекту і його вибір

Маси суднових конструкцій, механізмів, обладнання і інших компонентів навантаження визначають за конструктивними кресленнями, теоретичним кресленням, кресленням загального розташування судна, а також за технічними умовами на поставку механізмів і обладнання.

Але на початкових стадіях проектування, коли ще не існують необхідні креслення, цей підхід є непридатним. Він замінюється наближеними розрахунками укрупнених складових навантаження мас з використанням кореляційних залежностей між масами і елементами судна. Комбінації елементів судна в подібних залежностях носять назву модулів, а коефіцієнти пропорційності – вимірників.

17

Цими коефіцієнтами користуються для визначення початкового (очікуваного) значення водотоннажності D0 судна, якщо відома його вантажопідйомність або дедвейт.

D0 = Pв/ηв ; D0 = DW/ηDW .

Коефіцієнти утилізації ηв і ηDW визначаються за даними судна-прототипу, або за статичними даними.

Початкове значення водотоннажності, отримане за допомогою ηв і ηDW , треба розглядати як орієнтовне.

Величина коефіцієнта утилізації по чистій вантажопідйомності залежить від швидкості ходу і дальності плавання, тому його значення бажано не переносити зразу з прототипу на проект, а слід спочатку скоригувати за допомогою наступного виразу:

де vв і vе – швидкість ходу на випробуваннях і експлуатаційна швидкість відповідно (риска над літерою, що позначає величини у виразі, означає відношення їх до судна-прототипу); RS – дальність плавання (довжина кругового

рейсу); ηв = PDв – коефіцієнт утилізації водотоннажності по вантажопідйомнос-

ті; aеу = PDеу – вимірник маси енергетичної установки; aп = РDп – вимірник маси

палива (див.п.2.2).

У наведених вище формулах для вимірників Рв, Реу, Рп – маси вантажу, енергетичної установки і палива прототипу відповідно.

Для урахування масштабного ефекту судна треба скористуватися форму-

лою:

η0 = ηвкор Рв 0,25 .

Рв

16

Різниця між D та Dпор носить назву повної вантажопідйомності або дедвейту DW. До нього входять: маса вантажу Рв (вантажопідйомність), маса палива, води, мастила Рп, маса забезпечення Рз і маса рідкого баласту Рб:

DW = D – Dпор= Рв+Рп+Рз+Рб.

В залежності від величини судна, яка може бути охарактеризована його вантажопідйомністю або дедвейтом, змінюються основні компоненти навантаження мас (рис.1.1), зменшується відносна маса корпусу і водотоннажність порожнем. Також змінюється відносна потужність головних двигунів. Це явище називається масштабним ефектом.

40

4

20

3

Рис.1.1. Зміна основних компонентів навантаження суден (% від D) в залежності від дедвейту. 1 – DW, 2 – Рв, 3 – Dпор, 4 – Рк

1.3 Коефіцієнти використання водотоннажності

Коефіцієнти використання (утилізації) водотоннажності під вантаж або дедвейт дозволяють робити висновок про рівень економічної ефективності судна як транспортного засобу. Чим вищі значення цих коефіцієнтів має судно, тим воно більш економічно вигідне.

Коефіцієнт утилізації водотоннажності по чистій вантажопідйомності

ηв = Рв/D.

Коефіцієнт утилізації водотоннажності по дедвейту

ηDW = DW/D.

15 18 – рідкий баласт, який приймається на судно для регулювання його по-

садки та остійності; Наведений розподіл навантаження мас називається нормативним. У

зв’язку з надмірною деталізацією навантаження, яка в попередніх проектних розрахунках головних елементів судна не приводить до уточнення результатів, а тільки ускладнює процес проектування, використовується інша – проектний укрупнений розподіл мас за розділами.

При такому підході до навантаження воно поділяється на 8 розділів:

1– корпус – корпус металевий, фундаменти і підкріплення, а також постійний баласт, якщо він є;

2– обладнання – залишки розділу корпус, суднові пристрої, системи, озброєння, електроенергосистема, запасні частини і змінні рідкі вантажі;

3– енергетична установка – головні і допоміжні двигуни, валопровід, його підшипники, дейдвудна труба, гребний гвинт;

4– паливо, вода, мастило;

5– забезпечення –майно суднове, екіпаж, провізія, питна і технічна вода;

6– вантаж, який перевозиться;

7– баласт рідкий;

8–запас водотоннажності.

1.2 Види водотоннажності. Дедвейт

Під час проектних розрахунків використовують водотоннажність повну і порожнем. Повну водотоннажність називають “водотоннажністю з повним вантажем і повними запасами”. Позначають її літерою D. Водотоннажність порожнем Dпор включає в себе масу корпусу Pк, енергетичної установки Реу, постійний баласт Рб, якщо він є, запас водотоннажності Рзв, і масу обладнання Роб:

Dпор = Рк + Реу + Рзв + Роб + Рб .

В розрахунках посадки і морехідних якостей проекту судна розглядаються проміжні між D та Dпор стани навантаження в залежності від вимог Регістру судноплавства України [11]

14

дають повну водотоннажність. Кожній одиниці поділу надається шифр для зруч ності машинної обробки.

Групування мас і їх найменування регламентуються нормативними документами РДВ 5.0206-76, згідно з якими навантаження суден складається з наступних розділів.

01 – корпус, який включає металеві конструкції, фундаменти і підкріплення, неметалеві частини корпусу, покриття, пофарбування, зашивку, ізоляцію, повітря у корпусі, обладнання приміщень;

02 – суднові пристрої; 03 – системи, до яких відносяться трубопроводи і механізми систем;

04 – установка енергетична – головний та допоміжні двигуни; 05 – електроенергетична система, внутрішній зв’язок та обладнання;

07 – озброєння, – включає навігаційне обладнання, засоби радіозв’язку, гідро- і радіолокації, компаси, лаги, а також гелікоптери, якщо вони є на судні;

09– запасні частини до обладнання, систем, енергетичної установки, озб-

роєння;

10– баласт твердий, якщо він постійно знаходиться на судні, або рідкий

баласт;

11– запас водотоннажності і остійності - фіктивна маса, яка вводиться у навантаження для компенсації прорахунків, помилок або на випадок вимушених відхилень від проекту під час побудови судна;

12– постійні рідкі вантажі в корпусі, механізмах, устаткуванні, системах, енергетичній установці, електроенергосистемі, озброєнні;

13–забезпечення, майно суднове;

14– екіпаж, провізія, питна та технічна вода;

15– вантаж, який перевозиться;

16– запаси палива, мастила і води (котельної);

17– змінні рідкі вантажі – вода в плавальних басейнах, в цистернах заспокоювання хитавиці, у фекальних цистернах;