книги из ГПНТБ / Буксирные суда (проектирование и конструкция)

ГЛАВА II

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЛАВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

§ 6. Архитектура буксирного судна

Архитектура буксирного судна разрабатывается с учетом ос­ новных требований, вытекающих из функционального его назна­ чения, удобного размещения поста управления судном, буксирного, сцепного и швартовного устройств и, конечно, с учетом создания благоприятных условий для труда и отдыха экипажа. При этом должно быть достигнуто выразительное композиционное и эсте­ тическое решение внешнего вида и интерьеров.

Указанные требования отражены в Правилах Регистра СССР

и Речного Регистра РСФСР, в правилах по технике безопасности

исанитарных правилах. На удовлетворение этих требований на­ правлены усилия конструкторов и судовых архитекторов, создаю­ щих проект нового буксирного судна.

формируются с учетом технической эстетики, технологичности кон­ струкций и их назначения. Они выбираются одновременно с ком­ поновкой общего расположения в результате прорисовки различ­ ных вариантов и выполнения творческих композиционных макетов судна.

В основу внешнего вида кладется линия палубы и фальшборта. Линии прочих палуб — горизонтальные или повторяющие кривизну линии главной палубы — также должны быть достаточно четко выражены, чтобы подчеркнуть основное назначение буксирного судна.

Для морских буксиров, имеющих седловатость палубы, целе­ сообразно смещать в корму от миделя минимальное значение вы­ соты надводного борта. Это придает бортовой линии определенное изящество и повышает мореходные качества. Не меньшее внима­ ние уделяется выбору высоты, протяженности и формы надстроек. Для морских буксиров, имеющих невысокие надстройки и удли­ ненный бак, композиционные решения находятся без особых за­ труднений (см. рис. 5, 6 и 7). То же можно сказать о портовых и речных буксирах и толкачах-буксирах, у которых сравнительно низко расположена ходовая рубка (см. рис. 1, 3, 12 и 13). Здесь достаточно полно удается удовлетворить требованиям судовой эстетики: выявить черты, присущие судну — движущемуся пред­ мету.

Другое дело с толкачами значительной мощности, у которых

62

стройки. Попытки применить различные декоративные приемы не эффективны. Если в прошлом при значительной команде удавалось улучшить внешний вид таких судов за счет удлинения второго, а иногда и третьего яруса надстройки, то теперь при комплекс­ ной автоматизации энергетических установок и работе экипажей

ссовмещением профессий, число людей существенно уменьшилось

ипотребность в помещениях сократилась.

Большую помощь в проектировании экстерьера и общего рас­ положения буксирного судна оказывает макетирование. Примене­ ние макетирования ускоряет процесс проектирования на всех его фазах. Творческий композиционный макет (или ряд макетов — последовательных приближений) дает возможность в короткое время и без существенных затрат получить требующиеся перспек­ тивы судна с любых точек, найти наилучшее решение экстерьера. Сложный вопрос согласования надстройки с корпусом, выбор вы­

экстерьер буксирного судна, как бы хорошо он ни был разработан. На толкачах и толкачах-буксирах с двумя и тремя двигателями устанавливают по две и три дымовые трубы, что позволяет, не ухудшая, а даже улучшая экстерьер, обеспечить возможность

выема двигателей без перемещения их по ширине судна.

Общее расположение помещений буксирных судов имеет как общие, так и частные решения, характерные для того или иного типа судна. Поэтому регламентировать какое-то единое общее расположение помещений в качестве типового для всех буксир­ ных судов невозможно.

Выбор того или иного варианта общей компоновки буксирного судна во многом определяется местоположением машинного от­ деления и его размерами. Машинное отделение занимает от 21 до 53% расчетной длины винтовых буксирных судов. У портовых

(МО) рейдовых речных буксиров и толкачей-буксиров занимает

Анализ расположения оборудования в машинных отделениях построенных судов показывает, что механическое и другое обору­ дование размещаются при указанных выше значениях длины МО с обеспечением необходимых проходов и площадей для обслужи­ вания и ремонтных работ.

Каюты для экипажа размещают, как правило, в носовой части, где меньше шум от двигателей и от гребных винтов. В последнее время в связи с уменьшением экипажей принимаются меры к раз­ мещению всех кают на палубе. Однако это решение не всегда можно использовать для буксиров, имеющих менее развитые над­ стройки.

63

Между жилым отсеком и машинным отделением, как пра­ вило, размещают топливные цистерны и коффердам. Это способ­ ствует снижению шумности в каютах и обеспечивает благоприят­ ную удифферентовку судна по мере расходования топлива.

За машинным отделением, если оно имеет ограниченную длину, располагают различные кладовые (провизионные, ЗИП и др.). На некоторых морских и океанских буксирах-спасателях устраи­ вается грузовой трюм, а на дунайских толкачах-буксирах предус­ матривают вторую топливную цистерну, коффердам, каюты эки­ пажа и запасные. Ахтерпик обычно используют для размещения рулевых машин.

В надстройке располагаются жилые, общественные, служебные, хозяйственные, санитарно-бытовые помещения с сушилками, пи­ щеблок с кладовыми сухой и мокрой провизии и кладовые разных назначений. Несмотря на ограниченность габаритов надстроек не­ обходимо выдержать поблочное размещение помещений, обеспе­ чить удобные, по возможности закрытые проходы членов экипажа к своим рабочим местам, в том числе и в ходовую рубку. Должны быть учтены помещения для установки вентиляторов, противопо­ жарных средств, выгородки для распределительных щитов, кана­ лов вентиляции и воздушного отопления, прохода электротрасс.

До начала компоновки общего расположения рекомендуется составить список всех помещений, необходимых на буксирном судне, с указанием площадей, требующихся по нормам Регистра, санитарным нормам и по опыту эксплуатации буксирных судов.

Командный состав на буксирах и особенно на толкачах-букси­ рах и толкачах размещается на верхней палубе или во втором ярусе надстройки. Наблюдавшееся в прошлом размещение поме­ щений палубной и машинной команд по разным бортам теперь не применяется в связи с автоматизацией управления буксирными судами и совмещением профессий. На крупных буксирных судах блок-каюта капитана и механика должна состоять из кабинета, спальни и санузла. При размещении других кают по углам ярусов

и внешнего вида судна. Бортовые окна необходимы для того, чтобы каждый член экипажа видел обстановку за бортом.

Камбуз, столовая и кают-компания (там, где она предусмат­ ривается) размещаются на одной палубе. Из-за ограниченности места продовольственные кладовые основного запаса целесообраз­ но располагать в корпусе. Камбуз должен иметь хорошее естест­ венное освещение.

Ходовая рубка— главный пост управления судном. Ее роль возросла с введением автоматизации управления энергетической установки и судна в целом. В отличие от транспортных судов хо­ довые рубки буксирных судов имеют значительно меньшие раз­ меры и относительно более насыщены.

Из рубки должен быть обеспечен круговой обзор, не перекры­ тый никакими предметами, за исключением простенков между

64

окнами. На многих морских буксирах обзору препятствует штур­ манская рубка. Рекомендуется объединять обе рубки в одну или

Для нормальной видимости в ночное время носовая и кормо­ вая стенки рубки должны иметь наклон наружу; на буксирахкантовщиках, чтобы обеспечить видимость вверх, делают дополни­ тельные окна, заваленные внутрь (см. рис. 3).

Радиорубка или аппаратная располагаются ярусом ниже хо­ довой рубки. Как правило, на одной палубе с ними находятся агрегатная, аккумуляторная и каюта радиста. На малых букси­ рах и толкачах радиоаппаратура для диспетчерской связи распо­ лагается в ходовой рубке.

При проектировании буксирных судов всех типов особое вни­ мание уделяется созданию нормальной обитаемости личного со­ става, для чего предусматривается комплекс мероприятий по снижению вибрации, структурного и воздушного шума. Жилые помещения размещаются как можно дальше от машинного отде­ ления, принимаются меры к исключению передачи структурного шума в результате устройства противошумовых коффердамов, плавающих полов и зашивки бортов, установки вспомогательных и главных двигателей на балочные фундаменты и амортизаторы, крепления подвесок дымоходов с помощью мягких прокладок и др.

При разработке чертежей общего расположения буксиров и толкачей предусматриваются площади и объёмы, а также обору­ дование жилых, санитарно-бытовых помещений и пищеблока, со­ ответствующие требованиям санитарной инспекции. Ширина про­ ходов на палубах и в помещениях, величина площадей обслужива­ ния у палубных и других механизмов должны отвечать нормам Регистра и требованиям правил по охране труда.

§ 7. Выбор мощности и движительно-рулевого комплекса

Для буксировки состава с требующейся скоростью в заданных условиях плавания, буксирное судно должно иметь мощность, до­ статочную для преодоления сопротивления окружающей среды движению самого буксира, ведомых им судов и буксирных ка­ натов.

При расчете потребной мощности буксира или толкача необ­ ходимо знать: основные элементы типовых судов и составов, для вождения которых проектируется судно; ориентировочную, назван­ ную заказчиком скорость буксировки типовых судов и составов (она уточняется на базе технико-экономического изыскания наи­ выгоднейшей скорости с учетом получения экономически целесо­ образной мощности) и данные о районе плавания.

Линейные, а также портовые и рейдовые буксиры при нор­ мальной буксировке на канате работают большую часть пути

65

в установившихся режимах, для которых действительны обычные методы определения сопротивления буксируемых судов и тяговых характеристик проектируемого судна применительно к заданным скоростям буксировки. Поэтому оценку сопротивления буксируе­ мых и буксирующих судов и определение мощности буксирного судна рекомендуется производить по установившимся методам.

Сопротивление трения вы- r0„/j) числяется по формуле Прандт- ля—Шлихтинга, как это при­ нято в практике проектных организаций и опытовых бас­ сейнов.

Ориентировочную оценку величины сопротивления корпуса бук­ сира можно произвести по графику Н. К- Кена (рис. 19), построен­ ному на основании испытаний моделей и натурных судов, у кото­ рых L/B = 4,2-1-6,0 и 6= 0,524-0,58. График показывает зависимость значений удельного сопротивления трения RTp и удельного оста­ точного сопротивления R0cт на 1 т водоизмещения от относитель­

ной скорости F = v l \ rL (V в узлах). Для получения полного сопро­ тивления с графика снимаются ординаты удельных сопротивлений, суммируются и умножаются на величину водоизмещения. К полу­ ченной сумме добавляют 6% на выступающие части.

Испытания моделей буксирных судов обобщены в работе [37], где предложена интерполяционная кривая зависимости удельного остаточного сопротивления от числа Фруда (рис. 20). Основные соотношения и элементы корпуса испытанных моделей буксирных

66

судов охватывают весь диапазон встречающихся ѵ буксиров ве­ личин: L/B = 3,14-4,9; В/Т = 2,28-^3,2; 6= 0,444-0,60 й Ф = 0,56-40,68.

В работе [35] отмечается, что удельное остаточное сопротивле­ ние корпуса буксирных судов без выступающих частей при числах Фруда от 0,1 до 0,4 мало зависит от изменения соотношений глав­ ных размерений, элементов теоретического чертежа и в известных пределах формы обводов. При небольших значениях L/B форма обводов незначительно влияет на характер волнообразования. А. Н. Гурович и А. А. Родионов предложили для расчета сопро­ тивления судов, у которых L/B<C4,5, следующую зависимость:

lg = 6,67 F r— 1,37. (1)

Определение сопротивления морских лихтеров и барж рекомен­ дуется производить по данным работы [14].

В озерных и речных условиях обычно водят составы из несколь­ ких барж или секций, сформированных в кильватер, два, три и четыре пыжа. Расчет сопротивления таких составов рекомендуется производить по методам, приведенным в работах [7, 19, 28 и 36].

Величина сопротивления буксирного каната RK при движении его в воде бывает значительной. Расчет ее может быть произве­ ден по формуле

где АС — коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления каната вследствие наклона его к горизонту под некоторым углом а.

Коэффициент АС принимается по следующим эксперименталь­ ным данным:

ного каната k= 1,25; для пенькового £=1,5-42,0); с — коэффициент сопротивления цилиндра, расположенного нормально к потоку при числе Рейнольдса от ІО4 до 2 -ІО5, может быть принят равным

Вероятные значения снижения скорости буксирных караванов на волнении и вследствие рыскливости могут быть ориентировочно оценены по данным работ [14 и 23].

Буксиры-кантовщики в основном работают на неустановив­ шихся режимах. Для определения тяги кантовщика, необходимо

67

рассмотреть типовые маневры, из которых складываются основ­ ные виды кантовочных операций, и выбрать из их числа в каче­ стве расчетного тот маневр, на выполнение которого требуется наибольшая тяга.

Такими маневрами (рис. 21) являются: продольное перемеще­ ние судна; продольное перемещение судна с одерживанием; пе­ ремещение судна лагом; вращение судна вокруг его центра тя­ жести; вращение судна вокруг его неподвижной оконечности.

Рис. 21. Схема типовых маневров судна под действием сил тяги

Характер кантовочных операций и стесненные условия пор­ товых акваторий обусловливают, как показала практика, участие в кантовочной операции нескольких буксиров, однако число их должно быть по возможности минимальным, так как это упро­ щает проведение операций, повышает ее безопасность и снижает стоимость. Наиболее быстрый и безопасный способ перестановки судна от одного причала к другому в стесненных условиях пор­ товой акватории — буксировка двумя судами. При выполнении кантовочных операций с крупнотоннажными судами в сложных гидрометеорологических условиях двух буксиров заданной мощ­ ности в данном порту может оказаться недостаточно. В таких случаях применяют большее число буксиров, но мощность их используется неполностью вследствие неравнозначности выполняе­

68

мой работы. Это снижает экономические показатели работы бук­ сиров.

Скорость выполнения любого из перечисленных выше манев­ ров оказывает существенное влияние на величину необходимой тяги буксиров. С одной стороны, в целях повышения экономиче­ ской эффективности эксплуатации буксиров, желательно повы­

к авариям. Кроме того, высокая скорость при буксировке лагом либо при вращении судна вызывает резкое повышение необходимой тяги, а следовательно, потребуется большая мощность машинной установки буксиров, увеличатся их габариты и стоимость. Прак­ тика кантовки и перестановки судов показывает, что скорость продольного перемещения судна не должна превышать 5 уз. Ско­ рость перемещения судна лагом, а также линейная скорость око­ нечности судна при вращательном движении, должны быть не более 0,5 уз.

Величина необходимой тяги в значительной степени зависит от скорости течения и силы ветра. В ряде портов, особенно нахо­ дящихся на реках и в устьях рек, есть постоянное течение. В пор­ тах, не имеющих постоянного течения, возможны временные тече­ ния, вызванные действием ветра. Вызванная скорость ветрового течения подсчитывается по формуле (для средних широт)

где ѵБ — скорость ветра, м/с; ф—-географическая широта места. Для южных портов Советского Союза вызванная скорость те­ чения при ветре 6 баллов, определенная по приведенной формуле,

равна 0,3 уз.

На основании данных различных портов страны средняя ско­ рость течения воды принимается 0,6 м/с. Предельная сила ветра, при которой, как показала практика, возможно нормальное проведение кантовочной операции, равна шести баллам. Выполняя маневры система судно—буксир меняет и скорость, и направление движения. Движение системы в этом случае — неустановившееся, и необходимая тяга буксира изменяется от своего наименьшего значения до наибольшего. При определении необходимой тяги про­ ектируемого буксира достаточно рассматривать установившееся равномерное движение судна под действием силы тяги, развивае­ мой буксиром. Это дает возможность значительно упростить рас­ четы необходимой тяги по сравнению с методом интегрирования дифференциального уравнения неустановившегося движения судна, а также использовать обоснованные данные, подтвержден­ ные большим количеством реальных кантовочных операций.

Пользуясь уравнениями равномерного установившегося движе­ ния судна, можно определить величину необходимой тяги для выполнения типовых маневров при значениях скорости перемеще­ ния судна, скорости течения воды и силы ветра, указанных выше.

69

Продольное перемещение судна. При выполнении этого маневра считают, что перемещение судна производится по прямолинейному курсу со скоростью 5 уз и что оно осуществляется за счет тяги только одного ведущего буксира. На рис. 22, а приведена схема действующих сил при таком маневре.

Направления течения и ветра по отношению к ДП судна выб­ раны таким образом, чтобы влияние их максимально увеличивало значение необходимой тяги. Угол между направлением ветра и ДП судна должен быть равен 30°, так как при этом получается наибольшее значение силы лобового сопротивления. Для данного и всех рассматриваемых ниже маневров с достаточной точностью положено, что ЦТ судна находится на миделе.

При равномерном прямолинейном движении судна должно

Продольное перемещение судна с одерживанием. Выполняя этот маневр, буксиры должны обеспечить движение судна также по заданному прямолинейному курсу со скоростью 5 уз и, кроме того, предотвратить снос судна ветром и течением. На рис. 22, б приведена схема действующих сил при продольном перемещении судна с одерживанием.

В случае равномерного прямолинейного движения судна долж­ ны быть удовлетворены три уравнения равновесия:

Zxcoso^—Z2 cosa2— Rx = 0,

RB+ Rre4— Zxsin a !—Z2 sin a2 = 0,

Zxsin ax ■0,5L —Z2 sin a2 • 0,5L = 0.

Тяга кормового буксира препятствует сносу судна от воздейст­ вия ветра и течения, а также создает дополнительную силу сопро­ тивления продольному перемещению судна. Тяга кормового бук­ сира используется рационально, если сохраняются неравенства:

Z2 sin a 2 >- Z2 cos a 2,

Z2 cos a 2 < Zxcos «i-

70