книги из ГПНТБ / Краев В.И. Экономические обоснования при проектировании морских грузовых судов

Рассмотрим обоснования конструктивного типа на примере гру­ зового лайнера.

При перевозке генеральных грузов в линейном судоходстве уве­ личение числа грузовых отсеков облегчает размещение разнород­ ных грузов, не допускающих совместной перевозки, и грузов, до­ ставляемых в различные порты выгрузки. Малое число грузовых отсеков вызывает дополнительные затраты труда и простои судна из-за необходимости неоднократной переукладки груза в течение рейса, а в отдельных случаях недоиспользование грузоподъемности и грузовместимости лайнера. Но с увеличением числа грузовых от­ секов уменьшается длина каждого из них и соответственно услож­ няется размещение габаритных и длинномерных грузов (металло­ конструкции, оборудование), возрастают потери кубатуры из-за их некратности размерам трюмов, уменьшаются размеры грузовых люков. Поэтому в ряде случаев предусматривается два люка на длинномерный трюм, либо длинномерные трюмы с большими лю­ ками, либо общий твиндек на два смежных трюма.

Выбор того или иного решения определяется конкретными усло­ виями эксплуатации. На основе многолетней мировой практики судостроения и судоходства определилось следующее количество трюмов в зависимости от размера судна:

Длина грузовых трюмов составляет . . . . 15—25 м

Из условия обеспечения безопасности мореплавания число трю­ мов, как правило, составляет не менее трех. Лишь в последние годы стали строиться суда морского района плавания и суда с горизон­ тальной системой погрузки, имеющие один-два длинномерных трюма.

Высота грузовых помещений выбирается таким образом, чтобы обеспечить возможность укладки всего груза с помощью электро- и автопогрузчиков. В связи с этим высота твиндека должна со­ ставлять не менее 3—3,2 м, а максимальная высота трюма — не более 5—6 м.

Концевые трюмы, расположенные в наиболее неудобной для укладки груза части судна и имеющие лекальные поверхности, обычно делаются несколько меньших размеров, чем остальные. Небольшие размеры концевых трюмов облегчают оптимальную удифферентовку груженого судна и в балластном переходе. В то же время на многих судах в средней части корпуса предусматривается длинномерный трюм, рассчитанный на перевозку таких грузов как металлоконструкции, трубы и т. п. Все это приводит к тому, что размеры трюмов на грузовых лайнерах, как правило, неодинаковы, из-за чего увеличивается стоянка судов под обработкой. Приспособ­ ленность судна к грузовым работам в части размеров грузовых по-

198

мещений характеризуется показателем «коэффициент конструктив­ ной равномерности грузовых помещений»

где \Ѵ — средняя грузовместимость, приходящаяся на один отсек (обрабатываемая через один люк);

Wne — грузовместимость наибольшего отсека; Wc — грузовместимость судна;

п — число грузовых отсеков.

Коэффициент kp практически всегда меньше единицы и количе­ ство обрабатываемых трюмов в процессе грузовых операций неод­ нократно меняется. Вначале заканчивается загрузка — разгрузка малых трюмов, затем трюмов среднего размера, а к концу обра­ ботки все судно простаивает в ожидании окончания грузовых работ на лимитирующем наибольшем трюме1. Среднее количество одно­ временно обрабатываемых трюмов судна за весь период равно

Показатель «среднее число одновременно обрабатываемых лю­ ков» позволяет рассчитывать интенсивность загрузки — разгрузки судна с учетом влияния коэффициента конструктивной равномер­ ности грузовых помещений.

Выбор числа люков, так же как и числа трюмов,— сложная ком­ промиссная задача. Увеличение числа люков позволяет увеличить количество независимо работающих механизированных линий при загрузке—разгрузке судна. Однако, при заданной длине судна уве­ личение числа люков означает уменьшение размеров каждого из них. Короткие люки неудобны при перегрузке длинномерных и га­ баритных грузов, контейнеров, при использовании грейферов боль­ шой емкости и т. д. Увеличение числа люков при прочих равных условиях вызывает увеличение веса корпуса и общей стоимости лю­ ковых закрытий. Поэтому конкретное число и размеры грузовых лю­ ков должны выбираться исходя из перспективных условий эксплуа­ тации и структуры грузопотока. Наиболее общепринятое в мировой практике число люков для судов различного размера примерно сов­ падает с приведенными выше аналогичными данными для количе­ ства грузовых отсеков.

Рост грузоподъемности, скорости, стоимости постройки и эксплуа­ тации судов повышает значение мероприятий, направленных на ускорение их обработки, в том числе оснащения портов современ­ ной перегрузочной техникой, установки на судах собственных гру­ зовых средств, изменения технологии перевозок. В связи с этим в советских портах в последние годы широко применяется работа узким фронтом и скоростная обработка судов. Такие методы пре­ дусматривают концентрацию на каждом обрабатываемом судне

1 При условии загрузки судна однородным грузом и обработки каждого отсека одной механизированной линией.

199

количества перегрузочных механизмов (кранов), превышающих число люков. При этом достигается повышение в целом по судну интенсивности грузовых работ, в первую очередь, благодаря со­ кращению сроков загрузки — разгрузки лимитирующих трюмов и таким образом уменьшается влияние конструктивной неравномер­ ности грузовых помещений.

Использование производительности каждой из нескольких ли­ ний, работающих на один люк, как правило, будет неполным и за­ висит от длины люка. Это влияние обусловлено увеличением цикла каждого крана при совместной работе, а также тем, что при малых размерах люковых просветов ограничивается численность трюмных звеньев, обслуживающих каждую линию. На основе практического опыта установлены приближенные зависимости между длиной люка и суммарной производительностью двух совместно работающих кра­ нов (табл. 14.1).

Т а б л и ц а 14.1

Суммарная производительность двух механизированных линий при работе на один люк в зависимости от длины люка (в процентах от производительности основного крана)

Таким образом, при загрузке — разгрузке судна среднее коли­ чество одновременно работающих .механизированных линий зави­ сит от числа люков, их длины и коэффициента равномерности рас­ пределения грузовместимости судна по отдельным отсекам.

Интенсивность обработки судна зависит не только от числа ме­ ханизированных линий, но и от производительности работы каж­ дой из них. При прочих равных условиях (тип перегрузочных ма­ шин, род груза и технология грузовых работ) производительность механизированной линии определяется степенью раскрытия трю­ мов. Совершенство судна с этих позиций характеризуется «коэффи­ циентом лючности»

л\ѵс

где 2й7пр— суммарная кубатура грузовых помещений в просветах люков.

200

Коэффициент лючности показывает, какая доля от общего коли­ чества груза может быть выгружена из судна или погружена в судно без горизонтального перемещения внутри трюмов. В ряде случаев наряду с коэффициентом лючности используется пока­ затель «коэффициент раскрытия верхней палубы»

где 2 5 л — суммарная площадь грузовых люков;

S B,п — площадь верхней палубы в районе грузовых трюмов. Этот показатель более приближенно характеризует ту часть

грузовместимости судна, обработка которой не требует горизон­ тального перемещения груза, так как соотношение площадей не учитывает влияния на кубатуру помещений лекальности обводов.

Коэффициенты лючности и раскрытия верхней палубы дают лишь качественное представление о сравнительной приспособлен­ ности судна к грузовым работам и не могут быть непосредственно использованы для расчета средней производительности на одну ме­ ханизированную линию. Интенсивность грузовых работ в подпалуб­ ных помещениях снижается по мере увеличения расстояния гори­ зонтального перемещения, т. е. по мере удаления места работы от просвета люка. На основе хронометражных наблюдений, проведен­ ных в Ленинградском, Ильичевском и Одесском портах, были уста­ новлены зависимости производительности механизированной линии от зоны грузовых помещений (табл. 14.2). Уже на расстоянии 2 м от просвета люка интенсивность грузовых работ снижается на 25%, а при расстоянии 5—6 м — на 50%. Указанные цифры относятся к случаю перевалки ящичных и Мешковых грузов и являются мини­ мальными. Значительно большее снижение интенсивности грузовых работ в подпалубных карманах трюмов наблюдается при погрузке— выгрузке тяжеловесных и габаритных грузов: контейнеров, обору­

201

годы в связи с ростом перевозок этих грузов на линейных судах важность максимального раскрытия грузовых помещений и повы­ шения коэффициента лючности особенно возрастает.

Максимальное раскрытие грузовых помещений обеспечивает значительное увеличение производительности одной механизирован­ ной линии, особенно при погрузке — выгрузке габаритных и тяже­ ловесных грузов.

На рис. 14.1 графически представлена производительность одной механизированной линии в зависимости от коэффициента лючности судна. Графики составлены по дан­

выполняется судовыми средствами. В связи с этим оснащенность судна собственными грузовыми средствами (тип, количество п гру­ зоподъемность) — важная характеристика его приспособленности к грузовым работам. На современных сухогрузных судах приме­ няются три основных типа грузовых средств: обычные стрелы для спаренной работы («на телефон»), механизированные стрелы, до­ пускающие изменение вылета с грузом, и краны. Последние являются наиболее эффективным типом грузовых средств. Их до­

меньшая занимаемая на верхней палубе площадь, возможность обрабатывать одним краном любой из двух смежных люков, го­ товность к работе, улучшение обзора с ходового мостика.

На большинстве современных быстроходных грузовых лайнеров

202

смещении машинного отделения и надстройки в корму достигаются следующие преимущества:

вследствие уменьшения длины гребного вала сокращаются по­ тери полезной грузоподъемности и грузовместимости, уменьшается строительная стоимость судна; отсутствие тоннеля гребного вала в трюмах улучшает их приспособленность к грузовым работам;

для грузовых помещений высвобождается наиболее удобная широкая и прямостенная средняя часть судна;

большая ширина судна в средней части корпуса и возможность устройства непрерывных комингсов позволяют увеличить степень раскрытия грузовых помещений путем оборудования парных или больших центральных люков.

В настоящее время большинство сухогрузных судов дедвейтом до 5—7 тыс. т строят с кормовым расположением машинного от­ деления.

При экономической оценке перечисленных вариантов конструк­ тивных решений необходимо учитывать изменения:

веса и стоимости корпуса судна вследствие изменения его ли­ нейных размеров, веса двойных бортов, комингсов люков, перебо­ рок, палуб и платформ, тоннеля гребного вала, надстройки и т. п.; веса и стоимости оборудования судна вследствие изменения пло­ щади люковых закрытий, толщины люковых крышек в зависимости

от ширины люков, числа мачт, колони, лебедок, кранов и т. п.; количества груза в отдельных грузовых помещениях и располо­

жения его относительно люков (на просвете или под палубой); технологии, трудоемкости, интенсивности и стоимости грузовых

работ вследствие изменения удобств размещения и укладки гру­ зов, дальности перемещения их в трюмах и твиндеках, состава перегрузочного оборудования и численности бригад на одну ме­ ханизированную линию, числа и производительности механизи­ рованных линий, возможности обработки судна на один или оба борта (рис. 14.1 и 14.2);

времени грузовых работ.

Наиболее важный и сложный вопрос — правильное определение интенсивности грузовых работ в сравниваемых вариантах. На основе изложенного выше анализа может быть рекомендована сле­ дующая методика решения этого вопроса.

где \Ѵі — суммарная кубатура грузовых помещений данной зоны (относительно люков) в целом по судну, м3;

203

показателей и интенсивности обработки основных типов универ­ сальных сухогрузных судов советского флота, значительно отли­ чающихся один от другого по уровню приспособленности к грузо­ вым работам.

Если грузовые работы выполняются только средствами судна, при расчете Мч учитывается не число люков, а количество комп­ лектов судовых грузовых средств (кранов, пар стрел) и их рас­ становка по люкам разной длины. Следует также принимать во

204

Т а б л и ц а 14.3

Расчет интенсивности обработки судов с различным уровнем приспособленности к грузовым работам

Выбор типа грузового устройства имеет свои особенности. На основе анализа опыта работы флота на типовых направлениях пе­ ревозок определяется необходимое количество комплектов грузо­ вых средств (пар стрел, кранов), их расстановка и грузоподъем­ ность с учетом структуры грузопотока, целесообразности обеспе­ чения обработки основных трюмов на два хода и т. д. Затем рассчитывают грузовместимость, приходящуюся на каждую тех­ нологическую линию, и устанавливают лимитирующую линию. При выполнении указанных расчетов для кранового варианта учиты­ вают то обстоятельство, что любой судовой кран после окончания обработки одного трюма может быть переключен на обработку смежного трюма большей вместимости в дополнение к основному крану (стреле), обслуживающему этот трюм. Поэтому при обра­ ботке судов с помощью кранов уменьшается влияние конструктив­ ной неравномерности на продолжительность грузовых работ.

Продолжительность времени грузовых работ определяется пу­ тем деления грузовместимости, приходящейся на лимитирующую линию (технологическую), на производительность этой линии. В табл. 14.4 приведены данные сравнительной эффективности раз­ личных вариантов грузового вооружения, рассчитанные примени­ тельно к типовым судам программы пополнения отечественного флота на 1971—1975 гг.

Приведенные нормативы и зависимости нельзя считать неизменными: они определяются технологией перевозок, эксплуа­ тационно-техническими характеристиками судов и береговых

205

Т а б л и ц а 14.4

Сравнительная эффективность различных вариантов грузового вооружения

перегрузочных машин и устройств и т. п. Поэтому при выполнении поисковых исследований целесообразно уточнить указанные нор­ мативы на основе проведения хронометража и фотографии про­ цесса обработки судов, выполнения расчетов технологического цикла для каждого из сравниваемых типов судов и т. д.

После расчета чистой интенсивности грузовых работ по срав­ ниваемым вариантам судов определяют валовую производитель­ ность обработки судна с учетом стоянок под вспомогательными операциями, простоев, связанных с обычаями иностранных портов, а также простоев по метеорологическим и организационным при­ чинам.

Удельная грузовместимость и конструктивный тип судна. При проектировании грузовых лайнеров, предназначенных в основном для перевозки кубатурных генеральных грузов, выбор удельной грузовместимости требует специального обоснования. Недостаточ­ ная удельная грузовместимость может привести к недоиспользо­ ванию провозной способности дорогостоящего быстроходного судна, а при ее завышении возникают непроизводительные капи­ тальные и эксплуатационные затраты.

В качестве примера проанализируем результаты расчетов по выбору оптимальной удельной грузовместимости для лайнера гру­ зоподъемностью 10 тыс. т со скоростью хода 23 уз.

Были рассмотрены три варианта судов грузовместимостью 20, 22 и 24 тыс. м3. Во всех вариантах длина судна оставалась одина­ ковой 170 м, а увеличивалась ширина с 22,3 до 23,6 м и высота борта с 13,6 до 14,6 м. Водоизмещение судна порожнем возра­ стало на 450 т, а мощность силовой установки для обеспечения заданной скорости хода — на 1300 л. с.

Таким образом, повышение грузовместимости на 20% дости­ гается в результате увеличения основных мощностных и весовых

206

характеристик судна на 6%. Соответствующий прирост строитель­ ной стоимости и расходов по содержанию судна в сутки не пре­ вышает 2—4%.

Даже если предположить, что кубатурные грузы перевозятся лишь в одном направлении кругового рейса и что увеличение за­ грузки судна влечет пропорциональное возрастание продолжитель­ ности стояночного времени рейса, то и тогда приведенные затраты на перевозку 1 т груза у судна грузовместимостью 24 тыс. м3 при­ мерно на 3—4% ниже, чем у судна грузовместимостью 20 тыс. м3. При перевозке кубатурных грузов как в прямом, так и в обратном направлениях эффективность повышения удельной грузовместимо­ сти достигает 7—8%.

Указанные выше зависимости в основном сохраняются при лю­ бых значениях грузоподъемности и скорости судов.

На большинстве океанских направлений грузовые лайнеры в ме­ нее загруженных направлениях принимают массовые грузы: зерно, руду, удобрения, лес. В этих случаях для полного использования провозной способности судна при перевозках грузов с низким по­ грузочным объемом целесообразно проектировать его как судно с минимальным надводным бортом. Расчеты показывают, что не­ которое увеличение веса и строительной стоимости при переходе от судна с избыточным надводным бортом к полнонаборному оку­ паются за два-три рейса с массовым грузом (благодаря увеличе­ нию провозной способности). В то же время для линий, где в обоих направлениях перевозятся кубатурные грузы, целесообразно строить суда с избыточным надводным бортом. К этой группе су­ дов относятся, например, быстроходные грузовые лайнеры типа СО-12С, предназначенные для перевозок грузов иностранных фрах­ тователей на экспрессных регулярных линиях в составе между­ народных конференций. Вследствие высокой скорости, большой стоимости и необходимости четкого исполнения расписания на ли­ ниях такие суда практически не будут отвлекаться на перевозки массовых грузов.

При выборе удельной грузовместимости судов необходимо учи­ тывать рост удельного погрузочного объема грузов при их пере­ возке в контейнерах и пакетах на 20—25% и 10—12% соответ­ ственно. Таким образом, развитие перевозок грузов укрупнен­ ными местами требует повышения грузовместимости строящихся судов.

Приспособленность судна к контейнерным и пакетным пере­ возкам. Важным вопросом при выборе конструктивного типа судна является также обеспечение максимального использования грузоподъемности и грузовместимости его при перевозке пакетов II контейнеров и приспособленности грузовых помещений к ско­ ростным комплексно-механизированным методам погрузки — вы­ грузки таких грузов.

Значение этого вопроса особенно возрастает в связи с резким увеличением перевозок грузов укрупненными грузовыми местами. К 1980 г. ожидается, что из общего объема перевозок генеральных

207