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

грузов на судах ММФ доля грузов в контейнерах и пакетах до­ стигнет 70—75%.

Для обеспечения максимальной эффективности пакетных и кон­ тейнерных перевозок строящиеся суда должны отвечать следую­ щим основным требованиям: грузовые помещения должны иметь ящичную форму и их размеры, должны быть кратны габаритам контейнеров и пакетов международных стандартов; размеры гру­ зовых люков должны обеспечивать полное раскрытие грузовых помещений и установку всего груза непосредственно на штатное место, без горизонтального перемещения внутри трюма, или же конструкция трюмов должна допускать эффективное использова­ ние колесных погрузчиков; грузоподъемность и расположение су­ довых грузовых средств должны выбираться с учетом возмож­ ности перегрузки стандартных контейнеров.

Эти требования, в частности, были учтены при разработке типов судов программы пополнения флота на 1971—1975 гг. Как видно из данных табл. 14.5, по сравнению с флотом, построенным в 1966—1970 гг., у новых судов практически при тех же главных размерениях вместимость, пригодная для размещения контейнеров, больше в 1,8—2,5 раза (50% вместо 20% от киповой грузовмести­ мости), а вместимость, пригодная под пакеты, больше в 1,5—2,0 раза. Утилизация грузовместимости по пакетированному грузу со­

некратности размеров грузовых помещений габаритам укрупненных грузовых мест снижается в 2,0—2,5 раза.

С учетом перспективной технологии перевозок сравнение раз­ личных вариантов проектируемого судна и оценку эффективности

Т а б л и ц а 14.5

Приспособленность судов различных типов к перевозкам

208

оптимального варианта следует производить для двух условий эксплуатации: при перевозках грузов отдельными местами и при контейнерно-пакетных перевозках. Во втором варианте расчета учи­ тывается резкое увеличение производительности грузовых работ, повышение удельного погрузочного объема грузов.

В качестве примера было выполнено сравнение эксплуатаци­ онно-экономических показателей работы близких по грузоподъем­ ности судов программы пополнения флота 1971—1975 гг. и судов, постройка которых осуществлялась в прошлом пятилетии. Оба типа судна имеют примерно одинаковое назначение и размеры. Результаты сравнения, таким образом, характеризуют эффектив­ ность проектируемого судна по сравнению с наиболее современ­ ными судами действующего флота. Количество грузов укрупнен­ ными местами для каждого типа судна рассчитано на основе чер­ тежей общего расположения; принято, что контейнеры перевозят только в просветах люков и на верхней палубе.

Как показали результаты расчетов, суда нового пополнения обеспечивают снижение приведенных затрат на перевозку 1 т груза отдельными местами на 11 % и снижение расходов на 1 руб. чистой инвалютной выручки — на 15%. Сравнительная эффектив­ ность новых судов еще более повышается при перевозке грузов укрупненными местами.

Методический подход и специфические особенности, рассмот­ ренные применительно к обоснованию оптимального варианта кон­ структивного типа грузового лайнера, в основном применимы и к судам иных назначений. Вместе с тем появление новых для мирового и отечественного флота типов судов (например, судов с горизонтальной системой грузовых работ — роллеров и лихтеровозов) ставит перед проектантами новые вопросы обоснования кон­ структивного типа.

Одна из важнейших особенностей проектирования судов с го­ ризонтальной системой грузовых работ состоит в том, что если для судов универсального назначения главные размерения опре­ деляют по заданной грузоподъемности и удельной грузовмести­ мости, то выбор основных элементов роллеров начинают непосред­ ственно с определения главных размерений и, в первую очередь, поперечного сечения судна — высоты борта и ширины исходя из габаритов укрупненных грузовых единиц.

Как известно, роллеры в основном предназначаются для пере­ возки грузов укрупненными местами, размеры которых регламен­ тированы международными и национальными стандартами, прави­ лами, требованиями и соглашениями.

Анализ габаритных размеров 171 типа укрупненных грузовых единиц, объединенных в 12 групп (табл. 14.6), показал, что высота и ширина 50—80% грузов не превышает 2,5 м и лишь около 10— 15% грузов выше или шире 3,0 м. К их числу относятся трейлеры, грузовые автомобили большой грузоподъемности, автобусы, авто­ мобили специального назначения, некоторые виды сельскохозяйст­ венной и дорожной техники. Однако поперечные сечения большин-

210

положены в основу при проектировании роллеров.

Правильный выбор высоты грузовых помещений определяет ра­ циональное использование грузовместимости судна и, следова­ тельно, его провозную способность и экономические показатели перевозок.

Высоту борта проектируемых роллеров необходимо определять комбинированием грузовых помещений с различной высотой так, чтобы в них молено было размещать:

контейнеры и флеты международного стандарта ИСО в один ярус и пакеты в два яруса;

контейнеры и флеты стандарта ИСО в два яруса; легковые автомобили в два яруса (один — на подвесной съем­

ной палубе); грузовые и легковые автомобили на подвесной палубе в один

ярус; трейлеры, автобусы, грузовые автомобили большой грузоподъ­

емности, неделимые грузовые места на платформах в один ярус. При выборе высоты помещений должен быть предусмотрен за­ зор между грузом и палубным набором. Величина зазора зависит

от типа подъемно-транспортного оборудования.

Рассмотрим варианты судна с различными высотами трюмов и твиндеков в зависимости от типа погрузчиков, применяемых для погрузки и выгрузки контейнеров и флетов. Варианты судна раз­ работаны из условия постоянной контейнеровместимости — 1350 контейнеров типа 1C стандарта ИСО (8x8x20 футов). Техноло­ гические схемы размещения контейнеров при использовании по­ грузчиков разных типов были специально разработаны проектной организацией.

Основные характеристики вариантов судна с горизонтальной системой грузовых операций в зависимости от типа основного

Т а б л и ц а 14.7

Технико-эксплуатационные параметры погрузчиков, принятых в качестве основного подъемно-транспортного

оборудования, и характеристики грузовых помещений вариантов судна

212

Технико-эксплуатационные параметры погрузчиков и грузовых помещений вариантов судна приведены в табл. 14.7, экономические показатели перевозок— в табл. 14.8.

Полученные данные показывают, что применение погрузчиков различной конструкции приводит к значительным отличиям в раз­ мерах судна только по высоте борта. Использование площадей па­ луб погрузчиками обоих типов примерно одинаково.

Применение погрузчика фирмы «Валмет» по сравнению с комп­ лексом из двух погрузчиков (фронтальным и боковым) фирмы «Ланцер Босс» улучшает использование грузовместимости судна примерно на 7% из-за меньшего запаса высоты между грузом и набором палуб. Кроме того, погрузчик фирмы «Валмет», по зару­ бежным данным, имеет меньшую стоимость и более низкую на­ грузку на колеса .

Применение погрузчиков фирмы «Ланцер Босс» требует увели­ чения высоты борта на 2 м, что приводит к необходимости уширения корпуса судна примерно на 5% (для обеспечения остойчи­ вости) и повышает вес корпуса судна на 4%.

Врезультате вариант судна, спроектированный для обработки

спомощью погрузчиков фирмы «Валмет», имеет и лучшие экономи­ ческие показатели использования. Для этого варианта судна вы­ сота грузовых помещений составляет 5,4 м при двухъярусной укладке и 2,9 м при одноярусной, что согласуется с практикой за­

рубежного судостроения. Анализ характеристик построенных и за­

213

казанных иностранных судов с горизонтальной системой грузовых работ показывает, что большинство из них проектируется с высотой грузовых помещений в свету 5,4 и 2,9 м соответственно при двух- и одноярусном размещении контейнеров.

Конструктивный тип, особенности общего расположения и кон­ струкция корпуса лихтеровоза определяются, главным образом, способом погрузки лихтеров на судно и выгрузки из него. Кроме того, определенное влияние оказывают также и размеры лихтеров.

Основное внимание при обосновании конструктивного типа лих­ теровоза должно уделяться выбору количества палуб и трюмов, расположения машинного отделения, жилых помещений, ходового мостика, необходимости применения ячеистой конструкции, системы расположения лихтеров относительно ДП судна, конструкции устройства для погрузки лихтеров в судно и выгрузки из него.

В настоящее время на большинстве построенных и заказанных лихтеровозов погрузка лихтеров на судно и выгрузка их осуществ­ ляется с помощью судового крана большой грузоподъемности; в корме судно имеет специальные консоли. Лихтеровоз в этом слу­ чае, как правило, имеет одну палубу, лихтеры устанавливаются поперек судна, трюмы ячеистой конструкции, жилая надстройка и ходовой мостик располагаются в носовой части. Машинное отде­ ление (МО) может быть расположено в носу, в корме или в прикормовой части; расположение МО определяется типом ЭУ.

Так, при использовании малооборотного ДВС рассматривались варианты кормового и промежуточного расположения: графическая проработка показала, что при постоянных размерениях судна ко­ личество барж, принимаемых судном, при промежуточном распо­ ложении на 20% меньше, чем при кормовом. При использовании электрической передачи первичные двигатели и генераторы более рационально располагать в носовой части, а привод винта — в кор­ мовом моторном отделении.

Если назначением лихтеровоза предусматривается использова­ ние его и для перевозки контейнеров, размеры ячеек трюмов опре­ деляются из условия их кратности размерам контейнеров между­ народного стандарта и обеспечения необходимых зазоров. Это же требование учитывается и при выборе внутренних размеров лих­ теров.

При крановом грузовом устройстве лихтеровоза дополнительно рассматриваются целесообразность оборудования судна дополни­ тельным краном для перегрузки контейнеров, тип устройства для автоматической застропки лихтера, фиксации его в районе застропки и крепления в трюме или на палубе, тип и устройство люковых закрытий, средства для заводки и ориентации лихтера в районе консолей.

По всем вариантам конструктивного типа лихтеровоза при рас­ чете экономических показателей должны учитываться затраты не только по судну и баржам, но и затраты на береговые сооруже­ ния — причалы, склады, механизацию, рейды отстоя лихтеров. Важнейшей особенностью экономических обоснований при этом

214

является отсутствие, как правило, достаточно достоверных данных о стоимости некоторых устройств и видов оборудования, а также приближенные значения интенсивности грузовых операций в за­ висимости от погодных условий. Все эти вопросы требуют тщатель­ ных проработок в процессе проектирования.

§ 15. ОБОСНОВАНИЕ ЧАСТНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Процесс проектирования судна не ограничивается обоснованием и выбором только рассмотренных выше основных характеристик. Как на стадии поисковых исследований и эскизного проектирования, так и на стадии технического проекта выбираются наиболее оптимальные технические решения по отдельным элемен­ там, узлам и конструкциям судна.

Круг задач, которые приходится решать проектировщику, чрез­ вычайно широк и многообразен, включает выбор материалов для корпусных конструкций, надстроек, дельных вещей и т. п., оптими­ зацию главных элементов судна, выбор форм носовых и кормовых оконечностей, винто-рулевого комплекса, ледового класса судна, способа защиты от коррозии, типа отдельных механизмов и их приводов и т. д.

В принципе эффективность любого технического решения, кото­ рое нужно принять при проектировании, можно оценить по эконо­ мическим показателям. Однако практически пока не существует разработанных методов экономической оценки всего множества задач, возникающих в процессе проектирования. Это объясняется, во-первых, значительной сложностью выделения влияния отдельных элементов судна на экономические показатели судна и многооб­ разием взаимосвязей всех его составляющих, во-вторых, достаточ­ ной надежностью в ряде случаев сравнительной оценки технических решений по натуральным техническим показателям, характери­ стикам и параметрам. Поэтому окончательная оценка эффектив­ ности того или иного варианта технического решения при проекти­ ровании судов по результатам экономического исследования в на­ стоящее время выполняется по тем из них, которые оказывают существенное влияние на экономичность всего судна, а сопоставле­ ние по техническим показателям не обеспечивает объективной од­ нозначной оценки.

Разнообразие задач, при решении которых используются ре­ зультаты экономических обоснований, не позволяет рассмотреть их детально с учетом всех специфических особенностей. Рассмотрим наиболее важные или часто встречающиеся задачи, методические приемы решения которых могут быть использованы как основа для аналогичных или близких по содержанию исследований.

По характеру и методической сложности задачи подобного класса делятся на две группы. Варианты технических решений за­ дач первой группы вызывают изменение только экономических

215

характеристик судна (строительной стоимости, расходов по его экс­ плуатации). При решении этих задач для оценки сравнительной экономической эффективности вариантов технических решений до­ статочно определить изменение затрат на постройку судна и экс­ плуатационных расходов на его содержание только по изменяю­ щимся при варьировании данного решения статьям затрат.

Варианты технических решений задач второй группы, помимо изменения экономических характеристик судна, приводят и к изме­ нению его производительности.

Для сравнения вариантов технических решений, вызывающих изменение производительности судна, как правило, необходимо рассчитывать полную величину удельных значений эксплуатацион­ ных затрат и капиталовложений на единицу продукции судна (тонну или тонно-милю). Очевидно, что задачи второй группы ме­ тодически более сложны и должны быть рассмотрены в первую очередь.

Эффективность применения новых судостроительных материа­ лов. В течение срока службы (20—25 лет) корпус морского судна, находясь на границе водной и воздушной сред, подвергается воз­ действию воды, ветра, солнца, температуры, электрических токов, химически активных веществ, механических сил и т. д. При этом интенсивность воздействия внешних факторов на различные де­ тали, узлы и конструкции судна значительно различается. Исходя из комплекса требований, предъявляемых к судну как инженер­ ному сооружению и транспортному средству, судостроительные ма­

и прочность, долговечность, стоимость, технологичность при изго­ товлении и ремонте деталей, узлов и конструкций, износостой­ кость, теплопроводность, негорючесть, антикоррозионная стойкость. Для изготовления различных элементов судна находят применение самые разнообразные материалы — черные и цветные металлы, де­ рево, металлические сплавы, а в последние годы синтетические материалы. Физико-механические характеристики разных матери­ алов колеблются в широком диапазоне.

Все эти условия предопределяют такие важные параметры и характеристики судна, как его собственный вес и, следовательно, коэффициент утилизации водоизмещения, периодичность, длитель­ ность и объем работ по поддержанию судна в нормальном эксплуа­ тационном состоянии, стоимость постройки судна и затраты на со­ держание его в эксплуатации.

Применявшиеся до недавних пор традиционные судостроитель­ ные материалы — железо, чугун, медь, цветные сплавы, дерево различных пород, пробка и т. д.— недостаточно удовлетворяли су­ достроителей и использовались только ввиду отсутствия замените­ лей с лучшими характеристиками и свойствами. Так, несмотря на относительно низкую стоимость, обычная углеродистая сталь под­ вержена интенсивной коррозии, а собственный вес стального кор­ пуса составляет около 20% водоизмещения судна; дерево нужда­

216

ется в защите от гниения и декоративной отделке, легко подверга­ ется механическим повреждениям; цветные металлы дорого стоят, и их производство ограничено так же, как и алюминия, пробки и некоторых других материалов.

В результате использования материалов, обладающих разными свойствами и характеристиками, для изготовления различных эле­ ментов судна срок службы этих элементов колеблется в широких пределах — от 3—5 до 30—40 лет. Это обстоятельство определяет значительный объем ремонтных и профилактических работ для поддержания судна в нормальном техническом состоянии. Чтобы предотвратить интенсивную коррозию черных металлов и гниение дерева, на судах широко применяются защитные покрытия; так как срок службы этих покрытий незначителен, трудоемкость и ма­ териалоемкость работ по защите судов от коррозии и гниения весьма велики и вместе с затратами на поддержание нормального внешнего вида судна оказывают существенное влияние на рас­ ходы по содержанию экипажа, ремонту и снабжению судна.

Рассмотренные факторы предопределяют заинтересованность судостроителей и судовладельцев в применении для строительства морских судов новых материалов, обладающих в сравнении с тра­ диционными более высокими механическими, физическими и хи­ мическими свойствами.

В последние годы в морском судостроении наряду с традицион­ ными все более широкое применение находят такие материалы как стали повышенной прочности, алюминиевомагниевые сплавы, син­ тетические материалы.

Использование сталей повышенной прочности для морского су­ достроения диктовалось в первую очередь стремлением уменьшить собственный вес корпуса. Для геометрически подобных судов при использовании обычной углеродистой стали относительный вес ме­ таллического корпуса с ростом размеров судов неизбежно увеличи­ вается; для сохранения его в определенных пределах необходимо повышение механических свойств материала корпуса.

Под сталью повышенной прочности понимается сталь, номи­ нальный предел текучести которой равен или более 30 кГ/мм2. Устойчивые значения такого предела текучести при условии соблю­ дения всех других требований, предъявляемых к корпусным ста­ лям (свариваемость, пластичность, технологичность и т. п.), могут быть достигнуты только путем специальных мер — легированием, термообработкой и т. п.

Советский Союз был первой страной, перешедшей на массовое применение в судостроении сталей повышенной прочности. Начи­ ная с 1960 г. все транспортные суда средних и больших размеров в СССР строятся с применением этих сталей (СХЛ-1, МК, СХЛ-4, 09Г2).

Применение сталей повышенной прочности позволило снизить толщины связей и обшивки корпусов (табл. 15.1). Расчетное сни­ жение веса металлического корпуса составляет 9—12% для сухо­ грузного судна грузоподъемностью 10 тыс. т и 14—20% для тан­

217