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

кера грузоподъемностью 25 тыс. т в зависимости от объема замены обычной углеродистой стали высокопрочной.

Характер и объем применения высокопрочных сталей в составе корпуса весьма разнообразны и определяются эксплуатационным назначением судна, его конструктивным типом, а также требова­ ниями заказчика. В табл. 15.2 приведены данные о применении та­ ких сталей в конструкциях зарубежных судов некоторых типов.

Помимо выигрыша в весе конструкций, применение сталей по­ вышенной прочности позволяет сократить расходы, связанные со

218

кость постройки танкера дедвейтом 207 000 т сокращается при этом на 8—10% по сравнению с трудоемкостью постройки подобного судна полностью из обычной углеродистой стали.

В течение длительного времени оставалось неясным влияние использования сталей повышенной прочности на объем, периодич­ ность и длительность ремонтов корпуса, вызываемых коррозией. В настоящее время можно считать установленным, что если в про­ цессе проектирования и постройки судна будут выполнены опре­ деленные требования, объем и длительность ремонтов корпуса почти не изменятся.

Однако стали повышенной прочности значительно дороже обыч­

обычной углеродистой стали. Цена широко применяемой в евро­ пейских странах стали 0X525 выше цены углеродистых сталей на 7—25% в зависимости от марки. Оптовые цены на листовые стали различных марок в СССР (по состоянию на 1 января 1972 г.) при­ ведены в табл. 15.3. Соотношение цен на обычную углеродистую сталь и сталь повышенной прочности — один из важных факторов, определяющих эффективность использования последней.

При строительстве морских транспортных судов для изготовле­ ния разнообразных корпусных конструкций, судового оборудова­ ния, а также для отделки помещений применяются легкие сплавы, чаще всего алюминиевые.

Основные преимущества легких сплавов — высокая коррозион­ ная стойкость в морской среде (а следовательно, меньшие затраты на производство ремонтов) и малый удельный вес, который по сравнению с удельным весом обычной судостроительной стали меньше примерно в три раза.

К недостаткам алюминиевых судостроительных сплавов отно­ сятся высокая цена материала, более низкие механические ка­ чества по сравнению со сталью, меньшая термостойкость, большая

219

сложность клепки и сварки, подверженность коррозии в местах соединения со сталью.

В настоящее время высокая стоимость легких сплавов еще пре­ пятствует их широкому применению в судостроении. Однако ре­ зультаты выполненных исследований показывают, что даже при су­ ществующем различии стоимостей стали и легких сплавов исполь­ зование последних для изготовления деталей, узлов и конструкций грузовых судов в большинстве случаев оправдывается эксплуата­ ционными и экономическими соображениями.

Применение сварки при изготовлении конструкций из легких сплавов, несмотря на некоторые технологические трудности, все же дает значительный экономический эффект, обеспечивая сниже­ ние веса по сравнению с клепаными конструкциями в среднем на 20% и стоимости на 20—25%.

В последние годы с традиционными материалами корпусных конструкций в судостроении начинают успешно конкурировать пластические массы, обеспечивая создание новых прогрессивных образцов техники.

а в СССР — 14,5%.

Наряду с количественным ростом значительно расширяется но­ менклатура полимерных материалов, увеличивается объем научных и проектных работ по созданию полимеров с заранее заданными свойствами, совершенствованию технологии и оборудования для переработки новых материалов, снижаются затраты на их произ­ водство, что естественно значительно расширяет возможности при­ менения этих материалов в судостроении.

Судостроительная промышленность — один из крупных потре­ бителей пластмасс и синтетических смол, хотя применение их на­ чалось позднее, чем в других отраслях, ввиду ограничений, связан­ ных с правилами постройки, классификации и технической эксплуа­ тации судов. Прогрессивность применения пластмасс заставляет судовладельцев и судостроителей добиваться официального при­ знания пластмасс в качестве равноценных заменителей металлов и других материалов.

Номенклатура судовых деталей, узлов и конструкций, для изго­ товления которых применяются синтетические материалы, расши­ ряется. Наиболее широкое распространение в судостроении капи­ талистических стран получили конструкционные стеклопластики (доля их использования в судостроении составляет 20—40% от общего потребления), особенно для мелкого судостроения. Увели­ чивается применение синтетических материалов для изготовления дельных вещей, трубопроводов, движителей, тросов, судового обо­ рудования, изоляции и т. д. Все более широкое применение находят синтетические материалы и при создании новых типов судов, на­ пример судов на воздушной подушке.

Основные преимущества синтетических материалов в сравнении с традиционными — высокая удельная прочность, долговечность,

220

к уменьшению затрат судостроительных предприятий на изготов­ ление деталей, узлов и конструкций судов в результате значитель­ ного снижения трудоемкости и материалоемкости, уменьшения расходов на подготовку производства, увеличения производитель­ ности участков, цехов, стапелей. Кроме того, в процессе эксплуа­ тации судов синтетические материалы требуют значительно мень­ ших трудовых и материальных затрат по поддержанию деталей, узлов и конструкций из них в надлежащем эксплуатационном со­ стоянии, что приводит к уменьшению расходов на текущий ремонт и облегчению условий труда судовых экипажей. Большая долго­ вечность синтетических материалов предопределяет изменение объ­ емов планово-предупредительных ремонтов судов и затрат па их производство, а также вызывает уменьшение необходимых капи­ таловложений в судоремонтные заводы.

Опыт использования пластмасс показал, что при замене тради­ ционных материалов может быть получен выигрыш в весе судна: например, для танкера дедвейтом 45 000 т только замена мате­ риала труб судовых систем позволяет снизить водоизмещение судна

в 1,5—2,5 раза. Установлено, что наиболее целесообразно приме­ нять новые материалы в качестве конструкционных при строитель­ стве морских судов в тех случаях, когда необходимо:

решить принципиально новые технические задачи, требования которых могут быть удовлетворены только специальными свойст­ вами пластмасс, какими не обладают традиционные материалы; улучшить технические характеристики и эксплуатационные ка­ чества судов путем уменьшения водоизмещения порожнем, упро­ щения конструкций, повышения антикоррозионной стойкости,

уменьшения износа деталей и т. д.; сэкономить дефицитные цветные и черные металлы путем за­

мены их различными видами пластмасс; снизить трудоемкость изготовления сложных изделий, сокра­

тить продолжительность производственного цикла, повысить коэф­ фициенты использования материалов.

Эффективность применения пластмасс в судостроении в зна­ чительной мере определяется их ценами, которые в настоящее время еще значительно (иногда в 5—10 раз) превышают цены тра­ диционных материалов. Следовательно, номенклатура деталей, узлов и конструкций судна, для изготовления которых могут быть применены синтетические материалы, должна устанавливаться по результатам экономических обоснований на разных стадиях про­ ектирования судов.

Краткий анализ технических н экономических аспектов приме­ нения новых материалов в судостроении показывает, что экономп-

221

ческая эффективность замены ими традиционных судостроитель­ ных материалов определяется взаимодействием широкого круга факторов, основные из которых следующие: снижение веса судна, изменение себестоимости строительства (включая затраты на при­ обретение материалов) и изменение текущих затрат по эксплуата­ ции судна.

Такой широкий круг факторов предопределяет необходимость проведения в полном объеме расчетов сравнительной эффективно­ сти судов, на которых проектируется применение различных мате­ риалов, включая расчет строительной стоимости, суточного содер­ жания, провозной способности, основного и дополнительных пока­ зателей эффективности. Однако на разных стадиях проектирования методика оценки сравнительной эффективности различных мате­ риалов имеет свои особенности и нуждается в пояснениях.

При прогнозировании потребностей судостроительной промыш­ ленности в материалах, обосновании экономически эффективных сфер замены традиционных материалов новыми должна прово­ диться комплексная оценка с позиций интересов народного хозяй­ ства. Обязательному учету подлежат затраты на добывающую и обрабатывающую промышленность, необходимые капиталовложе­ ния в судостроительные и судоремонтные предприятия, прогнози­ руется изменение цен на материалы, сроков строительства судов, надежности и долговечности отдельных узлов, конструкций, дета­ лей и т. п. Методология таких исследований в настоящее время разрабатывается под руководством Научного совета по экономи­ ческим проблемам химизации народного хозяйства СССР, она предусматривает подготовку широкого круга нормативных мате­ риалов, проведение работ в несколько этапов с последующим уточнением. Так как подобные исследования не являются обычны­ ми для проектных организаций, в данной работе нет необходимо­ сти останавливаться на них подробно.

При экономических обоснованиях технического проекта судна приходится решать задачи более конкретного характера. Важное значение имеет вопрос, как учесть изменение веса судна при срав­ нении вариантов применения разных материалов. Исходя из прин­ ципов, изложенных в главе I, необходимо руководствоваться сле­ дующими положения м и.

С л у ч а й I — техническим заданием оговорена грузоподъем­ ность или грузовместимость судна. Так как в техническом проекте тип и марка главного двигателя устанавливаются конкретно, влия­ ние изменения веса судна на его провозную способность отража­ ется через изменение скорости.

Изменение строительной стоимости судна при применении раз­

222

При расчете затрат на материалы и полуфабрикаты по обосно­ ванным нормативам определяется величина отходов материалов н сумма доходов от их реализации, так как коэффициент использо­ вания разных материалов колеблется в широком диапазоне. Так, если для продукции машиностроения из различных металлов ко­ эффициент использования материалов составляет 0,5—0,6, то для корпусных конструкций из стали он равен 0,83—0,90, а для синте­ тических материалов при современных методах переработки (ли­ тье под давлением, экструзия, вакуумформование) достигает 0,93—0,95.

При расчете расходов на заработную плату производственных рабочих учитывается снижение трудоемкости работ по изготовле­ нию деталей, узлов и конструкций судна, их монтажу и сборке. На изменение трудоемкости существенное влияние может оказы­ вать уровень прогрессивности применяемой технологии и вес кон­ струкций. В ряде случаев из-за возможности понижения квалифи­ кации рабочих может измениться и средняя часовая заработная плата.

Капиталовложения в сооружения и оборудование завода при использовании разных материалов для постройки судна меняются

врезультате применения различного технологического оборудова­ ния разной производительности (машин, станков и пр.), исключе­ ния пли добавления отдельных технологических операций, а также изменения производительности (а иногда и размеров) цехов, уча­ стков, сборочных площадок, стапелей и т. д.

При оценке эффективности различных судостроительных мате­ риалов находят применение дополнительные показатели:

общая трудоемкость постройки судна; материалоемкость, в том числе по дефицитным материалам;

потребность в дополнительных площадях и капиталовложениях

всфере производства;

длительность производственных циклов при строительстве; изменение условий труда; вес отдельных узлов и конструкций.

Выбор типа гребного винта. Использование на судах неревер­ сивных главных двигателей привело к созданию различных ревер­ сивных устройств, в том числе и гребных винтов регулируемого шага (BPI1I). Однако в последние годы ВРШ находят все более широкое применение и на судах, оборудованных реверсивными главными двигателями.

Известно, что обычные винты фиксированного шага (ВФШ) хорошо работают только на расчетном режиме; на всех других ре­ жимах к. п. д. винта снижается и мощность главного двигателя

223

полностью не используется. Стоимость ВФШ намного ниже стои­ мости ВРШ ввиду большей сложности последнего.

Основные преимущества ВРШ перед обычными винтами — улучшение маневренности судна, повышение экономичности ра­ боты энергетической установки, увеличение средней скорости суд­ на и др. Поэтому правильный выбор типа гребного винта для судна, оборудованного реверсивным двигателем, может быть сде­ лан только на основании тщательного учета всех факторов, опре­ деляющих экономическую эффективность.

Разница в строительной стоимости. При расчете стоимости из­ готовления судна с ВРШ учитываются следующие элементы: винт с поворотными лопастями, гребной пустотелый вал, соединитель­ ная муфта, пустотелый вал привода механизма поворота лопастей, болты и гайки для фланцевых соединений, маслоподводящее уст­ ройство привода механизма поворота лопастей, монтируемое на валу перед редуктором, гидравлическая система (насосы, электро­ моторы, клапаны, фильтры, приборы контроля), система дистанци­ онного управления с мостика н из машинного отделения, запасные части.

Установка ВФШ включает гребной винт, крепежную гайку и обтекатель, сплошные гребной и промежуточный валы, болты н гайки муфты соединения валов.

Необходимо также учесть, что применение ВРШ вызывает сни­ жение стоимости ряда компонентов главного двигателя и энерге­ тической установки вследствие исключения реверсивного устрой­

Дополнительная стоимость устройства ВРШ для отечественных заводов составляет 250—300 тыс. руб. По иностранным данным, стоимость ВРШ для танкера дедвейтом 25 000 т и скоростью 16,8уз при мощности ДВС 12 500 л. с. превышает стоимость ВФШ на 51 тыс. долларов.

Средняя стоимость изготовления одного винта колеблется в за­ висимости от затрат на проектирование и оснастку, величина кото­ рых, в свою очередь, определяется наличием проектной документа­ ции, освоенностью производства и серийностью изготовления. За­ траты на монтаж ВРШ и ВФШ по оценке зарубежных авторов отличаются мало и в расчет могут не приниматься.

Скорость судна. В эксплуатации судна сопротивление воды движению корпуса судна (Р) изменяется в результате обрастания корпуса и периодической очистки и покраски его, увеличения ше­ роховатости винта и обшивки корпуса, изменения гидрометеоро­ логических условий плавания.

Суммарное влияние всех этих факторов может определять из­ менение сопротивления судна на 50% и более от расчетного. Пре­ имущество ВРШ заключается в его возможности приспосабливать­ ся к изменениям Р путем регулирования шага, что позволяет ис­ пользовать проектный крутящий момент при проектном числе оборотов. Это относится не только к постепенно меняющемуся со­

224

противлению в результате обрастания; автоматический контроль нагрузки позволяет непрерывно регулировать нагрузку двигателя сообразно с изменением условий плавания: влияния ветра, волн, течения, глубины под килем и т. д.

В результате применение ВРШ приводит к увеличению сред­ ней скорости судна. Например, для условий плавания в Мексикан­ ском заливе средняя скорость упомянутого выше танкера (в грузу и балласте) составит:

Расходы на обслуживание и ремонт. Тип гребного винта влияет на статьи текущих расходов судна — заработную плату машинной команды, текущий ремонт. Хотя оборудование ВРШ требует обыч­ но периодических осмотров и ухода судовым персоналом в про­ цессе эксплуатации, пока не накоплен достаточный опыт для вы­ водов о необходимости изменения численности машинной команды.

Врасчетах при определении эффективности ВРШ можно исполь­ зовать тот же порядок, что рекомендовался и в случае сравнения вариантов автоматизации,— принять надбавки к заработной плате отдельных членов машинной команды.

Расходы на ремонт гребных винтов различных вариантов из­ меняются за счет следующих составляющих.

Врезультате более частых остановок и пусков двигателя при ВФШ затраты на ремонт главного двигателя возрастают. Так, по двум однотипным судам с дизельными установками было установ­ лено, что за 12 рейсов между скандинавскими странами и Южной Америкой судно с ВРШ имело 102 пуска двигателя, тогда как судно с ВФШ — более 2500. Износы цилиндровых втулок двига­ теля на судне с ВРШ были на 40% меньше, чем на судне с ВФШ.

Всреднем полагают, что число пусков двигателя при оборудова­

опыта эксплуатации показал, что в результате сокращения вре­ мени на швартовные операции, время найма и расходы на букси­ ры могут быть снижены примерно на 25%.

Можно считать также, что следствием лучшей маневренности судна с ВРШ будет сокращение стояночного времени рейса. Так, если принять, что за счет ВРШ время маневров в одном порту со­ кращается на 1 ч, то, например при числе портов захода за год, равном 50, ходовое время судна возрастет на двое суток.

Имеется и еще ряд преимуществ у судов с ВРШ (возможность непрерывного изменения скорости от максимальной в любом

направлении, более короткий путь торможения и др.), для расчета эффективности которых пока отсутствуют достаточно обоснован­ ные данные.

В последние годы с расширением использования ВРШ накапли­ ваются опытные данные, позволяющие в первом приближении оценить надежность ВРШ. Выполненные компанией «The Stanvick Corporation» исследования по 44 ВРШ на 31 судне показали, что в течение 1961—1968 гг. было обнаружено всего десять существен­ ных неисправностей, причем только в одном случае винт вышел из строя. На основании обобщений было найдено, что вероятность работы ВРШ в течение 12 000 ч без аварии (дефект, выводящий систему из строя до выполнения ремонта) составляет 98,4%, без повреждения — 92,38% •

Опыт мирового и отечественного судоходства свидетельствует о вероятности повреждений судов в процессе эксплуатации. В ос­ новном причины повреждений следующие: навалы на пирсы и доки, столкновения судов между собой и судов с плавающими объ­ ектами, посадки на мель.

Среднее число дней на ремонт в результате подобных повреж­ дений составляет 2,5—5,5 сут, вероятность получения поврежде­ ний при использовании ВРШ снижается на 5—10%■

На основании изложенных данных рассмотрим пример срав­ нительной эффективности применения ВРШ на танкере дедвейтом 15 200 т с дизельной установкой мощностью 9 000 л. с. и скоростью 16,1 уз, осуществляющем перевозки между портами Балтийского моря.

1По ВРШ выше на 1,3%.

2Экономия в каждом порту составляет 1 ч.

3Принято условно.

226

ских решений. В практике экономических обоснований при проек­ тировании судов часто возникает потребность в укрупненной оцен­ ке влияния отдельных технических решений на общую эффектив­ ность судна, что объясняется рядом причин.

Во-первых, некоторые нововведения, не меняя абсолютных зна­ чении текущих и капитальных затрат на постройку и эксплуата­ цию судна, вызывают изменение их годовой провозной способности в результате изменения чистой грузоподъемности (грузовместимо­ сти), скорости судна, длительности эксплуатационного периода.

Во-вторых, рассчитанные для судна в целом показатели срав­ нительной экономической эффективности не позволяют дать диф­ ференцированную оценку эффективности каждого отдельного тех­ нического решения. В сравниваемых показателях по вариантам судов отразится влияние всего комплекса технических решений, принятых в проектах, в то время как проектировщику необходимо установить влияние каждого отдельно принимаемого им нового технического решения на общую эффективность судна.

В-третьих, существующие методы и нормативы позволяют до­ статочно обоснованно определить влияние отдельных технических решений на изменение строительной стоимости судна и эксплуата­ ционных расходов. Оценка же влияния изменения провозной спо­ собности судна и длительности эксплуатационного периода на эко­ номические показатели перевозок по всем вариантам отдельных технических решений, как правило, на всех стадиях проектирова­ ния не производится ввиду большого числа вариантов и значитель­ ной трудоемкости расчетов по определению показателей эффектив­ ности в целом по судну. Кроме того, в процессе поисковых иссле­