книги из ГПНТБ / Баснин Р.В. Конструкция корпуса и рулевое устройство надводного корабля

ОСНОВНЫЕ КОРАБЛЕСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Для постройки кораблей и судов применяется большое количество материалов, основными из которых являются: судостроительные стали, сплавы цветных металлов, пласт­ массы, дерево и прочее.

Качество материалов в кораблестроении характеризуется, главным образом, их механическими качествами, которые определяют их прочность и пластичность.

Прочность матери ада определяется пределом прочности и пределом текучести.

Предел прочности характеризует ту нагрузку, под дейст­ вием которой материал разрушается. Чем выше предел проч­ ности, тем больше запас прочности конструкции при различ­ ных случайных перегрузках.

Предел текучести характеризует наибольшую нагрузку, при которой материал удлиняется некоторое время без увели­ чения нагрузки.

В кораблестроении наибольшее значение имеет предел текучести. Он является основным показателем механических качеств материала. При напряжениях выше предела теку­ чести в конструкциях развиваются большие деформации, часть которых приобретает характер остаточных. Первона­ чальные формы конструкции при этом нарушаются. Поэтому нормы допускаемых напряжений для различных корпусных конструкций назначаются в зависимости от предела текучести материала.

Пластичность материала определяется его относительным удлинением, соответствующим пределу прочности. Относи­ тельное удлинение характеризует способность материала изменять форму (без разрушения), поддаваться ковке и прес­ сованию.

А. Судостроительные стали

Сталью называются сплавы железа с углеродом и другими элементами, которые при нагреве до высоких температур поддаются ковке, прокатке, штамповке и другим деформа­ циям.

21

Повышенные механические качества низколегированной стали, сочетающиеся с хорошей свариваемостью, дают возможность получить более прочную, чем из углеродистой стали,, конструкцию корпуса при значительном снижении его веса. Это привело к тому, что несмотря на большую стоимость легированной стали, применение ее в кораблестроении возра­ стает. Кроме этого, все большее применение находят также

поверхностному разрушению под воздействием внешней среды (воздуха, воды, пара, кислот и др.). Нержавеющая сталь применяется для изготовления или покрытия облицовок гребных и дейдвудных валов, изготовления лопаток паро­ вых и газовых турбин и других деталей корабельных меха­

обладающие высоким сопротивлением механическим нагруз­ кам при сравнительно высоких температурах. Они применя­ ются для изготовления деталей паровых котлов, двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин.

И з н о с о у с т о й ч и в ы е стали имеют повышенное сопро­ тивление к истиранию, применяются для изготовления якор­ ных клюзов, барабанов, лебедок и шпилей и т. д.

Судостроительные стали употребляются, главным обра­ зом, в виде проката, стального литья (отливок) и стальных поковок.

Прокатная сталь может быть листовой и профильной.

Л и с т о в а я с т а л ь прокатывается толщиной 4—56 мм, изготовляется в виде листов прямоугольной формы, длиной до 12 м, шириной до 2 лг. Листовая сталь используется в корпусе корабля для наружной обшивки, настилов палуб, платформ и второго дна, продольных и поперечных переборок

И т . д.

Для мостиков и постов, не имеющих деревянного настила, для съемного настила в машинно-котельных отделениях и других местах применяется листовая рифленая сталь толщи­

бульбовая и полособульбовая, швеллерная, тавровая и Двутавровая, круглая и полукруглая, трубчатая сталь и поло­ совая (рис. 25). Размеры профилей определяются номером

23

профильной стали, величина которого в сантиметрах пред­ ставляет собою высоту стенки профиля. Например, полосо-

дистой стали и применяется для изготовления форштевней, ахтерштевней, кронштейнов гребных валов, якорей, киповых

сталей и применяются для тех же целей, что и литье. Сталь­ ные поковки имеют лучшую ударную стойкость и большее относительное удлинение, чем стальные отливки.

Б. Сплавы цветных металлов

Из-за отсутствия необходимой прочности, пластичности, ударной вязкости и других физико-технических свойств цветные металлы (медь, цинк, олово, свинец, алюминий, сурьма и др.) в чистом виде в кораблестроении имеют огра­ ниченное применение. Так, например:

—медь используется на кораблях для изготовления трубо­ проводов водяной противопожарной системы, осушительной системы, системы соленой воды, системы воздуха высокого давления и других, так как хорошо сопротивляется разъеда­ нию морской водой и кислородом воздуха;

—цинк, являясь электроотрицательным элементом по отношению к железу, применяется в качестве протекторов для защиты корпуса корабля, водяных коллекторов, трубо­ проводов и других от разъедания. Кроме этого, обладая свойствами образовывать тонкую пленку окисла под дейст­ вием влаги и воздуха, цинк применяется для покрытия железных изделий (труб, корабельной арматуры) с целью защиты их от коррозии;

—алюминий в чистом виде употребляется лишь в каче­ стве изоляционного материла (фольга).

Цветные металлы находят применение главным образом для образования различных сплавов: латуни, бронзы, бабби­ тов, алюминиевых (легких) сплавов и других, которые широко используются в кораблестроении.

Латунь — сплав меди и цинка. Обыкновенная латунь содержит 10—42% цинка. Латунь, в состав которой входят медь (69—71%), цинк (28—30%) и олово (1—1,5%), назы­ вается м о р с к о й л а т у нь ю. Она имеет особую стойкость

24

к морской воде, поэтому широко применяется на кораблях в виде забортной арматуры, трубок и трубных досок холо­ дильников, штоков водяных насосов и других деталей.

Медно-цинковый сплав с небольшими добавками алю­

нические качества, применяется для изготовления гребных винтов.

Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, кремнием н другими элементами, кроме цинка. Сплав меди, в котором главной составной частью после меди является олово, называ­

особой стойкостью к морской воде, поэтому идут на изготов­ ление корпусов водяных насосов, клапанных коробок, шесте­ рен и червячных колес и т. д.

Баббиты — сплавы олова или свинца с сурьмой с добавле­ нием меди, известны под названием белых металлов. Баббиты разделяются на две группы: о л о в я н и с т ы е ба б бит ы, представляющие собой сплав олова с небольшим количеством

вязкостью, достаточной твердостью, стойкостью к износу, хорошей теплопроводностью и низким коэффициентом трения о сталь, нашли широкое применение для заливки вкладышей подшипников валолиний, двигателей и других механизмов. Используется, главным образом, баббит марки Б-83 (63% — олова, 42% — сурьмы и 5% — меди).

Алюминиевые сплавы содержат до 80% чистого алюминия. Применяемые алюминиевые сплавы разделяются на л и т е й ­

с и л у м и н ы — алюминиево-кремневые сплавы марок АЛ-2 и АЛ-6 и м а г н о л и и — алюминиево-магниевые сплавы марок АЛ-8 и АЛ-13. Литейные сплавы служат для изготовления различного рода деталей, не требующих дальнейшей обра­ ботки, кроме механической. К числу этих деталей относятся гаки, рымы, кнехты, блоки, корпусы иллюминаторов и насо­ сов, арматура( трубопроводов и другие.

упрочняться после термической обработки делятся на терми­ чески упрочняемые и термически неупрочняемые сплавы.

25

К д е ф о р м и р о в а н н ы м т е р м и ч е с к и м у п р о ч н я е ­ мым сплавам относятся алюминиево-медно-магниево-мар- ганцевистые сплавы, составляющие группу сплавов типа д ю р а л ю ми на марок 1Д, 16Д и другие.

Дюралюмины, обладая высокой прочностью, имеют низкую коррозийную стойкость. В . кораблестроении они применяются в виде листов, профилей, труб, проволоки, поковок и штампо­ вок. В целях улучшения коррозийной стойкости листы из дюралюмина плакируются чистым алюминием путем их горячей прокатки с накладками из чистого алюминия.

К д е ф о р м и р о в а н н ы м н е у п р о ч н я е м ы м с п л а в а м относятся алюминиево-магниевые сплавы марок АМг, АМгЗ, АМгБВ, АМгб и другие. Эти сплавы находят широкое приме­ нение в кораблестроении благодаря своей пластичности, стойкости к коррозии и хорошей свариваемости. Вместе с тем, по сравнению с дюралюминами, они менее прочны.

Термически неупрочняемые сплавы применяются для сварных конструкций. Из них изготовляются надстройки, легкие перегородки, мачты, вентиляционные трубы, корабель­ ная мебель и другие.

коррозийной стойкостью, большим коэффициентом расшире­ ния, отсутствием магнитности, возможностью получения путем прокатки листов переменного сечения по длине и дру­ гими свойствами. Однако они дороже стали, это ограничи­ вает их применение в кораблестроении.

В настоящее время алюминиевые сплавы употребляются для изготовления корпусов малых кораблей (торпедных и ракетных катеров и др.). Применение алюминиевых сплавов вместо стали для корпусных конструкций позволяет облегчить вес корпуса корабля примерно на 30—40%.

Снижение стоимости алюминиевых сплавов обеспечит им в будущем равноправное место в ряду конструкционных строительных материалов.

Г. Пластмассы

Пластмассы — новый тип конструкционного материала, который нашел применение в различных областях техники; в настоящее время широко используется при изготовлении судовых корпусных конструкций.

Пластмассы (пластические массы или пластики) —это искусственные материалы, получаемые на основе, главным образом, искусственных (синтетических) и естественных смол,

26

2)наполнители — древесная мука, графит, очесы хлопка, волокнистый асбест, ткань, бумага и т. п., вводятся с целью увеличения механической прочности, повышения термоустой­ чивости и диэлектрических свойств пластмасс;

3)пластификаты — стеарин, касторовое масло, камфора

идругие, увеличивающие пластические свойства пластмассы;

4)красители — порошковые минеральные краски, добав­

Большинство пластических масс, независимо от состава, выгодно отличается от металлов и других материалов высокой антикоррозийной стойкостью в агрессивных средах (морской воде, воздухе, слабых кислотах, нефти и др.), малым удель­ ным весом (0,9—2,3 г/сж3) при сравнительно высоких проч­ ностных характеристиках, хорошими антифрикционными, диэлектрическими и теплоизоляционными свойствами, боль­ шей свето- и электромагнитной проницаемостью, простотой изготовления сложных конструкций с любым декоративным эффектом (цвет, форма поверхности и т. д.), водостойкостью, хорошей отрабатываемостыо и т. д.

Благодаря этим преимуществам пластмассы находят широкое применение в кораблестроении и не только как отде­ лочный материал для оборудования корабельных помеще­ ний, но и как основной материал для постройки мелких судов.

Применяющиеся в кораблестроении пластмассы делятся на т е р м о р е а к т и в н ы е и т е р м о п л а с т и ч е с к и е .

Основой обеих групп пластмасс являются синтетические смолы, получающиеся путем сложной химической переработки (синтеза) различных органических веществ.

Т е р м о р е а к т и в - н ы е п л а с т м а с с ы характерны тем, что при нагревании необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, то есть после формования (изготов­ ления изделия) при повторном нагреве не размягчаются.

Из термореактивных пластмасс изготовляются: корпуса мелких судов, надстройки, лопасти гребных винтов, перебор­ ки, палубы и другие конструкции, несущие иногда значитель­ ные нагрузки.

Из числа пластмасс термореактивного типа наибольшее применение в кораблестроении получили стеклопластики различных марок, текстолит и другие.

27

С т е к л о п л а с т и к и являются основным материалом для изготовления корпусов малых судов (катеров, шлюпок) и других корпусных конструкций. Корпуса судов, изготовленные из стеклопластиков, по сравнению с металлическими, облада­ ют меньшим весом (на 15-К40 %) при той же прочности, не магнитны, не подвергаются коррозии и гниению и имеют

обладает высокой водостойкостью, большой прочностью на сжатие и хорошими диэлектрическими свойствами, применя­ ется для изготовления дейдвудных подшипников и втулок кронштейнов малых и больших кораблей, успешно заменяя дорогостоящее бакаутовое дерево, для изготовления различ­ ных шестерен, втулок и грундбукс насосов, блоков, деталей электрооборудования и т. д.

Т е р м о п л а с т и ч е с к и е п л а с т м а с с ы характерны тем, что их свойства при нагревании изменяются обратимо, то есть при нагревании они размягчаются, а при охлаждении вновь затвердевают.

Из числа известных пластмасс термопластического типа наибольшее применение в кораблестроении получили поли­ этилен, органическое стекло, полиамиды (капрон, нейлон, перлон) и другие.

П о л и э т и л е н является прекрасным материалом для корабельных трубопроводов. Трубопроводы из полиэтилена не вступают в химическую реакцию с проводимой жидкостью, в результате чего отсутствуют химические загрязнения (осадки), в 4 раза легче стальных, не подвержены коррозии, хорошо гнутся, выдерживают давление жидкости до 30 кг/см2-, легко обрабатываются и свариваются путем нагрева горячим воздухом или электричеством. Полиэтилен применяется также

угольники, транспортиры), а также для декоративной отделки салонов, кают-компаний.

П о л и а м и д ы используются для изготовления канатов, брезента, пожарных рукавов. Например, брезент из нейлона почти вдвое легче брезента из натурального волокна, не гниет и удобен в эксплуатации.

Применение пластмасс в кораблестроении дает возмож­ ность существенно повысить качества кораблей, снизить расходы на их постройку и эксплуатацию, сэкономить

28

большое количество цветных металлов и стали, уменьшить применение дерева на кораблях.

В настоящее время одной из важнейших задач в корабле­ строении является постройка из пластмасс боевых кораблей и в первую очередь противоминных, для которых особое зна­ чение имеет ценное качество пластмасс — немагнитность.

Решение этой задачи сводится, главным образом, к нахож­ дению способа надежного соединения отдельных частей корпуса большого корабля, ибо создание его монолитным, как при постройке небольших пластмассовых судов и шлюпок, не представляется возможным.

Д. Дерево и древесные материалы

Значение дерева как основного строительного материала по мере развития стального кораблестроения постепенно утрачивается.

В настоящее время из дерева строятся только корпуса малых кораблей: тральщиков, торпедных катеров и других. В стальном кораблестроении дерево используется как вспо­ могательный материал, например:

—д уб — для обшивки цепных ящиков, для подушек под палубные механизмы;

—я с е н ь — для изготовления весел и гнутых шпангоутов

— б а к а у т — для облицовки внутренней поверхности дейдвудных втулок и втулок кронштейнов гребных валов.

Кроме этого, древесные материалы в виде брусьев, досок, щитов, клиньев и пробок входят в табель снабжения корабля аварийно-спасательным имуществом.

Существенными недостатками дерева являются его неболь­ шая прочность, сравнительная недолговечность и особенно горючесть. Для повышения огнестойкости древесина подвер­ гается пропитке огнестойкими химикатами, называемыми актипиренами. Большое значение имеет замена деревянных изделий изделиями из легких сплавов и пластмасс, чем зна­ чительно повышается противопожарная безопасность корабля.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ

СТАЛЬНОГО КОРПУСА КОРАБЛЯ

В период эксплуатации корабля его корпус и отдельные конструкции подвергаются коррозийному износу, а также получают навигационные и аварийные повреждения: пробои­ ны, деформацию набора, вмятины и выпучины, трещины

29