Проектирование судов. В 3 ч. Ч. 1

Обычно в начальных стадиях проектирования всю нагрузку представляют в виде укрупненных ее разделов и уравнение масс записывают в виде

где mко – масса корпуса оборудованного; mм – масса механизмов;

mi (i = 11, 14, 15, 16, 17) – массы i-го раздела нагрузки. При этом масса корпуса оборудованного

mко m01 m02 m03 m05 m07 m09 m10 m12 m13,

а масса механизмов

В зависимостях для mко и mм индексом «ʹ» обозначают величины, относящиеся к корпусу, а индексом «ʺ» – к механизмам.

На основании опыта, накопленного в теории проектирования, масса корпуса mко в уравнении (3.2) принимается пропорциональной водоизмещению D или полному объему корпуса. В расчетных зависимостях эта предпосылка представляется через пропорциональность массы корпуса mко объему параллелепипеда, построенного на главных размерениях судна L, B, H. Произведение главных размерений LBH в расчетной практике называется кубическим модулем.

Масса механизмов mм в (3.3) принимается пропорциональной мощности главных двигателей N:

Показатель k в (3.4) в большинстве случаев принимается равным 1, и только для энергоустановок со сравнительно легкими главными двигателями (по относительной массе на единицу их мощности), к которым относят паровые и газовые турбины, его принимают рав-

ным 2/3.

20

3.2. Методика расчета водоизмещения судна D при заданных дедвейте либо грузоподъемности

Решение уравнения (3.2) производят путем выражения определяемых масс через измерители масс.

Измерителем массы называется коэффициент пропорциональности между нагрузками массы и элементами (характеристикам) судна.

С учетом сказанного

где pко и qко – измерители массы, отнесенные к водоизмещению и кубическому модулю соответственно.

Поскольку массу mко в (3.5) необходимо выразить через водоизмещение, то для этого измеритель следует рассчитать по прототипу

pко mко .D 0

Представление измерителя qко по зависимости

дает более надежные расчеты. Поэтому qко иногда определяют по прототипу, а в уравнение (3.5) подставляют pко, выраженное в виде

зависимости pко f qко :

pко qко H .

ρδ0 T 0

Аналогично массу механизмов, учитывая (3.4), выражают уравнением вида

mм pмN pм D2C3a 3 ,

21

где pм – измеритель массы механизмов, зависящий от типа СЭУ, вспомогательных механизмов и оборудования. Величина pм определяется по судну-прототипу:

pм mм .N 0

Адмиралтейский коэффициент Сa также определяется по прототипу:

Ca D2N3 3 0.

Запас водоизмещения m3в m11 вычисляется в долях водоизме-

щения порожнем в зависимости от стадии проектирования. В расчетной практике для определения m3в используется зависимость

m3в p3вD,

где m3в – измеритель запаса водоизмещения, принимаемый 0,01– 0,025.

Учитывая изложенное, уравнение (3.2) можно представить в виде

если в исходных данных задается дедвейт судна Dw.

Если задается грузоподъемность, то уравнение (3.6) видоизменяется:

D pкоD pм D2C3a 3 p3вD Dw m14 m15 m16 m17.

При заданном дедвейте уравнение (3.6) решается сразу после приведения его к виду

22

где

a 1 pко p3в ,

b pм 2 , Ca

c Dw.

При заданной грузоподъемности судна mгр m15 прежде чем

приступить к решению уравнения (3.7), необходимо определить составляющие дедвейта Dw. Делается это следующим образом.

Масса m16 запасов топлива, масла и питательной воды для котлов будет

m16 qтK1K2NA qтK1K2 D2C3a 3 A,

где qт – удельный расход топлива главных двигателей; для дизельных двигателей qт 0,17 0,20 кг/кВт·ч;

K1 – коэффициент морского запаса, учитывающий непредвиденные гидрометеоусловия, возможные изменения скорости хода и курса:

K1 = 1,15–1,2;

K2 – коэффициент, учитывающий увеличение расхода топлива на работу вспомогательных механизмов, запас смазки и питательной воды, на стояночные режимы: K1 = 1,1–1,2;

A – автономность судна по запасам топлива, ч.

Масса m14 из раздела нагрузки складывается из составляющих: m14 mэ mпр mв m0,

где mэ – масса экипажа:

mэ 0,12nэк ;

nэк – число членов экипажа;

0,12 – средний норматив массы одного члена экипажа; mпр – масса запасов провизии:

mпр 0,004nэкA;

23

0,004 – средний норматив запасов провизии на одни сутки; A – автономность плавания, сут;

mв – масса пресной питьевой и мытьевой воды:

mв 0,15nэкA;

0,15 – минимальная норма расхода пресной воды на одного человека в сутки;

m0 – масса пищевых отходов, определяемых по норме 1,2 кг на человека в сутки:

m0 0,0012nэкA;

m17 – масса сточно-фановых, принимаемая равной массе mв пресной воды, и подсланевых вод.

Массу подсланевых вод принимают в зависимости от мощности

где

a 1 pко p3в ,

b pм qтK1K2A 3 ,

Сa

c m14 m15 m17.

Если в ТЗ указана не автономность, а дальность плавания r, тогда A r .

Уравнение (3.8) является алгебраическим уравнением третьего

24

и решается любым алгебраическим способом (итерации, графическим и т. д.).

В результате решения уравнения (3.9) определяется искомое водоизмещение судна D1, которому присваивается индекс «1», означающий первое приближение.

3.3. Определение в первом приближении главных размерений и коэффициента общей полноты

После нахождения водоизмещения судна D1 в первом приближении можно найти главные размерения L, B, H.

Определение ГР можно осуществить двумя способами: 1. Путем совместного решения системы уравнений

Если в (3.10) использовать относительную метацентрическую высоту h Bh , то получим выражение

где

1 2 ; 11,4

2 1 α 0,5. 2 δ

Значения относительной МЦВ h имеют значения:

–0,04–0,05 (сухогрузы);

–0,015–0,02 (лесовозы);

–0,07–0,12 (танкеры).

25

Уравнение грузовместимости

Уравнение (3.11) выражает кубатуру трюмов через L, B, H. Здесь mгр – грузоподъемность, т;

μгр– удельный погрузочный объем (объем, занимаемый единицей груза), м3/т;

δтр = 0,93–0,96 – коэффициент полноты трюма;

ς= 0,08–0,1 – коэффициент, учитывающий проходы, трапы

идругие места, незанятые грузом;

λ = 0,7–0,76 отношение длины трюмов к длине судна; χ – коэффициент учитывающий объем набора, двойного

дна и двойных бортов в районе трюма; для судов с двойным дном

идвойными бортами χ = 0,18–0,24; для судов без двойного дна

идвойных бортов χ = 0,02–0,07.

2.Способ определения размерений по прототипу.

26

где B0 T0 и L0 B0 – соотношения главных размерений, прини-

маемые по данным судна-прототипа; ρ – плотность воды ρ = 1 т/м3 для речной и ρ = 1,025 т/м3 для

морской воды; δ1 – коэффициент общей полноты, принимаемый по данным судна-

прототипа: δ1 = δ0.

Подставляя полученное значение B1 в выражение (3.12), получим

После нахождения главных размерений необходимо уточнить коэффициент общей полноты δ. Из ТК известно, что δ f Fr , поэтому определим число Фруда по L1:

27

Fr gυL1 .

Можно определить δ по таким зависимостям:для сухогрузов при Fr = 0,14–0,26

для танкеров и судов, перевозящих массовые грузы:

Таким образом, для определения коэффициента δ необходимо по заданной скорости и рассчитанной длине подсчитать число Фруда и затем по (3.14) либо (3.15) вычислить диапазон изменения δ. Если принятое ранее по прототипу δ попадает в этот диапазон, то для дальнейших расчетов следует принять это значение δ1.

Если δ не попадает в диапазон значений по (3.14) или (3.15), то следует остановиться на значении δ, которое получается по результатам расчета по (3.14) или (3.15), и повторить расчет по определению главных размерений судна.

Следует иметь в виду, что отношение L значительно влияет на

B

ходкость и строительную стоимость судна; TB – на остойчивость

и качку; НT – на вместимость и непотопляемость судна; HL – на

общую прочность. Поэтому прежде чем принять у проектируемого судна отношение главных размерений такими же, как и у прототипа, необходимо произвести тщательный анализ мореходных качеств судна-прототипа.

Кроме того, желательно, чтобы соотношения главных размерений судна не выходили за пределы, рекомендованные Правилами и приведенные в табл. 3.1.

28

Таблица 3.1

Соотношение главных размерений

После корректирования основных элементов переходят к расчету нагрузкипроектируемого судна, который сводят втаблицу (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Нагрузка масс проектируемого судна в первом приближении

29