Министерство образования и науки Украины

ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

В.К. Рябченко, Ю.П. Кучер

УСТРОЙСТВО

СУДНА

Учебное пособие под редакцией В.Ф.Сиряченко

Издание четвертое, переработанное и дополненное

Одесса

“Фенікс”

2012

УДК 629.12.011/075.8

ББК 39.42-011

У 216

Рекомендовано ученым советом Одесской национальной морской академии в качестве учебного пособия. Протокол №2 от 2011 г.

Рецензенты:

профессор кафедры “Теория и устройство судна”, Одесской национальной морской академииВ.Г.Сизовд.т.н., профессор;

декан факультета “Морское судовождение”, Одесской национальной морской академииН.Н. Цымбалк.т.н., профессор.

Учебное пособие соответствует типовому модель-курсу Международной морской организации IMO7.03.

Рябченко В. К.,Кучер Ю. П., под редакцией Сиряченко В.Ф.

У 216 Устройство судна: Учебное пособие / Одесская национальная морская академия. – Изд. 4-е, перераб. и доп. под редакцией Сиряченко В.Ф.– Одесса:Фенікс, 2006.- 117с.

ISBN966-8631-18-8

В учебном пособии изложены: краткий обзор развития судоходства и судостроения, классификация судов, особенности отдельных типов судов, понятие о форме судна и мореходных качествах, конструкция корпуса, судовые устройства и общесудовые системы.

Предназначено для курсантов и студентов специальности 7.100301 “Судовождение”и может быть использовано для других специальностей.

Все замечания и пожелания по улучшению пособия будут приняты с благодарностью, просьба присылать их в адрес ОНМА: 65029, Одесса, ул. Дидрихсона, 8, кафедра “Теория и устройство судна”, В. К. Рябченко, Ю. П. Кучер, В.Ф. Сиряченко

ISBN966-8631-18-8© ЧП “Фенікс”, 2010

© Ю.П. Кучер, В.К. Рябченко, под редакцией Сиряченко В.Ф.2010

Введение

Свыше 70% поверхности земного шара занимают моря и океаны. Моря и океаны являются не только источниками многих ценных пищевых продуктов, разнообразных видов минерального сырья и энергии, но и удобными водными путями сообщения. Издавна люди начали совершать плавания по морям с целью обмена товарами. Развитие мореплавания способствовало развитию торговли, возникновению мирового рынка, что в свою очередь, способствовало обмену знаниями. Неслучайно именно на берегах морей возникли первые цивилизации. С развитием мореплавания развивалось и судостроение – одна из самых древних отраслей промышленности. Академик А.Н.Крылов писал, что “…начало искусства судостроения восходит к глубочайшей древности и теряется не только в не дошедшей до нас истории исчезнувших культур и цивилизаций, но оно предшествовало даже самой культуре и цивилизации.”

В средние века морской транспорт постепенно выделяется в самостоятельную отрасль транспортной промышленности. Если ранее суда принадлежали владельцам товаров – купцам, то с начала XIX века создаются первые компании, специализирующиеся на перевозке грузов. Бурно развивающаяся промышленность, для которой требуется все больше сырья и рынков сбыта, также вызывает рост морских перевозок. Используя деревянные парусные суда нельзя было добиться сохранности грузов, регулярности доставки товаров, безопасности плавания, экономичности.

Техническая революция (механический двигатель, стальной корпус) дала небывалый толчок развитию судостроения. В то же время появляется и специализация судов: сухогрузные, наливные, пассажирские.

Еще больше возросла роль морского транспорта в настоящее время в связи с увеличением общих масштабов мирового промышленного и сельскохозяйственного производства и товарообмена, вызванного крайне неравномерным размещением на земном шаре природных ресурсов, населения и производства. Роль морского транспорта в международном разделении труда и создании мирового рынка характеризуется удельным весом перевозок морем в общих перевозках грузов внешней торговли. В настоящее время удельный вес морского транспорта во всех грузоперевозках составляет примерно 65%.

Доля морских перевозок в перевозках внешнеторговых грузов в некоторых странах составляет 100%. Морской транспорт, обеспечивающий главным образом межгосударственные экономические связи, всегда рассматривается в качестве важного инструмента международной политики.

Морской транспорт является не только удобным, но и самым дешёвым видом транспорта. Естественные пути, большие размеры транспортных средств, малое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и т.д. – все это обеспечивает невысокую по сравнению с другими видами транспорта себестоимость перевозки грузов (примерно 60% от ж/д и внутренневодного транспорта, 2,5% автомобильного, 1% воздушного).

Рассмотрим более подробно факторы, влияющие на перспективы развития морского транспорта. В последние десятилетия некоторые виды перевозок морского транспорта отошли к другим видам транспорта. Так пассажирские перевозки на дальние расстояния выполняются в настоящее время авиационным транспортом, так как этот вариант оказывается более дешевым (через Атлантику в 2 раза дешевле) и более быстрым. Но на коротких расстояниях морские пассажирские суда (паромы) успешно конкурируют с авиатранспортом (так как затрачивается время на доставку в аэропорт, формальности, а суда практически приходят в центр города). Широкое развитие в последние годы получили пассажирские суда для отдыха и путешествия – круизные суда.

На местных линиях успешно используются пассажирские катера и суда на подводных крыльях и на воздушной подушке, которые имеют высокие скорости. Авиационный транспорт также широко используется для перевозки скоропортящихся грузов (цветы и т.д.), срочных грузов (запчасти и т.д.) и дорогостоящих и сравнительно легких грузов (с целью ускорения оборота капиталовложений целесообразно оплатить высокую стоимость авиаперевозок).

Широкое распространение получил трубопроводный транспорт, но его применение возможно при больших грузопотоках жидких грузов и не очень больших расстояниях (для этого транспорта характерны малые эксплутационные расходы и большие затраты на строительство).

Мировая экономика требует перевозки многих миллиардов тонн грузов и, кроме того, объемы перевозок непрерывно увеличиваются. Такой объем перевозок может обеспечить только морской транспорт, что и обеспечивает его развитие. Важным фактором, обеспечивающим привлечение грузов на морской транспорт является то, что стоимость перевозки на морском транспорте значительно ниже, чем на железнодорожном транспорте и во много раз меньше, чем на автомобильном и воздушном транспорте.

Основные тенденции в развитии морского транспорта.

Определяющие факторы развития морского транспорта: снижение стоимости перевозки и повышение скорости доставки груза от изготовителя до потребителя. Снижение себестоимости и стоимости перевозки позволяет привлечь больший грузопоток. Повышение скорости доставки грузов позволяет судовладельцу увеличить оборачиваемость и провозоспособность судна, а грузоотправителю – ускорить оборачиваемость затраченных на товар средств (сократить омертвление капиталовложений во время транспортировки).

Снижение себестоимости перевозок.

Одним из направлений, обеспечивающим снижение себестоимости перевозки, является увеличение размеров судов.

Действительно, при увеличении грузоподъемности танкера с 25 000 тонн до 250 000 тонн стоимость танкера увеличивается только, примерно, в 3 раза (при увеличении грузоподъемности в 10 раз капиталовложения увеличиваются, примерно, в 3 раза). Аналогично положение с мощностью машинной установки: при увеличении грузоподъемности втрое (с 90 000 тонн до 270 000) мощность необходимо увеличить только примерно на 18% при обеспечении той же скорости 17 узлов (только на 18% увеличиваются расходы топлива). При увеличении грузоподъемности судна экипаж практически не изменяется. Все эти факторы существенно снижают себестоимость перевозки, что привело к бурному росту размеров судов в конце ХХ века.

Были построены танкеры полной грузоподъемностью более 600 000 тонн и спроектированы танкеры полной грузоподъемностью 1 млн. тонн. Построены заводы-строители и доки для ремонта таких судов. Углублены подходные каналы и обустроены причалы. Однако, практика эксплуатации таких гигантов показала, что не была учтена экономически обоснованная партионность грузов. Действительно, для накопления необходимого количества нефти в порту для загрузки танкера грузоподъемностью 500 000 тонн необходимо значительное время, также необходимо значительное время для переработки этой нефти, доставленной в порт назначения. Это приводит к тому, что с учетом высокой стоимости нефти значительные средства исключаются из оборота (“замораживаются”). Поэтому наиболее крупные танкеры были поставлены на прикол и используются как нефтехранилища, а танкеры грузоподъемностью 200-300 тыс. тонн используются при частичной загрузке 100-150 тыс. тонн. Более медленно, но устойчиво растут размеры контейнеровозов (до 8 тыс. контейнеров), балкеров (для насыпных грузов до 200-300 тыс. тонн грузоподъемности). Рост размеров контейнеровозов обусловлен их быстрой погрузкой и выгрузкой, ростом объемов перевозок, заходом в ряд портов на погрузку-выгрузку за рейс. Рост размеров балкеров оказался целесообразным в связи с низкой стоимостью навалочных грузов и желанием металлургических заводов – потребителей усреднить состав руды (что возможно при больших ее запасах).

Уменьшение веса судна (при одинаковом водоизмещении) позволяет перевезти больше груза и, обычно, снижает себестоимость судна. Все это приводит к снижению себестоимости перевозок.

Достигается уменьшение веса корпуса судна за счет полного отказа от клёпаных соединений корпуса и перехода на сварные, применением высокопрочной стали, алюминиевых сплавов (суда на воздушной подушке, подводных крыльях, катера, надстройки пассажирских судов). Позволяют уменьшить вес судна новые прогрессивные методы расчета прочности с использованием ЭВМ, отказ от запаса на коррозию (примерно 20%) за счет использования защитных покрытий, электрохимической защиты от коррозии.

Веса механизмов уменьшаются за счет перехода с литых конструкций на лито-сварные. Уменьшается вес двигателя при той же мощности за счет форсирования наддува, повышения давления и совершенствования процессов, увеличения числа оборотов.

Снижение затрачиваемой мощности для достижения заданной скорости обеспечивает уменьшение расходов на топливо и снижает капитальные затраты. За вторую половину 20-го века использование мощности улучшилось вдвое. Это достигается совершенствованием формы судна для уменьшения его сопротивления и совершенствованием движителя – винта.

Уменьшение сопротивления движению судов достигается отработкой формы моделей судов в бассейнах, применением бульбообразной формы носа, сигарообразной формы кормы, самополирующихся красок. Совершенствование формы винта достигается отработкой его формы с помощью испытаний в различных установках, совершенствованием методов расчета, оптимизацией формы с учетом взаимодействия с корпусом судна, точным изготовлением до 5-8 мк, полировкой винта и другими методами.

Существенную роль в снижении себестоимости перевозок грузов оказывает прогресс в развитии главных двигателей судов.

В качестве главных двигателей на судах использовались во второй половине 20-го века паровые турбины, газовые турбины, дизели, атомные силовые установки (в конце века). В начале второй половины 20-го века паровые турбины устанавливались на крупные или на скоростные суда, если наибольшая мощность существующих дизелей оказывалась недостаточной или, если дизельная установка такой мощности занимала слишком много места на судне. С большим расходом топлива на турбинных установках мирились, так как топливо было дешевле дизельного.

Благодаря прогрессу в дизелестроении в конце 20-го века имелись уже низкооборотные (100-120 об/мин) дизели любой агрегатной мощности, работающие на значительно более дешевом тяжелом топливе и при значительно меньшем расходе, чем у турбин. В этом случае возможна прямая передача на винт, который работает при таких оборотах с высоким КПД. В случае, если место машинной установки ограничено, то возможно использование среднеоборотных дизелей (около 400 об/мин), что обеспечивает малый объем машинных отделений. Это привело к тому, что все новые суда стали строить с дизельным двигателем, а на ряде старых судов заменены турбины дизелями.

Газовые турбины пока что имеют большой расход дорогого топлива, установки эти считаются экспериментальными. Газовые турбины имеют ряд существенных преимуществ и, если удастся значительно снизить расход топлива, то они займут достойное место на судах.

Атомные силовые установки ограничены в применении, так как с этими установками не разрешен заход почти во все порты мира, проход через проливы, каналы.

Даже в середине 20-го века люки для погрузки сухогрузных судов были сравнительно небольшими, закрывались деревянными крышками и обтягивались брезентом для обеспечения непроницаемости. Размеры люков были небольшие, потому что даже при этих размерах часто в шторм срывались брезенты, что приводило к подмочке груза, а иногда и к затоплению судна. Небольшие размеры люков приводили к тому, что погрузка должна была вестись небольшими и нетяжелыми (меньше 3-5 тонн) грузовыми местами, чтобы перемещение грузов в трюме вне грузового люка – в “карманах” - можно было осуществлять внутритрюмной механизацией или вручную. Все это приводило к тому, что стоянки сухогрузных судов под грузовыми операциями составляли порядка 50% эксплутационного времени. В этих условиях было нецелесообразно увеличивать скорость судов для повышения скорости доставки груза и увеличения оборачиваемости судов. Действительно, увеличение скорости судов мало увеличивало скорость доставки грузов (только 50% на ходу), а увеличение скорости требует увеличение мощности двигателя и расходов топлива примерно в кубе.

Переход с деревянных на металлические механизированные люковые закрытия позволил значительно повысить надежность закрытия люков, что вместе с совершенствованием расчетов прочности позволило значительно увеличить размеры грузовых люков. Появились открытые суда с шириной люков до 80%-85% ширины судна, что позволило грузовыми кранами портов грузить груз сразу на свое место в трюме (без перемещения в трюме судна “вручную” или с помощью трюмной механизации). Это в свою очередь позволило увеличивать размеры и массу грузовых мест. Все это позволило увеличить темпы грузовых работ, сократить стоянку судна и сделало целесообразным увеличение скорости судов.

Появление грузовых мест стандартных размеров – контейнеров 20’х8’х8’ (т.н. 20 футовых) массой до 20 тонн и контейнеров 40’х8’х8’(т.н. 40 футовых) массой до 35 тонн позволило приспособить суда для их перевозки. При этом:

• размеры люков и трюма выполнять кратными размерам контейнеров,

• для более быстрой погрузки в трюмах, а иногда и на полубах судов-контейнеровозов устроены вертикальные направляющие, которые позволяют исключить время и затраты на крепление грузов.

Ящики – контейнеры заполняются грузом у изготовителя, а выгружаются у потребителя – это исключает промежуточные перегрузки грузов, что ускоряет процесс, предотвращает повреждение и хищение грузов. Все это ускоряет доставку грузов и делает целесообразным увеличение скорости судов-контейнеровозов до 20-22 узлов и более.

Увеличение размеров и массы грузовых мест оказалось очень эффективным, но дальнейшее увеличение оказалось нецелесообразным из-за невозможности их перевозки на автомобильном и железнодорожном транспорте. Поэтому дальнейшее увеличение грузовых мест связано с плавучими контейнерами – лихтерами. Аналогично обычным контейнерам лихтера загружаются у изготовителей и по внутренним водным путям транспортируются в устьевые рейдовые порты, где загружаются на крупные океанские суда. Из порта выгрузки лихтеры доставляются потребителям аналогично. Грузоподъемность лихтеров от 450 тонн до 1300 тонн, грузоподъемность лихтеровозов до 60000 тонн и скорость до 22 узлов.

Другим направлением, обеспечивающим значительное ускорение погрузки – выгрузки, было развитие горизонтального метода грузовых операций, при котором груз на судно перемещается практически горизонтально, что не требует больших затрат мощности и энергии. Суда, приспособленные для горизонтальной погрузки ( так называеые - накатные), называются ролкерами.

Ранее погрузка сухогрузных судов практически всегда осуществлялась вертикальным методом, то есть груз портовым или судовым краном поднимался вверх, переносился горизонтально до соответствующего положения над трюмом судна, а затем опускался в трюм. Этот процесс требует больших затрат энергии и весьма больших и мощных грузовых устройств и характеризуется сравнительно низкой производительностью. Кроме того, у борта судна могут работать 1–2 ( максимум 3) портовых грузовых крана.

Первоначально суда с горизонтальным методом грузовых работ использовались только для перевозки колесной техники. Затем появились специальные площадки с колесами, на которые грузились любые генеральные грузы и с помощью тягача завозились на судно. А затем появились мощные погрузчики, которые способны грузить контейнеры 20’ и 40’ и другие грузы, стали завозить на судно генгрузы на автомашинах и сгружать с помощью погрузчиков.

Эти методы погрузки специализированных судов – ролкеров позволяют создать непрерывный поток грузов, что значительно ускоряет темпы грузовых работ и сокращает стоянку под грузовыми операциями. Сокращение стоянки делает целесообразным увеличение скорости этих судов до 20-22 узлов.