- •§ 7. Ледовая прочность
- •Устройство и модели судов
- •Проектирование ледоколов
- •Подводные лодки россии
- •§ 1. Современные морские ледоколы
- •Устройство и модели судов
- •Проектирование ледоколов
- •Подводные лодки россии
- •§ 2. Отечественные ледоколы
- •Устройство и модели судов
- •Проектирование ледоколов
- •Подводные лодки россии
- •§ 3. Ледоколы зарубежных стран
- •§ 4. Условия ледового плавания
- •§ 5. Организация работы ледоколов
- •§ 6. Ледовая ходкость
- •§ 7. Ледовая прочность
- •§ 8. Маневренность во льдах
- •§ 9. Заклинивание ледокола во льдах
- •§ 10. Ледопроходимость
- •§ 11. Ходкость на свободной воде
- •§ 12. Остойчивость, качка, непотопляемость
- •§ 13. Главные размерения и их соотношения
- •§ 14. Водоизмещение, мощность, автономность и дальность плавания
- •§ 15. Форма обводов корпуса
- •§ 16. Архитектурно-конструктивный тип
- •§ 17. Общее расположение
- •§ 18. Бортовая обшивка
- •§ 19. Бортовые перекрытия
- •§ 20. Днищевые перекрытия
- •§ 21. Палубы и платформы
- •§ 22. Переборки
- •§ 28. Гидромеханические системы
- •Указатель литературы
- •1 2 3
- •Похожие:
§ 14. Водоизмещение, мощность, автономность и дальность плавания
Водоизмещение ледокола А и мощность его энергетической установки Р — важнейшие параметры, от которых зависят его основные ледовые качества: ледовая ходкость, маневренность во льдах и ледовая прочность. Отношение мощности к водоизмещению (энерговооруженность) часто рассматривают как показатель ледовой ходкости. Оптимального соотношения между Р и А, которое характеризовало бы в целом эффективность работы ледокола во льдах, не существует. Для различных ледовых условий (сплошной лед, битый лед) должен быть свой показатель. Даже, для сплошного льда он не одинаков и зависит от вида работы ледокола (непрерывное движение, набеги). Так, в начальной стадии проектированияв качестве критерия эффективности работы ледокола набегами с известной степенью условности можно принять величину А/Б, пропорциональную толщине ломаемого льда, если последнюю определять из условия равенства кинетической энергии ледокола потенциальной энергии ломки бесконечной балки-полоски шириной Б. Показателем непрерывного движения ледокола является величина (Р/Б)''% которую можно считать пропорциональной предельной толщине льда. Соотношение между мощностью и водоизмещением по-разному влияет на ледовые качества ледокола (ледовую ходкость, ледовую прочность, маневренность и т. д.).
требования, предъявляемые к выбору водоизмещения (при заданной мощности), при различных ледовых качествах противоречивы. Так, увеличение водоизмещения улучшает ледовую ходкость при работе набегами в тяжелых льдах, но ухудшает маневренность. Величина динамических ледовых нагрузок, действующих на корпус ледокола при ходе во льду, с увеличением водоизмещения увеличивается. В зависимости от класса ледокола то одно, то другое из перечисленных основных ледовых качеств может приобретать первостепенное значение. Для вспомогательных ледоколов, например, маневренность во льдах является наиболее важным качеством, в то время как для средних и особенно для мощных ледоколов более важное значение имеют ледовая ходкость и ледовая прочность.
При движении ледокола непрерывным ходом в сплошных, а также в мелкобитых льдах масса ледокола, строго говоря, оказывает влияние лишь на амплитуду колебаний скорости, не изменяя ее среднего значения. С ростом водоизмещения ледокола движение его становится более устойчивым, в этом случае уменьшается и вероятность остановки ледокола вследствие неравно-мерностей различных природных характеристик ледяного покрова.
Абсолютный показатель при таком виде работы ледокола — предельная толщина льда не может быть увеличена за счет увеличения его водоизмещения. С другой стороны, изменение водоизмещения заметно сказывается на ледовой ходкости при работе набегами, когда разрушение льда в основном происходит за счет кинетической энергии массы ледокола, набранной им в процессе разбега. Учитывая сложность и противоречивость требований, предъявляемых к выбору водоизмещения, для получения необходимой ледовой ходкости при проектировании ледокола стремятся получить минимальное водоизмещение. Такое решение будет оптимальным также и для ледовой прочности, и маневренности.
При определении мощности энергетической установки ледокола обычно исходят из предельной толщины ровного сплошного льда Лпр. На первой стадии проектирования эффективная букси ровочная мощность ледокола может быть приближенно опреде лена с помощью следующей эмпирической формулы:
Рэф = 0,15С, (65)
^Я^Рэф выражено в лошадиных силах, а к — в сантиметрах. С другой стороны, как известно.
где Я — полное ледовое сопротивление, кгс; V — скорость судна, м/сек.
Формула (65) получена на основании обработки данных по отечественным ледоколам. Она обладает достаточной для предварительных расчетов точностью (рис. 81).
Мощность на гребных валах
где "Ппр — пропульсивный коэффициент полезного действия судна. Мощность на фланцах первичных двигателей
где — полный пропульсивный коэффициент, равный:
"Пп = -Ппр-Ппер- (68)
Коэффициент Tinep учитывает потери, возникающие при передаче мощности от первичного двигателя к винту. Для ледокола, оборудованного гребным электроприводом, он выражается формулой
где \ и ц'^ — соответственно к. п. д. гребного электродвигателя и главных генераторов; r]J — к. п. д., учитывающий потери в электросети главного тока; -n^ — к. п. д. валопровода.
Коэффициенты Tin и Ti^p можно определить, используя данные прототипа. При выборе прототипа надо стремиться к тому, чтобы он по возможности был близок к проектируемому судну по мощности, водоизмещению, главным размерениям, типу первичного двигателя и типу передачи мощности. Эти факторы в пер вую очередь оказывают влияние на величину коэффициентов
"Ппер и Лпр-
Значения Т1пр н Т1пер прн движении ледокола непрерывным ходом в ровных сплошных льдах предельной толщины
''пр 'Чпер
Москва.................... 0,070 0,84
Капитан Белоусов............... 0,065 0,84
Василий Прончищев.............. 0,075 0,84
Сибирь.................... 0,060 0,87
Красин.................... 0,060 0,88
Величина мощности, полученная в результате указанного расчета, может быть использована для выбора двигателей ледокола.
Если в задании на проектирование оговорено водоизмещение ледокола, то мощность его энергетической установки в начальной стадии проектирования может быть определена с помощью показателя энерговооруженности P^JA, выбранного по прототипу.
В тех случаях, когда задание на проектирование кроме величины содержит некоторые дополнительные требования, касающиеся, в частности, главных размерений ледокола, предварительно определяют мощность более точно с использованием формулы (1), которая позволяет учесть влияние размерений и формы обводов корпуса. На дальнейшей стадии проектирования, после того как будут выполнены дополнительные проектные проработки, уточняют Лпр. Для этого после определения "Пп^р вычисляют величину мощности на гребных валах Р^, находят Рэф и тягу винтов, а затем с помощью формулы (1) определяют величину Лпр. Поверочный расчет ходкости ледокола в битых льдах производят с помощью формул (3) и (4), а на свободной воде — с помощью методики, приведенной в § 12.
Автономность — важное эксплуатационное качество ледокола, которое во многом определяет весовую нагрузку и водоизмещение ледокола. Как правило, требования в отношении автономности указываются заказчиком в задании на проектирование. В общепринятом смысле автономность — это время, в течение которого судно способно двигаться по свободной воде с заданной скоростью хода (полного или экономического) при условии обеспечения всех судовых нужд.
Эксплуатационный показатель автономности ледокола — время, в течение которого он может работать, развивая максимальную мощность энергетической установки (вне зависимости от скорости хода). У ледоколов, использующих обычное минеральное топливо, автономность при полной мощности невелика; даже у мощных ледоколов она, как правило, не превышает одного месяца, несмотря на наличие больших запасов топлива.
Так, например, запас топлива ледокола типа Москва достигает 30% его водоизмещения, намного превышая вес всех прочих судовых запасов вместе взятых (полный запас дизельного топлива 3200 т, максимальный — 4250 т, а наибольший возможный — 4900 т). Суммарный вес всех остальных судовых запасов, включающих котельное топливо, смазочное масло, пресную воду, провизию и прочее составляет около 1200 т. Запас топлива канадского ледокола Луи С. Сан-Лоран, имеющего мощность тур-боэлектрической энергетической установки примерно равную мощности ледокола Москва, составляет 2700 т или 20% от его водоизмещения. Несмотря на это, наибольший запас топлива в состоянии обеспечить работу энергетической установки ледокола Москва на максимальной мощности лишь в течение 36 суток, а ледокола Луи С. Сан-Лоран — 20 суток. В то же время автономность ледокола Москва по прочим судовым запасам достигает 12 месяцев (с учетом того, что запасы пресной воды могут пополняться за счет работы опреснительной установки).
Условия эксплуатации в Арктике обязывают мощные отечественные ледоколы обходиться без захода в порты до б—7 месяцев подряд. При проектировании мощного ледокола Луи С. Сан-Лоран предполагалось, что в среднем за год эксплуатации он будет работать 800 ч в тяжелых ледовых условиях, развивая максимальную мощность энергетической установки. Таким образом, для ледоколов, работающих на обычном топливе, автономность, требуемая по условиям эксплуатации в Арктике, не может быть достигнута. Поэтому на практике ледоколы вынуждены бункероваться в море, получая топливо с судов-снабженцев.
Для ледоколов, работающих на ядерном топливе, проблемы автономности не существует. Автономность атомохода Ленин составляет 12 месяцев по всем видам запасов. В течение всего этого времени энергетическая установка ледокола в состоянии работать с максимальной мощностью.
При проектировании ледоколов, работающих на обычном топливе, автономность по топливу и запасам пресной воды выбирают максимально возможной при данных главных размерениях и водоизмещении, а прочие запасы рассчитывают исходя из требований практики эксплуатации ледокола данного класса. Последняя составляет: для мощного ледокола — 8—12 месяцев, для среднего ледокола — 4—8 месяцев, а для вспомогательного— 0,5 — 3 месяца.
Дальность плавания ледокола, так же как и обычного транспортного судна, принято измерять наибольшим расстоянием, которое он способен пройти по чистой воде, следуя с заданной скоростью экономичного хода. Таким образом, дальность плавания характеризует радиус действия ледокола при плавании на свободной воде, в то время как о радиусе его действия во льдах
в большей степени позволяет судить автономность при работе на максимальной мощности.
в отличие от обычных транспортных судов, ледоколы обладают большими возможностями в выборе экономического режима плавания в любых условиях эксплуатации, в том числе и при плавании на свободной воде. Эта особенность обусловлена тем, что ледокол — многовинтовое судно с передачей мощности к гребным винтам от первичных двигателей, состоящих из нескольких агрегатов. Так, например, на ледоколе типа Москва, оборудованном тремя кормовыми гребными винтами, принято в режиме экономического хода использовать 50% максимальной мощности энергетической установки (т. е. 11 ООО л. с). Эту мощность обеспечивают четыре дизель-генератора, общее число которых 8. На гребные винты мощность может быть передана в разной пропорции: 1:2:1 (т. е. по одному работающему дизель-генератору на бортовые винты и два на средний винт), 2:0:2 или О : 4 : 0. В зависимости от условий работы ледокола та или иная схема распределения мощности может оказаться выгодней. Так, для достижения наибольшей дальности плавания на свободной воде наиболее рационален режим 1:2:1. В этом случае при = И ООО л. с. ледокол развивает скорость 16,5 уз (кривая ///, рис. 82), в то время как режим 0:4:0 позволяет достичь скорости 15,4 уз (кривая /), а режим 2:0:2 — 16,2 уз (кривая //).
При назначении скорости экономического хода в расчетах дальности плавания ледокола следует исходить из наиболее выгодного режима. Каждый построенный ледокол должен быть снабжен диаграммами, позволяющими судоводителю избирать наиболее выгодный режим работы гребной установки для различных условий эксплуатации.
⇐Предыдущая глава Оглавление Следующая глава⇒