!Проект Коробка (на основе прототипа С-1) (Бормотов А) / !Литература / Выбор основных характеристик морских транспортных судов

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

В. А. Зуев Н. В. Калинина Ю. И. Рабазов

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

МОРСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СУДОВ

НА НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рекомендовано УМО по образованию в области кораблестроения

иокеанотехники для курсантов Военно-морского инженерного института

истудентов высших учебных заведений

Нижний Новгород 2012

1

УДК 629.12.001:2 ББК 39.42

З 93

Рецензент

доктор технических наук Е.М.Грамузов

Зуев В. А., Калинина Н. В., Рабазов Ю. И.

З 93 Выбор основных характеристик морских транспортных судов на начальной стадии проектирования: учеб. пособие / В.А. Зуев, Н.В. Калинина, Ю.И. Рабазов; Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2012. - 225 с.

ISBN 978-5-93272-423-1

Содержит рекомендации по проектированию и материал по основным характеристикам некоторых морских транспортных судов и судов смешанного плавания.

Предназначено для студентов кораблестроительного факультета при выполнении курсового проекта по основам кораблестроения. Пособие может быть полезно также при работе над дипломным и курсовым проектом судна.

Рис. 55. Табл. 33. Библиогр.: 10 назв.

УДК 629.12.001:2 ББК 39.42

2

10.ОБЕСПЕЧЕНИЕ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ СУДНА ………………………... 84

11.СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА ……..……………….. 90

12.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ ………………………………….. 99

12.1.Расчет гребного винта ……………………………………………………... 99 12.2. Паспортная диаграмма ……………………………………………………. 104

3

В В Е Д Е Н И Е

При изучении дисциплины «Основы кораблестроения», согласно учебному плану бакалаврской подготовки по направлению «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», предусматривается выполнение студентами курсового проекта. Теоретической базой проекта является содержание курса «Основы кораблестроения» и других кораблестроительных дисциплин: «Судовые энергетические установки», «Судовые устройства и системы», «Технология судостроения», по которым также выполняются курсовые проекты.

Впроекте по основам кораблестроения студент решает задачи по выбору основных элементов проектируемого судна, его архитектурно-конструктивном типе, оценке мореходных и эксплуатационных качеств, разработке схемы общего расположения и схемы набора судовых конструкций. В других проектах бакалаврской подготовки студент проводит выбор судовых устройств и систем для проектируемого судна, подробно разрабатывает одно из устройств и одну из систем. Проводится проектирование энергетической установки судна. В результате работы по проектам рассматривается достаточно большой круг разнообразных задач, связанных с проектированием судна. Совокупность этих проектов и работ представляется студентами в Государственную комиссию при защите академической степени бакалавра наук по направлению «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры». Кроме того, выполнение этих проектов имеет и другую цель - подготовку студентов к выполнению в дальнейшем дипломного проекта.

Впособии рассмотрены морские грузовые самоходные суда. В приложении приведены практические данные по ряду судов последних лет постройки.

Выполнение всей работы базируется на техническом задании, выдаваемом индивидуально каждому студенту. Для грузовых судов такое задание дается в следующем порядке:

основное назначение судна;

класс судна и район плавания;

грузоподъемность и грузовместимость;

скорость хода на глубокой воде (или мощность энергетической установки);

автономность по запасам топлива (или дальность плавания);

количество членов экипажа;

ограничения на элементы судна, связанные с условиями эксплуатации. Последовательность и объем работ по проекту приведены в инструкции [8]. Определение основных элементов судна может быть осуществлено с использова-

нием различных уравнений и методов теории проектирования судов. В курсовом проекте рекомендуется использовать аналитические уравнения теории проектирования, дополненные данными по судам-прототипам с последующей проверкой мореходных и эксплуатационных качеств судна.

4

1. АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫЙ ТИП СУДНА

1.1. Технико-эксплуатационные характеристики судов

Прежде чем приступить к указаниям по выполнению проекта, дадим некоторые определения технико-эксплуатационных характеристик судов.

Главные размерения судна - характерные размеры судна: длина L, ширина B, осадка T, высота борта H. Различают главные размерения - расчетные, наибольшие и габаритные.

Водоизмещение судна - количество воды, вытесненной плавающим судном; измеряется в единицах массы или объема. Объемное водоизмещение V численно равно объему подводной части корпуса, включая выступающие части (рули, кронштейны и т.п.). Массовое водоизмещение D численно равно массе всего судна и находящихся на нем грузов.

Грузоподъемность судна mгр - масса перевозимых грузов. Грузоподъемность подразделяется на полную (дедвейт) и полезную - массу полезного груза, который может принять судно при осадке по грузовую ватерлинию.

Дедвейт DW - полная грузоподъемность судна (масса всех грузов, которые может принять судно). В дедвейт входит масса полезного груза, судовых запасов, масса топлива, воды, смазочных материалов, масса питьевой воды и провизии, масса экипажа и т.п. У гражданских судов дедвейт равен разности между полным водоизмещением и водоизмещением порожнего судно.

Грузовместимость судна W - суммарный объем помещений судна, предназначенных для перевозки грузов; измеряется в кубических метрах.

Важной объемной характеристикой судна является регистровая вместимость - объем помещений судна, защищенных от воздействия моря. Единицей измерения регистровой вместимости является регистровая тонна, равная 100 куб.фут. или 2,83 м3. Различают два вида регистровой вместимости - валовую (BRT) и чистую (NRT). Валовая вместимость представляет объем всех помещений судна, определенных в соответствии с Правилами обмера судов. Чистая получается из валовой вычетом объемов, не приносящих дохода.

Особым образом определяется вместимость судов при перевозке крупных унифицированных грузов - контейнеров, лихтеров, трейлеров, автомашин и т.п. В этом случае грузовместимость измеряется в количестве единиц соответствующего груза, с учетом его размещения на верхней палубе.

Чтобы оценить возможности полного применения грузоподъемности, используют понятия удельной грузовместимости и удельного погрузочного объема. Удельной грузовместимостью называется отношение грузовместимости судна к массе груза, для которого оно спроектировано. Удельным погрузочным объемом гр называют отношение объема, занимаемого определенным грузом в трюме, к массе этого груза.

5

Скорость судна - важнейшая эксплуатационная его характеристика, определяющая быстроту его передвижения. Для морских судов скорость измеряют в узлах (1 узел = 1 морской миле в час = 1,852 км/ч ). Различают:

скорость на испытаниях, замеряемую на сдаточных испытаниях на мерной линии;

спецификационную скорость, гарантируемую договорной спецификацией для водоизмещения судна в полном грузу;

эксплуатационную скорость, возникающую при работе энергетической установки в эксплуатационном режиме при средних навигационных условиях;

техническую скорость, определяемую делением какого-либо пройденного расстояния

на время движения.

Автономность судна – длительность его пребывания в море без пополнения запасов топлива, пресной воды и провизии; измеряют автономность обычно в сутках.

Дальность плавания судна - наибольшее расстояние, которое может пройти судно с заданной скоростью без пополнения запасов топлива, воды и смазочного масла; измеряется дальность плавания в милях или километрах.

1.2. Общие сведения об архитектурно-конструктивном типе судов

Выбор архитектурно-конструктивного типа судна может показаться не сложной задачей. Но это только внешне. За выбором каждого архитектурно-конструктивного типа лежит сложнейший инженерно-экономический поиск, решения о защите груза и судна от морской стихии, да и защита самого океана от человеческой деятельности - столкновений судов, разливов нефти, постоянной угрозы радиоактивного заражения и т.п.

Под архитектурой вообще принято понимать систему сооружений, формирующих пространственную среду для жизни и деятельности людей. Архитектурные качества сооружений, в том числе и судов, определяются его функциональностью, конструкцией и эстетикой.

Архитектура судна - это совокупность основных проектных решений, определяющих внешний и внутренний облик судна. Внешний архитектурный облик судна характеризуется формой корпуса; числом, расположением, формой надстроек и рубок; количеством, формой и расположением труб и мачт; количеством и типом грузовых устройств. Эти же факторы в значительной мере влияют на организацию внутренних объемов судна: расположение машинного отделения; грузовых, жилых и служебных помещений.

Более широкое понятие имеет термин архитектурно-конструктивный тип судна.

Это обобщенная характеристика архитектурных и конструктивных особенностей судна. Архитектурно-конструктивный тип характеризуется совокупностью следующих признаков:

формой и количеством корпусов;

количеством и расположением надстроек;

высотой надводного борта;

6

количеством и конструкцией палуб;

системой набора перекрытий;

расположением машинного отделения;

формой мидель-шпангоута, форштевня и кормы;

применением модуль-элементов.

Значительное, если не определяющее, влияние на архитектурно-конструктивный тип оказывает род перевозимого груза, а так же состав и расположение грузовых, промысловых и иных специальных устройств.

Пространственная структура и планировка помещений на судне изображается на чертежах общего расположения судна.

При архитектурном проектировании среды обитания человека на судне учитывают социологические, эргономические, санитарно-гигиенические, психологические и эстетические факторы. Определенное влияние на архитектуру судна оказывают принятая технология обстройки помещений и эволюция архитектурной моды.

Характерными чертами архитектуры современных транспортных судов являются: расположение машинного отделения (МО) возможно ближе к корме (кормовое на тихоходных судах с полными обводами, промежуточное на быстроходных судах с острыми

Коротко остановимся на некоторых особенностях архитектурно-конструктивного типа судов.

Форма и количество корпусов

Наиболее распространенным (традиционным) является однокорпусное судно с плавными обводами. Важная характеристика формы корпуса - длина цилиндрической части (чем она больше, тем выше технологичность конструкции). Увеличение цилиндрической части до определенных пределов не влияет на ходовые качества судна. В некоторой степени архитектурно-конструктивный тип характеризует и форма оконечностей, например, бульбовый нос, транцевая корма и другие.

Количество, размеры и расположение надстроек

Под надстройкой понимаются дополнительные помещения, образованные продолжением бортовых перекрытий корпуса судна и поперечными переборками, находящиеся выше главной палубы. К надстройкам относят и конструкцию, бортовые стенки которой могут не совпадать с плоскостью борта, но сдвинуты от него не более чем на 0,04В.

Различают суда с носовой, кормовой, средней надстройками или их комбинациями.

Высота надводного борта

Надводный борт судна в определенной степени характеризует запас плавучести судна, остойчивость, заливаемость палубы. Минимальный надводный борт регламентируется Международной конвенцией о грузовой марке судов исходя из требований безопас-

7

ности плавания. Согласно этим правилам, на судне устанавливается грузовая марка, определяющая минимальный надводный борт.

По условиям эксплуатации, например, при перевозке легкого, но объемного груза, судну может назначаться избыточный надводный борт.

Минимальный или избыточный надводный борт определяет Регистровую вместимость судна, а следовательно, и экономические показатели его эффективности, поскольку все сборы за услуги лоцмана, нахождение в порту, пользование каналом зависят от валовой или чистой вместимости судна.

Расположение МО по длине судна

Различают кормовое, среднее и промежуточное расположение МО по длине судна. Кормовое расположение МО высвобождает наилучшее судовое пространство для перевозки груза. Гребной вал получается в этом случае коротким, но возникают значительные трудности в удифферентовке судна при ходе порожнем. При среднем расположении МО нет трудностей с удифферентовкой судна, но оно занимает наиболее подходящие для перевозки грузов отсеки судна, требует длинного гребного вала, уменьшает вместимость кормовых трюмов из-за наличия туннеля гребного вала. Промежуточное расположение МО обладает преимуществами и недостатками первых двух, но в меньшей степени.

Количество и конструкция палуб

В зависимости от количества палуб выделяются следующие архитектурноконструктивные типы судов: однопалубные, двухпалубные, многопалубные. Часто выполняют палубы с погибью бимсов и седловатостью. Считается, что погибь бимсов предназначена для скатывания попадающей на палубу воды, хотя судно постоянно имеет небольшой крен, а иногда и качку. Погибь бимсов способствует повышению устойчивости палубных перекрытий при сжатии, а седловатость - уменьшению заливаемости палубы в оконечностях. Вместе с этим погибь и седловатость увеличивают трудоемкость изготовления палубных конструкций и их стоимость. В последние годы все чаще появляются суда без погиби и седловатости.

Характерной особенностью конструкций палуб является наличие в них различных вырезов (люков). Эти вырезы приводят к появлению зон концентрации напряжений и требуют конструктивных мер по их уменьшению, что частично достигается за счет ограждения этих вырезов комингсами люков.

Система набора и конструкция перекрытий

Система набора конструкций корпуса судна может быть продольной, поперечной, клетчатой и комбинированной. Их описание выходит за пределы пособия. Отметим только, что на крупных грузовых судах целесообразно применение комбинированной системы набора - продольной по настилу палубы, днищу и двойному дну, поперечной по бортам и оконечностям.

К особенностям конструкций следует отнести их удвоение. Исторически первой появилась конструкция двойного дна, в последнее время часто применяются двойные борта, а иногда двойные палубы и двойные переборки. Особенно целесообразны такие кон-

8

струкции при перевозке генеральных грузов. Они также упрощают зачистные работы в танках наливных судов. Особенностью некоторых конструкций является выполнение их гофрированными или выполнение палуб с набором наружу.

Применение модуль-элементов

Модульное формирование судов можно рассматривать как одно из важнейших направлений повышения технологичности постройки судов, снижения их строительной стоимости. Под модуль-элементами понимаются различные функциональные части корпусных конструкций ограниченной номенклатуры, позволяющие формировать разные ар- хитектурно-конструктивные типы судов.

1.3. Классификация транспортных судов

Суда, используемые для перевозки грузов и пассажиров, называют транспортными. В свою очередь, суда для перевозки грузов (грузовые суда) разделяют на сухогрузные (перевозящие сухие грузы) и наливные (перевозящие жидкие грузы).

Сложившаяся классификация транспортных судов приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классификация транспортных судов

9