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

1.5. Обоснование архитектурно-конструктивного типа танкеров

Первые суда, специально предназначенные для перевозки жидкого груза непосредственно в своем корпусе – танкеры, появились в конце прошлого века. Танкерный флот рос быстро и быстро увеличивались размеры таких судов. Самый большой в мире танкер

«Batillus» (Франция) с размерами L=401 м, B=63,0 м, H=35,9 м, DW=554000 т вошел в строй в 1976 году.

Танкеры строятся однопалубными, с одной, двумя, редко тремя продольными переборками.

Чаще всего танкеры строились с минимальным надводным бортом, однако в последние годы стали строить танкеры с избыточной кубатурой танков, т.е. с танками, предназначенными для заполнения только водой в балластном переходе, что дает эксплуатационные преимущества: уменьшение коррозии грузовых танков, сокращение времени стоянки в порту, отсутствие необходимости мыть танки. Выделение специальных балластных цистерн осуществляется за счет увеличения высоты борта и иногда приводит к увеличению массы корпуса.

Значительное влияние на архитектурно-конструктивный тип танкеров оказали крупные аварии с этими судами, в результате которых в море оказались тысячи тонн нефти. По образному выражению А.Л.Васильева [7] пришлось решать обратную задачу: не судно и груз защищать от воздействия моря, а море оберегать от воздействия груза, выливающегося в случае аварии.

Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов MARPOL содержит ряд требований к конструкции корпуса танкеров, в том числе:

обязательное наличие чисто балластных танков;

обязательное наличие двойного дна, а для ряда случаев и двойных бортов;

ограничение предельных размеров танков.

Размеры сухогрузного трюма и носовой топливной (или балластной) цистерны определяются из условий удифферентовки судна в полном грузу. У относительно тихоходных танкеров с коротким МО сухогрузный трюм может отсутствовать.

Место, занимаемое сухогрузным трюмом и носовой топливной цистерной, может быть использовано для носового балластного диптанка, простирающегося от днища до палубы. Это упрощает балластировку судна в грузу, увеличивает число балластных емкостей при ходе в балласте. Судовое насосное отделение, размещаемое в носу, устраивают, главным образом, для установки топливоперекачивающего насоса, а иногда балластного и пожарного насоса. У танкеров с кормовым размещением всего запаса топлива часто отказываются от носового насосного отделения.

Часть танков отводится под водяной балласт, всегда принимаемый в рейсе порожнем для обеспечения необходимой посадки и остойчивости судна.

Положение грузового насосного отделения по длине оказывает влияние на удобство его эксплуатации. Так, насосное отделение, расположенное в средней части судна,

20

делит грузовые танки на две изолированные группы, что упрощает одновременную перевозку разных сортов груза. Кроме того, при среднем расположении насосного отделения уменьшается изгибающий момент, действующий на судно в полном грузу на подошве волны. Однако к моменту окончания выкачки груза, когда судно получает значительный дифферент на корму, условия работы насосов ухудшаются. При размещении насосов в корме эти затруднения отпадают. Необходимо отметить, что каждый сорт груза должен перекачиваться отдельным насосом.

По всей длине наливных судов на уровне первого яруса надстройки ( 2,5 м над палубой) обычно устраивают переходной мостик. Он служит не только для безопасного передвижения экипажа во время волнения или во время грузовых операций, но и используется также для прокладки под его настилом трубопроводов судовых систем и электрических кабелей.

Грузовые отсеки на танкерах должны быть отделены коффердамами от машиннокотельного отделения (МКО) и сухогрузного трюма. Заменой коффердамов могут служить насосные отделения, балластные и топливные цистерны. Протяженность коффердамов должна составлять одну шпацию, но не менее 600 мм.

Количество поперечных водонепроницаемых переборок регламентируется «Правилами ...». Количество продольных переборок не регламентируется.

В последнее время в АО КБ «Вымпел» реализованы следующие способы повышения эффективности танкеров:

расширение функциональных возможностей танкеров за счет дополнительной номенклатуры перевозимых грузов, которые включают помимо нефти и нефтепродуктов различные химические грузы;

максимально возможное повышение провозной способности танкеров за счет увеличения дедвейта, сокращения времени на грузовые операции и сокращения времени рейсооборота. Этого можно достичь оптимизацией основных элементов судна, снижением нагрузки масс по составляющим водоизмещения судна порожнем, применением одновальной энергетической установки и малооборотных судовых дизелей;

оснащение танков погружными насосами, позволяющими увеличить при тех же размерах судна вместимость судна;

снижение строительной и эксплуатационной стоимости судна, в первую очередь металлического корпуса, за счет рациональной конструкции, уменьшения объемов жилой надстройки, применением относительно недорогого серийно освоенного комплектующего оборудования, оптимизации движительно-рулевого комплекса, использования двигателей, приспособленных к работе на дешевых сортах топлива и с минимальным расходом, повышения уровня автоматизации, позволяющего сократить численность экипажа до 11-13 человек.

На рис. 1.9 показан мидель-шпангоут танкера типа «Победа» (1981 г.) дедвейтом

65000 т.

21

К танкерам по характеру груза можно отнести и газовозы. Отсутствие прямого контакта сжиженного газа с корпусными конструкциями позволяет правилам всех классификационных обществ по условиям обеспечения общей прочности относить газовозы к группе сухогрузных судов.

Специфика груза, находящегося в охлажденном состоянии, а иногда и при высоком давлении требует сложных конструктивных решений в отношении материалов, изоляции и т.д. (рис. 1.10).

1.6. Обоснование архитектурно-конструктивного типа судов для навалочных и комбинированных грузов

Навалочный груз, как правило, тяжелый с малым удельным погрузочным объемом (железная руда - 0,42-0,48 м3/т). Занимая малый объем при полном использовании грузоподъемности судна, руда ложится тонким слоем на настил двойного дна, что приводит к понижению центра тяжести судна, увеличению, вследствие этого, метацентрической высоты и к резкой прерывистой качке судна. Поэтому для избежания такой качки необходимо выполнить конструктивные мероприятия для поднятия центра тяжести судна. Этого можно достичь увеличением высоты двойного дна; загрузкой трюмов рудой до верху, но через один; устройством подпалубных цистерн.

Опыт показал, что наиболее целесообразно строить универсальные суда для перевозки навалочных грузов (УСНГ).

22

Универсальные суда проектируются таким образом, чтобы по возможности наиболее полно отвечать весьма противоречивым требованиям, которые предъявляет к ним перевозка самых разнообразных навалочных грузов: достаточная грузовместимость, соответствующая полному использованию грузоподъемности, при перевозке «легких» грузов; умеренная качка при перевозке «тяжелых», занимающих малый объем грузов; хорошая приспособленность конструкций к механизированной обработке груза.

Как правило, УСНГ имеют кормовое расположение МО, однопалубное, с подпалубными и скуловыми цистернами, с двойным дном, а иногда с двойными бортами, с большим раскрытием палубы. Конструктивные схемы судов приведены ни рис. 1.11, а мидель-шпангоут УСНГ на рис. 1.12.

Подпалубные цистерны своей наклонной стороной препятствуют произвольному пересыпанию груза при качке, а скуловые, наоборот, обеспечивают подачу груза под просвет люка при разгрузке.

Трудности использования узкоспециализированных судов (обратный рейс делается без груза, в балласте) привели к созданию судов двойного назначения - нефтерудовозов.

Рис. 1.11. Конструктивные схемы (сечение по трюму) судов различного типа для перевозки насыпных грузов:

а - рудовоз; б - нефтерудовоз; в - УСНГ; г - комбинированное судно с подвесными (убирающимися) палубами для попеременной перевозки автомашин и навалочных грузов; д - комбинированное судно для перевозки руды, навалочных или жидких грузов; е - комбинированное судно для перевозки навалочных грузов или контейнеров

23

Форштевень в надводной части выполняют прямым наклонным или придают ему кривизну, вплоть до очень значительной, близкой к клипперским образованиям. В подводной части форштевень может быть вертикальным, наклонным или бульбообразным. Форма форштевня диктуется требованиями безопасности и мореходности судна.

Немаловажной формой восприятия силуэта является форма фальшборта бака, которая должна согласовываться с принятым типом форштевня.

Форму кормы, начиная с семидесятых годов, выполняют чаще всего крейсерскотранцевой. Часто применяют и корму открытого типа, имеющую преимущества в величине пропульсивного коэффициента. Заметной деталью силуэта является дымовая труба. Она должна гармонично сочетаться с обводами корпуса и надстроек, пропорции труб (т.е. соотношения между их высотой, протяженностью у основания и среза) могут быть самыми разнообразными и определяются общей компоновкой судна и его силуэтом.

Для современных судов характерна значительная высота труб при упрощенной плохообтекаемой форме их контуров. Она способствует выбросу дымовых газов, что приводит к уменьшению задымляемости судов.

Мачты на большинстве сухогрузных судов устанавливают вертикально, но иногда им придают незначительный уклон в корму, наиболее заметный у фок-мачты и уменьшающийся на мачтах, расположенных в корме. Хорошо согласуются с современным силуэтом судна конусообразные полумачты. На судах с надстройками, расположенными в корме, иногда искусственно удлиняют основания мачт, расположенных в носовой части. Это приводит к композиционному уравновешиванию масс в боковом силуэте судна.

В заключение отметим, что рулевую рубку на судах необходимо размещать как можно выше, используя в этих целях носовую часть самого верхнего яруса рубок на судне. Это облегчит уменьшение протяженности зоны невидимости перед форштевнем судна. Длина этой зоны измеряется от носового перпендикуляра до точки пересечения ватерлинии с прямой, проведенной из окон рулевой рубки через верхнюю точку козырька бака, или верхнюю точку палубного груза. Зона невидимости считается удовлетворительной, если ее длина не превышает 1,25L при среднем расположении рубки и 1,8L - при кормовом.

1.8. Расположение помещений на судне

Отсеки, надстройки и рубки разделяются палубами, платформами и выгорадками на отдельные помещения. Количество, назначение и расположение помещений зависит от типа и назначения судна.

В носовой части корпуса между форштевнем и таранной переборкой располагается форпик. В этом отсеке устраивают цепной ящик, предназначенный для хранения якорной цепи по походному. Если в форпике установлена платформа, то под ней устраивают бал-

25

ластную цистерну, в которой принимается забортная вода для удифферентовки судна *). Часто в форпике устанавливают подруливающее устройство для обеспечения управляемости судна на малых ходах. В пространстве между платформой и палубой оборудуют шкиперскую кладовую. За форпиковой переборкой расположены грузовые трюмы.

Вмеждудонном пространстве оборудуют цистерны для хранения жидких судовых запасов и приема балласта. Отсеки двойного дна, предназначенные для хранения разнородных жидкостей (например, воды и топлива), отделяют коффердамом - пустым отсеком длиной в одну шпацию.

Вкормовой части корпуса судна поперечной водонепроницаемой переборкой выгораживается ахтерпик. В нем так же, как и в форпике, может быть установлена платформа, под которой устраивают цистерну для балласта, а на платформе размещают румпельное отделение, в котором установлено оборудование для привода руля.

На верхней палубе располагают надстройки и рубки, а также некоторые судовые устройства. В надстройке бака оборудуют различные мастерские и кладовые судового снабжения. В надстройке юта располагают служебные, жилые и бытовые помещения, необходимые для управления судном и обеспечения нормальной жизни и деятельности экипажа.

Все судовые помещения разделяют на специальные, служебные, хозяйственные, медицинские, помещения экипажа, общественные и бытовые.

Специальные помещения определяются назначением судна. На грузовых судах - это трюмы.

Служебные помещения - это помещения, в которых экипаж несет вахту и производит различные работы (машинно-котельное отделение, рулевая рубка, радиорубка, радиолокационная, аккумуляторная, румпельное отделение, судовая канцелярия, судовые мастерские и т.д.).

Хозяйственные помещения подразделяются на продовольственные (камбуз, хлебопекарня, буфетная, раздаточная, продовольственные кладовые); санитарно-хозяйственные (посудомоечная, прачечная, сушильная, гладильная, кладовые белья); кладовые судового снабжения (шкиперская, фонарная, малярная, машинная).

Медицинские помещения - амбулатория, изолятор, стационар, аптека, специализированные кабинеты, ванные, туалеты, которые входят в блок медицинских помещений.

Помещения экипажа - каюты комсостава, каюты экипажа, каюты практикантов. Площадь и объем жилых помещений регламентируется санитарными нормами.

Общественные помещения предназначены для отдыха и проведения различных общесудовых мероприятий (кают-компания, салоны, столовые, курительные, буфеты, кинозалы, библиотеки).

_____________________________

*Удифферентовка судна - процесс придания судну желаемого дифферента или посадки на ровный киль. Различают удифферентовку проектную и эксплуатационную. Проектная удифферентовка заключается в таком распределении всех масс, составляющих нагрузку судна, чтобы центр тяжести судна совпал с центром величины, положение которого обеспечивает наилучшие ходовые качества судна.

26

Бытовые помещения предназначены для обеспечения личной гигиены и санитар- но-бытового обслуживания экипажа (умывальные, душевые, бани, ванные, туалеты и т.д.).

На рис. 1.13 в качестве примера показано расположение помещений на сухогрузном судне.

Рис. 1.13. Общее расположение помещений на сухогрузном судне:

а- боковой вид; б - палуба юта; в - шлюпочная палуба; г - нижний мостик;

д- средний мостик; е - верхняя палуба; ж - трюм.

1- ахтерпик; 2- МО; 3- грузовые трюмы; 4- форпик; 5- междудонное пространство; 6- помещения гидрокомплексов грузовых стрел; 7- грузовые стрелы; 8- камбузный блок; 9- салон и ка- ют-компания; 10- салон и столовая команды; 11- медицинский блок; 12- судовая канцелярия; 13- помещения кондиционеров; 14- помещения аварийного дизель-генератора; 15- бассейн; 16- блоккаюта капитана; 17- блок-каюта старшего механика; 18- радиорубка; 19- совмещенная рулевая штурманская рубка; 20- провизионные камеры; 21- помещение для перевозки ценных грузов; 22- сухие отсеки; 23- цистерна мытьевой воды; 24- балластные цистерны; 25- цистерна дизельного топлива; 26- диптанк для перевозки растительных масел

27

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ СУДНА В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

Одной из важных задач, стоящих перед студентом, является выполнение проекта судна. Вообще под проектом судна понимают совокупность проектно-конструкторской документации, необходимой для постройки судна. В техническом задании на проект указаны эксплуатационные характеристики судна (скорость хода, грузоподъемность и т.д.). Эти характеристики судна хотел бы иметь судовладелец. В них ни слова не говорится о водоизмещении судна, его главных размерениях, мощности энергетической установки и т.д. Эта задача проектанта. Поэтому на самом первом этапе проектирования необходимо определить водоизмещение судна D, главные размерения L, B, T, H, коэффициенты полноты , , , мощности энергетической установки N, оптимальную абсциссу центра величины*) и некоторые другие характеристики. Причем эти характеристики должны удовлетворять требованиям технического задания и нормам в отношении мореходных качеств судна. Решение этой задачи неоднозначно, поскольку можно получить любую совокупность уравнений, удовлетворяющих поставленным требованиям. Поэтому одной из задач проектанта является отбор из множества удовлетворяющих решений оптимального по какимлибо параметрам. Однако эта задача не входит в работу студента над этим проектом.

Прежде чем приступить к определению искомого водоизмещения проектируемого судна отметим, что все величины, с которыми приходится иметь дело в решении этих вопросов, принято разделять на четыре группы:

известные величины. Эти величины включаются в техническое задание и к ним относятся: грузоподъемность mгр (масса перевозимого груза), грузовместимость Wгр (объем грузовых помещений) или контейнеровместимость (грузовместимость может определяться и удельной погрузочной кубатурой), скорость хода v или мощность энергетической установки N, дальность плавания r или автономность А по запасам. Иногда задается тип двигателя, количество гребных валов и т.д.;

нормативы. К ним относятся величины, предписанные нормами и правилами классификационных обществ, международных организаций и т.д. Это нормируемые характеристики остойчивости, прочности, нормы площадей и объемов помещений, количество членов экипажа и т.д. Эту группу также можно отнести к известным величинам;

параметры. Под параметрами будем понимать условно известные величины, которыми проектант самостоятельно задается. К ним относятся характеристики архитектурноконструктивного типа судна, отношения L/B, B/T, L/H, предельная ширина судна (из условия прохождения шлюзов или докования), предельная осадка и т.д. Задаваясь параметрами, студент должен обосновать выбор этих величин;

___________________________

* Центр величины (ЦВ) судна - точка приложения равнодействующей сил поддержания, действующих на судно.

28

неизвестные величины. К неизвестным относятся водоизмещение судна, коэффициенты формы корпуса, мощность главных двигателей, главные размерения судна, осадка в разных случаях нагрузки, запасы топлива, воды, масла.

Определяют их, как правило, используя аналитические уравнения теории проекти-

рования. Эти уравнения связывают искомые и заданные величины и образуют систему уравнений, решение которой приводит к определению неизвестных. Однако поставленная задача не так проста. Сложность заключается в большом количестве уравнений, среди которых есть и нелинейные. Дополнительные трудности возникают из-за того, что ряд функциональных зависимостей между неизвестными выражаются различными уравнениями на разных интервалах применения этих неизвестных. Поэтому основным методом в теории проектирования судов является метод последовательных приближений. Его идея состоит в том, что задача проектирования решается в несколько приближений, причем каждое последующее базируется на результатах предыдущего, при этом постепенно расширяются и углубляются полученные нами знания о характеристиках проектируемого судна.

Проектирование судна носит характер эволюционного творческого процесса. При этом внешним элементом является учет опыта судостроения при новом проектировании. Одной из форм этого опыта является использование прототипа. В узком смысле слова прототип понимается как судно из числа построенных и хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации, достаточно близкое к данным технического задания проектируемого судна. Это судно-прототип в методе последовательного приближения может быть принято за исходное приближение. При этом задача выбора параметров значительно облегчается, так как часть из них может быть выбрана по прототипу (измерители масс, отношение главных размерений L/B, B/T, H/T, коэффициенты формы и т.д.). Это обеспечивает их реальность и гарантирует от крупных промахов. К прототипу предъявляются требования не только по его числовым характеристикам, близким к техническому заданию, но и к архи- тектурно-конструктивному типу, материалу корпуса и т.д.

Не всегда прототип может целиком служить исходным приближением при проектировании. Иногда приходится использовать несколько прототипов (например, по массовым характеристикам прототипом может служить одно судно, по форме корпуса - другое, по общему расположению - третье и т.д.).

В начале работы над проектом студент должен провести анализ возможных прототипов и выписать их характеристики в таблицу, после чего выбирается подходящий вариант. В число этих характеристик входят: водоизмещение в полном грузу D и порожнем Dпор, дедвейт DW или грузоподъемность mгр, главные размерения L, B, H, T и коэффициенты формы , , , скорость хода судна v, мощность энергетической установки N и количе-

ство двигателей, измерители масс pко mко , pэу mэу , адмиралтейский коэффициент

D N

29