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

ca D2 / 3v3 , автономность А или дальность плавания r, грузовместимость W. Все изме-

N

рители и адмиралтейский коэффициент определяются по данным судна-прототипа. Если нагрузка судна задана более подробно, ее следует привести к указанным.

В приложении приведены необходимые характеристики морских грузовых судов, которые могут быть использованы в качестве прототипов.

Для определения водоизмещения судна в первом приближении можно использовать уравнение масс и уравнение мощности.

Уравнение масс записывается в виде:

где D - массовое водоизмещение судна, т; mi - сумма масс, составляющих нагрузку i

судна (массы конструкций корпуса судна, механизмов, систем, грузов и т.д.), т.

В соответствии с отраслевым стандартом (ОСТ 5.0206-76) нагрузка судов состоит из следующих разделов:

01 - корпус, включающий металлические конструкции основного корпуса и надстроек, дельные вещи, окраску, оборудование помещений; 02 - устройства судовые; 03 - судовые системы;

04 - установка энергетическая, главная и вспомогательная; 05 - электроэнергетическая система, внутрисудовая связь и оборудование;

07 - вооружение (навигационное оборудование, средства радиосвязи, и т.д.); 09 - запасные части (к устройствам, системам, энергетической и электроэнергетической установки); 10 - балласт (твердый и жидкий, постоянно находящийся на судне);

11 - запас водоизмещения, остойчивости - фиктивная масса, вводится в нагрузку для компенсации просчетов и ошибок; 12 - постоянные жидкие грузы (остатки жидкостей в различных цистернах, трубопроводах

и механизмах, которые нельзя удалить);

13- снабжение, имущество (предметы снабжения по шкиперской, аварийно-спасательной и другим частям);

14- экипаж, провизия, вода, расходные материалы;

15- груз перевозимый;

16- запасы топлива, воды, масла к энергетической и электроэнергетической установке;

17- переменные жидкие грузы (это вода в цистернах успокоителей, вода в цистернах сбора фекальных и загрязненных вод);

18- жидкий балласт, принимаемый на судно для регулирования его посадки и остойчиво-

30

сти.

Очевидно, водоизмещение порожнем, дедвейт и полное водоизмещение определяется так:

Величины и расположение всех масс определяют основные качества судна, как плавающего инженерного сооружения, и в первую очередь его плавучесть и остойчивость.

Выражения (2.2) являются уравнениями лишь в том случае, когда под D понимается масса вытесненной судном жидкости.

Поскольку водоизмещение судна складывается из масс постоянных и переменных грузов, то и само оно - величина переменная. Поэтому, говоря о водоизмещении судна, следует отметить, к какому состоянию нагрузки оно относится. Для грузовых судов наиболее характерны два водоизмещения:

водоизмещение порожнем Dпор, включающее массу самого судна с оборудованием, но без груза, запасов топлива, воды и экипажа на борту;

водоизмещение в полном грузу, которое складывается из массы судна порожнем и дедвейта, в который включаются массы всех перевозимых грузов, пассажиров с запасами, запасов топлива, воды и масла.

Для грузовых судов водоизмещение в полном грузу является максимальным и соответствует осадке по грузовую марку.

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

mко m01 m02 m03 m05 m07 m09' m12' m13' ; mм m04 m09" m12" m13" ;

где индексом « » обозначены величины, относящиеся к корпусу, а индексом « » - к механизмам.

При невозможности более детального разбиения масс в разделах 09, 12 и 13 их следует разбить пополам.

Поскольку неизвестных в уравнении (2.3) два (водоизмещение и мощность), то к уравнению масс необходимо добавить уравнение мощности, связывающее мощность и водоизмещение судна. Один из видов уравнения мощности - формула адмиралтейских коэффициентов:

31

где са - адмиралтейский коэффициент, определяемый по прототипу.

Обычный путь решения уравнения (2.3) - представление зависимых масс через измерители*) масс:

mко pко D или mко qко LBH , (2.5)

где pко или qко измерители масс, отнесенные к водоизмещению или кубическому модулю

LBH.

Поскольку mко в уравнении (2.3) выражают через водоизмещение, то проще полу-

Аналогично масса механизмов

Запас водоизмещения mзв m11 вычисляется в долях от водоизмещения порожнем в зависимости от стадии проектирования.

Однако в процессе выбора основных элементов судна, когда искомой величиной

*Измерители масс судна - коэффициенты пропорциональности между нагрузками масс и элементами судна.

**Запас водоизмещения судна - некоторый резерв массы, принимаемый при проектировании судна, позволяющий компенсировать ошибки при определении составляющих нагрузки масс.

32

Масса пищевых и твердых отбросов определяется по норме 1,2 кг на человека в сутки:

mо 0,0012nэ A .

Масса 17 раздела нагрузки m17 складывается из массы сточно-фановых и подсланевых вод. Массу сточно-фановых вод принимают равной массе пресной воды. Массу

Если в техническом задании указана не автономность, а дальность плавания r, то необходимо подставлять t r / v .

Уравнения (2.12), (2.15) являются алгебраическими третьего порядка с постоянны-

ми коэффициентами. Подстановкой D z3 они приводятся к виду: az3 bz2 c 0 или az3 b' z2 c' 0

соответственно и решаются любым подходящим способом (способом итераций, графическим или любым другим).

В результате решения определяется искомое водоизмещение судна D, которому присваивается индекс «1», означающий первое приближение.

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

ИКОЭФФИЦИЕНТА ОБЩЕЙ ПОЛНОТЫ В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ

После нахождения водоизмещения судна в первом приближении можно найти главные размерения L, B, T, H. Их можно определить двумя способами.

Первый - использовать другие уравнения теории проектирования, в частности уравнения остойчивости, вместимости, плавучести и решить систему полученных уравнений.

Второй - рекомендуемый в проекте - задаться отношениями L/B, B/T, H/T по прототипу. Используя уравнение плавучести

где L/B, B/T - отношения главных размерений, которые у проектируемого судна принимаются такими же, как у прототипа; 1 - коэффициент общей полноты, принимаемый та-

34

ким же, как у прототипа; - плотность воды. Для морской воды следует принимать плотность 1,025т/м3, а для речной - 1,0 т/м3.

Следует иметь ввиду, что отношение L/B значительно влияет на ходкость и строительную стоимость судна, B/T - на остойчивость и качку, H/T - на вместимость и непотопляемость судна, L/H - на общую прочность. Поэтому, прежде чем принять у проектируемого судна отношения главных размерений такими же, как у прототипа, необходимо произвести тщательный анализ мореходных и эксплуатационных качеств судна-прототипа.

Кроме того, желательно, чтобы соотношения главных размерений судна не выходили за пределы рекомендованных «Правилами» и приведенными в табл.3.1.

Т а б л и ц а 3.1

Соотношения главных размерений

Здесь же следует перейти к уточнению коэффициента общей полноты , принятого ранее по прототипу. Известна связь этого коэффициента с ходкостью судна (с числом

Таким образом для определения необходимо подсчитать число Фруда по заданной скорости и рассчитанной длине судна, а затем по (3.4) или (3.5) вычислить диапазон изменения . Если принятое ранее значение коэффициента 1 попадает в этот диапазон, то следует принять это значение, в противном случае необходимо принять полученное по (3.4) или (3.5), но расчет по определению главных размерений полностью повторить.

Замечание 1. Приведенные рассуждения и вычисления справедливы, если проектируемое судно не имеет ограничений на главные размерения, связанные с путевыми условиями (глубиной фарватера, шириной судового хода в каналах или шлюзах, извилистостью судового хода в речных условиях).

Если есть ограничения (допустим по осадке T1 T*, где величина со звездочкой

35

выступает граничной величиной), то можно считать осадку заданной и из уравнения (3.1) получить:

Если ограничена ширина судна B1 B*, то аналогично получим:

Если же ограничена кроме этого и длина судна L1 L*, B1 B*, T1 T*, то встает вопрос о возможности существования судна, отвечающего полностью условиям технического задания.

Замечание 2. Если судно предназначено для перевозки контейнеров (это обычно суда с двойным дном и двойными бортами), то желательно внутреннее помещение грузового трюма спроектировать так, чтобы в нем убиралось целочисленное количество контейнеров по длине, ширине и высоте без больших потерь объема трюмов. Выбор и коррекцию главных размерений (при необходимости) удобно выполнить используя схему поперечного сечения судна по выбранным в первом приближении размерениям (рис. 3.1). При этом следует иметь ввиду, что за единицу измерения контейнеровместимости судов принят двадцатифутовый контейнер с размерами l b h = 6,06 2,44 2,44 м и наибольшей массой 20,3 т. Обычно часть контейнеров перевозят в трюме, а часть на палубе.

Рис. 3.1. К определению контейнеровместимости судна

Расстояние между смежными контейнерами принимают 100 мм. Контейнеры располагают вдоль судна, чтобы уменьшить влияние бортовой качки на груз, не заполняющий контейнер целиком.

36

При оценке контейнеровместимости и размеров трюма необходимо рассчитать высоту двойного дна, ширину междубортного пространства и высоту комингсов люка.

Высота двойного дна у вертикального киля, в соответствии с требованиями Регистра, определяется по формуле

где L, B - длина и ширина судна в метрах.

Полученное в (3.9) значение следует округлить до ближайшего большего, оканчивающегося на 50 или 100, значения. Например: 850, 900, 950, ... мм.

Высоту комингса грузового люка не следует, в целях безопасности, принимать менее 600 мм.

С учетом двух последних факторов можно откорректировать высоту борта судна, с учетом контейнеровместимости.

Учитывая, что в трюме по ширине должно укладываться целочисленное количество контейнеров, следует откорректировать также ширину судна. При этом ширина междубортного пространства должна быть не менее 1200мм (для возможности производить в нем сварочные, окрасочные и ремонтные работы). Кроме этого, должен быть обеспечен проход по палубе в чистоте не менее 900 мм.

Аналогично может быть выбрана длина трюма.

Замечание 3. Для обеспечения запаса плавучести*) следует произвести проверку высоты надводного борта судна с учетом требований «Правил о грузовой марке». Эти правила основаны на требованиях Международной конвенции о грузовой марке и определяют порядок и условия расчета минимально допустимого надводного борта Fmin.

Регламентация надводного борта означает ограничение максимально допустимой осадки судна

а следовательно, и предельных значений водоизмещения и дедвейта. Поэтому при проектировании грузового судна стремятся получить минимально возможную высоту надводного борта:

где Fmin вычисляется по «Правилам ...».

Определение величины минимального надводного борта складывается из двух этапов. Сначала по таблицам, приведенным в «Правилах ...», находят базисный надводный борт в зависимости от типа и длины судна. Затем вводятся поправки к этой величине, учитывающие отклонение характеристик проектируемого судна от аналогичных характеристик стандартного судна, для которого приведены табличные значения (см. табл. 3.2 и

табл. 3.3).

_____________________

* Запас плавучести судна - объем непроницаемой надводной части судна, расположенный от грузовой ватерлинии до верхней водонепроницаемой палубы. В этот объем включают также водонепроницаемые надстройки.

37

38

Эти таблицы даны для танкеров (суда типа А) и всех остальных судов (суда типа В). Поскольку у танкеров размеры отсеков и вырезы в палубе меньше, чем у сухогрузных судов, то и базисный надводный борт судов типа А существенно меньше, чем у судов типа

В.

Если окажется, что расчетная высота борта проектируемого судна больше, чем минимально необходимая, следует оставить большую, так как она, кроме всего прочего, определяет грузовместимость судна. В противном случае следует принять минимально допустимую из условий минимального надводного борта. В табл.3.2 приведены значения минимальных высот надводного борта для ряда значений длин судов неограниченного плавания. Промежуточные значения можно найти линейной интерполяцией.

Для некоторых судов «Правила ...» определяют поправки к базисному надводному

борту:

для судов длиной менее 100 м базисный надводный борт должен быть увеличен на поправку, мм:

где Е, L- расчетная длина надстроек и длина судна, измеренные в метрах;

если коэффициент общей полноты больше 0,68, то базисный надводный борт, определенный по табл. 3.2, должен быть умножен на коэффициент k :

если расчетная высота Н превышает L/15 , надводный борт должен быть изменен на поправку, мм:

L

где R 0,48 - при длине судна менее 120 м; R=250 - при длине судна 120 м и более;

высота в носу на носовом перпендикуляре, определяемая между грузовой ватерлинией и верхней кромкой открытой палубы у борта, должна быть для судов длиной до 250 м не менее чем

Если требуемая высота в носу достигается за счет надстройки, то такая надстройка должна простираться от носового перпендикуляра на расстояние не менее 0,07L.

Базисный надводный борт судов ограниченного района плавания должен рассчитываться в соответствии с табл. 3.3.

Замечание 4. Изменение высоты борта приводит к изменению массы корпуса судна, а изменения L, B, T, и к изменению плавучести. Поэтому если приняты иные значения основных элементов по сравнению с рассчитанными ранее (или хотя бы одно из них), необходимо изменить все остальные так, чтобы уравнение плавучести (3.1) выполнялось

39