Основы КСУ (Бормотов А) / Основы конструирования

Расчетные изгибающие моменты и реакции опор руля типа XIV

Расчетный изгибающий момент М2, кН м, действующий в сечении 2 баллера (у нижнего подшипника), определяется по формуле

М2 = F1с1 + F2с2,

где с1 и с2 – линейные размеры.

Расчетный изгибающий момент М3, кН м, действующий в сечении 3 баллера (в соединении баллера с пером руля), определяется по формуле

М3 = F1(с1 – е) + F2(с2 – е),

где е — линейный размер, м.

Расчѐтные реакции R1 и R1 опоры рулевого устройства в сечении 1 и 2:

Баллер руля

Диаметр головы баллера do, см, должен быть не менее большего значения, определенного по формуле

кН м; ReH - верхний предел текучести материала баллера, МПа.

При совместном действии крутящего и изгибающего моментов возникающие напряжения в сечениях баллера 1, 2 или 3, показанные на рис. 4.44 для соответствующего типа руля, не должны превышать 0,5 верхнего предела

140

где Mи расчетный изгибающий момент, действующий в рассматриваемом сечении баллера (M1, M2, M3), определяемый для соответствующего типа рулевого устройства, кНм; di - диаметр баллера в рассматриваемом сечении, см.

Изменение диаметра баллера между смежными сечениями должно быть не более крутым, чем по линейному закону.

При ступенчатом изменении диаметра баллера в местах уступов должны быть предусмотрены галтели возможно большего радиуса. Переход баллера во фланец должен быть осуществлен с радиусом закругления не менее 0,12 диаметра баллера у фланца.

Перо руля

Толщина обшивки пера профильного руля S, мм, должна быть не менее определенной по формуле

где Т — осадка судна, м; а — расстояние между горизонтальными ребрами или вертикальными диафрагмами, смотря по тому, что меньше, м; k11 - ко-

между горизонтальными ребрами или вертикальными диафрагмами, смотря по тому, что больше, м; k12 — коэффициент, равный: 18,6 — для участка обшивки, расположенного В пределах 0,35 длины пера руля от его передней кромки; 8,0 —для участка обшивки, расположенного в пределах 0,65 длины пера руля от его задней кромки; k13 — коэффициент, равный: 1 — для участка обшивки, расположенного в струе гребного винта (при непереложенном руле); 0 — для участка обшивки, расположенного вне струи гребного винта (при непереложенном руле).

В любом случае толщина обшивки пера профильного руля Smin, мм, должна быть не менее определенной по формулам:

для судов длиной менее 80 м S 21,5 L 51 ;

141

для судов длиной 80 м и более S 24 L 37 , где L — длина судна, м.

У судов ледового плавания толщина обшивки пера руля в пределах ледового пояса должна быть не менее толщины ледового пояса наружной обшивки в кормовой части судна, указанной [16] при величине шпации, равной расстоянию между вертикальными диафрагмами пера руля. Обшивка пера профильного руля изнутри должна быть подкреплена горизонтальными ребрами и вертикальными диафрагмами. Толщина ребер и диафрагм должна быть не менее толщины обшивки пера руля. Обшивка, ребра и диафрагмы должны быть соединены между собой сваркой угловым или пробочным швом с удлиненными прорезями. В горизонтальных ребрах и вертикальных диафрагмах необходимо достаточное количество вырезов для беспрепятственного стока воды, попавшей в полость пера.

Заднюю кромку пера руля требуется жестко закреплять надлежащим образом.

Перо профильных рулей в верхней и нижней частях должно замыкаться торцевыми листами, толщина которых не менее 1,2 наибольшей толщины обшивки. В торцевых листах предусматриваются спускные пробки из нержавеющего металла.

Обшивка пера полуподвесного руля в углах вырезов (в районе установки штырей) должна иметь закругления, радиусы которых не менее двукратной толщины обшивки в этом районе, а свободная кромка обшивки руля должна быть тщательно зачищена.

Соединение баллера с пером руля

Соединение болтовое с горизонтальными фланцами. Диаметр со-

единительных болтов dб, см, должен быть не менее

где d3 — диаметр баллера у соединительного фланца, см; zi — число соединительных болтов; r2 — среднее расстояние от центров болтов до центра системы отверстий фланца, см; ReH1 - верхний предел текучести материала бал-

142

лера, МПа; ReH2- — верхний предел текучести материала болтов, МПа. Число болтов z1 должно быть не менее шести.

Среднее расстояние от центров болтов до центра системы отверстий фланца не должно быть менее 0,9 диаметра баллера. Если соединение подвержено действию изгибающего момента, то среднее расстояние от центров болтов до продольной оси симметрии фланца должно быть не меньше 0,6 диаметра баллера у фланца.

Все болты должны быть призонными, за исключением случаев постановки шпонки, когда достаточно иметь только два призонных болта. Гайки соответствуют нормальным размерам, болты и гайки надежно застопорены.

Толщина фланцев должна быть не менее диаметра болтов. Центры отверстий для болтов отстоят от наружных кромок фланца не менее чем на 1,15 диаметра болтов.

Соединение коническое со шпонкой. Длина конической части баллера,

которой он закрепляется в пере руля или поворотной насадке, составляет не менее 1,5 диаметра баллера с конусностью не более 1:10. Коническая часть баллера переходит в цилиндрическую без уступа.

По образующей конуса должна быть поставлена шпонка, концы которой имеют достаточные закругления. Площадь рабочего сечения шпонки AF (произведение длины шпонки на ширину), см2, должна быть не менее большего значения, определенного по формуле

AF k15M к ,

dm ReH

где k15 — коэффициент, равный: 6920 — для рулей на переднем ходу и для поворотных насадок, 4950 — для рулей на заднем ходу; dm — диаметр сечения конуса на середине длины шпонки, см.

Высота шпонки должна быть не менее половины ее ширины. Требуется, чтобы шпоночный паз баллера не выходил за пределы конусного соединения.

Наружный диаметр нарезной части баллера должен быть не менее 0,9 наименьшего диаметра конуса. Резьба мелкая. Наружный диаметр и высота гайки не менее соответственно 1,5 и 0,8 наружного диаметра нарезной части

143

баллера. Для предотвращения самоотдачи гайка надежно застопоривается, по крайней мере, двумя приварными планками или одной приварной планкой и шплинтом.

Эффективность рулей и поворотных насадок

Выбор основных характеристик судна, влияющих на управляемость, параметров рулевого устройства и устройства с поворотной насадкой производится по усмотрению проектанта и судовладельца с учетом необходимости обеспечения надлежащей управляемости судна, соответствующей его назначению и условиям эксплуатации, необходимости обеспечения соответствия относительных площадей рулей или поворотных насадок проектируемого судна при условии, что суммарная эффективность выбранных рулей и/или поворотных насадок должна быть не менее предписанной в [16].

Требования, указанные ниже [16], распространяются на кормовые рули и поворотные насадки, устанавливаемые на самоходных судах (кроме ледоколов) длиной 20 м и более, плавающих в водоизмещающем состоянии, неограниченного района плавания и ограниченного района плавания R1. Для судов ограниченных районов плавания R2 и R3 нормы [16] являются рекомендуемыми.

Для судов смешанных районов плавания R2-RSN и R3-RSN указанные нормы являются рекомендуемыми, причем выполнение этих норм не может служить основанием для невыполнения действующих норм управляемости судов внутреннего плавания.

Приведенные ниже требования распространяются на суда, у которых геометрические характеристики корпуса находятся в следующих пределах:

L/B =3,2 ... 8,0; L/T= 8,3 ... 28,6; B/T - 1,5 ... 3,5; = 0,45 ... 0,85.

Определение эффективности рулей

Эффективность выбранного руля Ер определяется по формуле

144

эффициент попутного потока; W— коэффициент:

для руля, расположенного в диаметральной плоскости судна за гребным винтом, W=0,3 ;

для руля, расположенного в диаметральной плоскости судна, при отсутствии перед ним гребного винта принимается W= 0;

для бортовых рулей W=0,4 -0,13.

Нормы эффективности рулей

Сумма эффективностей всех установленных на судне рулей должна быть не менее большего из значений эффективностей Е1 ,Е2 , Е3, указанных далее.

Для всех судов, кроме буксиров, спасательных и рыболовных судов, Е1 определяется в зависимости от Ср и к:

для одновинтовых судов — по рис. 4.46, а;

для двух- и трехвинтовых судов — по рис. 4.46, б.

Для промежуточных значений Ср величина Е1 определяется линейной

интерполяцией. Ср — коэффициент продольной полноты подводной части корпуса судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, определяемый по формуле Ср= / ; - коэффициент полноты мидель-шпангоута;

метральной плоскости судна; f - площадь боковой проекции кормового подзора судна, м2, вычисляемая как площадь фигуры, ограниченной линией продолжения нижней кромки киля, перпендикуляром, опущенным на эту линию из точки пересечения летней грузовой ватерлинии с контуром диаметрального сечения кормовой оконечности судна, и наружной кромкой ахтерштевня, проведенной без учета рудерпоста, подошвы ахтерштевня или кронштейна руля, если таковые имеются; f0 — для двухвинтовых судов — площадь боко-

145

вой проекции обтекателей гребных винтов (или часть ее), накладываемая на площадь фигуры f, м2. Во всех остальных случаях в расчетах принимается f0

= 0.

Для буксиров, спасательных и рыболовных судов Е1 определяется по рис. 4.46, в в зависимости от к .

Е2 определяется по формуле

где А3 - площадь боковой парусности судна при такой минимальной осадке, при которой перо руля или поворотная насадка полностью погружена в воду (при положении судна без крена и дифферента), м2; А4 - площадь подводной части диаметральной плоскости судна при такой минимальной осадке, при которой перо руля или поворотная насадка полностью погружена в воду (при положении судна без крена и дифферента), м2; x0 — горизонтальное расстояние от мидель-шпангоута (середина длины L) до центра тяжести площади А3, м. Величина х0 принимается положительной при расположении центра

где А5 - площадь боковой парусности судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, м2.

Для судов длиной менее 70 м в расчетах принимается E3 = 0.

146

а)

б)

в)

Рис. 4.46. Эффективность рулей и поворотных насадок Е1:

а- одновинтовых судов; б - двух- и трехвинтовых судов;

в- буксиров, спасательных и рыболовных судов

147

5. СПАСАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Для спасения пассажиров и экипажа при угрозе гибели судна на всех судах предусматривают спасательные средства и устройства. Анализ статистики нарушения нормальной эксплуатации судов мирового флота настораживающее указывает, что ежегодно каждое третье судно попадает в аварийную ситуацию. Большинство из них, благодаря умелым действиям экипажа, благополучно выходят из таких ситуаций, но немало судов гибнет. Ежегодные потери составляют 0,3…0,5% суммарного тоннажа торгового флота, что соответствует гибели 150…200 судов вместимостью не менее 500 BRT и 250 …400 судов вместимостью до 100 BRT.

Необходимо заметить, что количество погибших судов сильно различается в зависимости от их размера и возраста. Процент погибших малых судов в 5…8 раз выше, чем крупных; количество погибших старых судов (срок службы более 20 лет) в 5…7 раз больше, чем новых (срок службы не более 5 лет).

Наиболее часто встречающиеся причины гибели судов – это посадка на мель и опрокидывания (30…40% потерь). У малых судов опрокидывания происходят в 5…6 раз чаще, чем у крупных. Причина этого заключается в ухудшении остойчивости малых судов на ветровом волнении, когда динамическая остойчивость судна становится недостаточной и опрокидывание происходит за 5…10 с. У крупных судов опрокидывание объясняется снижением статической остойчивости при повреждениях и затоплении части корпуса судна. Время гибели таких судов заметно больше (0,25…1,5 ч). Суда средних размеров (вместимостью 2000…10000 BRT) чаще гибнут при посадке на мель, крупные суда (вместимостью более 15000 BRT) – от возникших пожаров (40…43%) и от повреждений при столкновениях (около 20%).

Дополнительная сила плавучести спасательных средств, рассчитанная на поддержание на воде тела человека, не умеющего плавать или потерявшего сознание, довольно небольшая: 25…35 H для поддержания лица человека над водой (это соответствует наличию камер плавучести объемом 2,5…3,5 л); 50…70 H для поддержания головы человека над водой (объем камер 5…7 л); 110…140 H для удержания верхней части тела (по грудь) над водой (объем камер 11…14 л); 750 …1000 H – для поддержки человека целиком вне воды (объем камер 75 …100 л).

148

Поскольку суда эксплуатируются в разных широтах, в том числе и северных, необходимо знать время допустимого пребывания тела человека в холодной воде без угрозы гибели от переохлаждения: 0,25 ч при температуре воды около 00С; 0,5 ч в воде при температуре 2,50С; 1 ч – при температуре 50С; 3 ч – при температуре 100С; 16 ч – при температуре 200С. Опасность переохлаждения диктует необходимость применения теплозащищающих спасательных средств (костюмы-комбинезоны, термомешки, закрытые спасательные плоты и шлюпки), сохраняющие жизнь человека при длительном ожидании помощи от других судов или береговых станций.

Приведенные выше особенности при угрозах гибели судна должны заставить конструктора при проектировании судовых спасательных устройств тщательно изучить район эксплуатации судна, специфику его работы, выбирать тип и количество спасательных средств, рассчитанных на спасение всех людей, находящихся на борту. Это позволит разработать конструкции спасательных устройств, гарантирующих спасение пассажиров и экипажа в заданном районе эксплуатации.

Судовые спасательные устройства включают в себя сами спасательные средства; оборудование для длительного и надежного хранения спасательных средств до момента их использования; изделия и конструкции разной степени сложности для спуска спасательных средств на воду при применении их для спасения людей. Степень сложности спасательных устройств зависит от назначения и района плавания судна и от типа спасательных средств. Индивидуальные спасательные средства (круги, жилеты) не требуют, как правило, механизированных устройств для их хранения и использования, а коллективные (плоты, шлюпки) снабжаются конструкциями, приспособлениями и механизмами, с помощью которых спускают спасательные средства на воду, а при необходимости – поднимают их обратно на борт судна.

5.1. Нормы снабжения судов спасательными средствами

Нормы снабжения судов спасательными средствами указаны в Правилах Речного Регистра и Морского Регистра судоходства РФ [16, 17]. Эти нормы составлены на основе требований Конвенции по спасению жизни людей на море (SOLAS-74), которые обоснованы многолетним опытом судоходства. Нормы различаются в зависимости от назначения и размеров судна,

149