Теория устройства судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глоссарий

судно экипаж гребной винт

Ахтерпик- крайний кормовой отсек судна. На современных судах занимает пространство от передней кромки ахтерштевня до первой от него кормовой водонепроницаемый переборки.

Ахтерштевень - нижняя кормовая часть судна в виде открытой или закрытой рамы, которая служит продолжением киля. Форма ахтерштевня зависит от расположения гребных винтов, конструкции руля и формы кормовых образований корпуса судна.

Бак - надстройка в носовой оконечности судна, начинающаяся от форштевня. Служит для защиты верхней палубы от заливания на встречной волне, а также для повышения запаса плавучести и размещения служебных помещений.

Балласт - груз принимаемый на судна для обеспечения требуемой посадки и остойчивости, когда полезного груза и запасов для этого недостаточно.

Баллер руля - неподвижно соединенный с пером руля (насадкой) вал, служащий для поворота пера руля (насадки).

Бимс - балка поперечного набора судна, преимущественно таврового профиля, поддерживающая настил палубы (платформы).

Батокс - линия теоретического чертежа, показывает пересечение наружной обшивки судна плоскостью, параллельной диаметральной плоскости.

Бракета - прямоугольный или более сложной формы пластина, служащая для подкрепления балок судового набора или соединения их между собой. Бракету изготавливают из материала корпуса.

Брашпиль - палубный механизм лебедочного типа с горизонтальным валом, предназначенный для подъема якоря и натяжения тросов при швартовке. В зависимости от типа может одновременно обслуживать якорные цепи левого и правого бортов.

Валовая вместимость, измеряемая в регистровых тоннах (рег.т.), представляет собой полный объем помещений корпуса и закрытых надстроек, за исключением объемов отсеков двойного дна, цистерн водяного балласта, а также некоторых служебных помещений и постов, расположенных на верхней палубе и выше.

Ватерлиния - линия нанесенная на борту судна, которая показывает его осадку с полным грузом в месте соприкосновения поверхности воды с корпусом плавающего судна. различают конструктивную, грузовую и расчетную ватерлинию.

Гак - стальной крюк, используемый на судах для подъема груза кранами, стрелами и другими приспособлениями.

Гельмпорт - вырез в нижней части кормы или в ахтерштевне судна для прохода баллера руля.

Дедвейт (полная грузоподъемность) - представляют собой общую массу перевозимого судном полезного груза, составляющего чистую грузоподъемность.

Дифферент - наклон судна в продольной плоскости. Дифферент характеризует посадку и измеряется разностью его осадок кормой и носом.

Живучесть судна - способность судна при получении повреждений сохранять свои эксплуатационные и мореходные качества.

Карлингс - продольная подпалубная балка судна, поддерживающая бимсы и обеспечивающая вместе с остальным набором палубного перекрытия его прочность при денйствии поперечной нагрузки и устойчивость при общем изгибе судна.

Киль - основная продольная днищевая балка в ДП судна.

Льяло - углубление по длине трюма (отсека) судна между скуловым поясом наружной обшивки и наклонным междудонным листом (скуловым стрингером), предназначенное для сбора трюмной воды и последующего удаления ее с помощью осушительной системы.

Метацентр - центр кривизны траектории, по которой перемещается центр величины С в процессе наклонения судна.

Метацентрическая высота - расстояние между метацентром и центром тяжести судна. различают М. в. поперечную (малую) h и продольную (большую) H.

Морская миля - единица длины, равная одной дуговой минуте меридиана. В 1928 г. по решению Международного гидрографического бюро длина морской принята равной 1852м.

Ортодромия - дуга большого круга, проходящая через 2 точки на поверхности шара и являющаяся кратчайшим расстояние между ними.

Остойчивость - способность судна, выведенного внешним воздействием из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения этого воздействия.

Рангоут - совокупность надпалубных конструкций и деталей судового оборудования, предназначенного на судах с механическими двигателями для размещения судовые огней, средств связи, наблюдения и сигнализации, крепления и поддержания грузовых устройств (сигнальные и грузовые мачты, грузовые стрелы и т.п.), а на парусных судах - для постановки, раскрепления и несения парусов (мачты, стеньги, реи, гики, гафели, бушприты и пр.)

Рулевое устройство - судовое устройство, обеспечивающее поворотливость и устойчивость судна на курсе.

Скула - место перехода от днища к борту судна. форма скулы зависит от типа судна и ее расположения по длине корпуса.

Спредер - захватное устройство контейнерного перегружателя в виде рамы с размерами в плане, соответствующими размерам контейнера. В углах рамы находится фитинги для крепления груза.

Стрингер - продольный элемент набора корпуса судна в виде листовой или тавровой балки, стенка которой перпендикулярна к обшивке корпуса. Различают днищевой, скуловой, бортовой и палубный стрингер.

Талреп - приспособление для натяжения стоячего такелажа и найтовов. Состоит из корпуса, в который ввинчиваются 2 стальных прутка с рымами или скобами свободных концах для крепления к снастям и опорам.

Твиндек - пространство внутри корпуса судна между 2-мя палубой и платформой. При наличии трех палуб различают верхний и нижний твиндек, при большом количестве палуб - верхний твиндек, 2-й, 3-й, и т.д., сверху вниз.

Швартов - трос, обычно с огоном на конце, предназначенный для подтягивания и удержания судна у причала или у борта другого судна. в качестве швартовов используются стальные, а также растительные и синтетические тросы из прочных, гибких и износостойких волокон.

Принципы классификации морских судов

Каждое судно должно обладать комплексом эксплуатационных и мореходных качеств.

К эксплуатационным качествам принято относить грузоподъемность и грузовместимость; маневренность, скорость, дальность плавания и автономность; обитаемость судна. Одним из важнейших эксплуатационных качеств является прочность, которая, наряду с мореходными качествами, обеспечивает безопасность плавания судна.

В середине прошлого столетия танкеры имели водоизмещение около 500 т, перед второй мировой войной основное ядро наливного флота составляли суда водоизмещением 10--15 тыс. т. Впервые наименование «супертанкер» было присвоено построенному в 1953 г. танкеру «Тина Онасис» водоизмещением 59 тыс.т. Однако размеры судов этого типа продолжали стремительно возрастать, абсолютный рекорд был зарегистрирован в 1980 г., когда японские судостроители, удлинив танкер «Оппама», довели его водоизмещение до 640 тыс. т. «Чемпион» получил новое имя «Сиуайз Джаэнт», а суда подобного класса стали называть сверхкрупнотоннажными танкерами. В связи со столь бурным ростом размеров судов прошлось по-новому решать проблему их прочности.

Немало проблем возникает и при внедрении новых материалов и технологий. Пример тому -- знаменитые цельносварные суда типа «Либерти», строившиеся во время второй мировой войны в США. Эта серия судов вошла в историю судостроения как самая крупная в мире -- всего было построено 2580 ед. На изготовление первого судна потребовалось 250 дней; на изготовление одного из последующих - рекордно малое время - 7 суток 14 часов и 23 минуты; средняя продолжительность строительства одного судна составила 35 дней. Однако прославились суда типа «Либерти» тем, что в ходе эксплуатации некоторые из них переломились пополам и погибли. Подобная картина имела место и у некоторых танкеров типа Т-2. И «Либерти», и эти танкеры были судами массовой постройки, на них впервые практически полностью отказались от клепаных соединений; нарушение прочности корпуса этих судов произошло из-за недостатка опыта применения сварки. В дальнейшем подобные аварии были практически сведены на нет.

Мореходные качества судна -- плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, плавность качки и управляемость -- входят в компетенцию специальной науки -- теории корабля.

Плавучестью называется способность судна плавать в заданном положении относительно поверхности воды.

Остойчивость--это способность судна, выведенного из равновесия, возвращаться в исходное положение после прекращения действия внешних сил.

Непотопляемость -- способность судна оставаться на плаву и в ограниченной степени сохранять другие мореходные качества после затопления одного отсека или их группы. Непотопляемость определяется плавучестью и остойчивостью поврежденного судна.

Ходкостью называется способность судна двигаться с заданной скоростью при наименьшей возможной мощности главной механической установки.

Плавность и малые амплитуды качки -- качества, необходимые для обеспечения мореходности судна в условиях морского волнения.

Управляемость -- это способность судна выдерживать -заданное направление движения.

Неполное удовлетворение требований, предъявляемых к судну каждым из перечисленных выше качеств, в лучшем случае существенно затруднит его эксплуатацию, а в худшем может послужить причиной его гибели. Интуитивно это было ясно судостроителям и мореходам всех времен и народов. Почти две тысячи лет назад известный римский мудрец Сенека сформулировал требования к кораблю, который «хорошим именуется, когда он устойчив и непоколебим, послушен рулю, ходок и ветру уступчив».

До недавнего времени эти задачи судостроители решали опытным путем, эмпирически, методом проб и ошибок, за которые мореплаватели платили своими жизнями. Искусство кораблестроения совершенствовалось и передавалось от поколения к поколению. История сохранила нам сведения о наиболее удачных конструкциях своего времени. Абсолютным рекордсменом среди них, пожалуй, следует признать древнегреческую триеру (римская трирема), которая в течение, почти тысячелетия являлась главным боевым кораблем военных флотов этих стран.

Основоположником теории корабля по праву считается один из величайших ученых древности Архимед. Открытый им в III в. до н. э. закон лежит в основе плавучести судна. Занимался Архимед и некоторыми вопросами остойчивости.

В практике судостроения закон Архимеда впервые применил английский инженер Энтони Дин -- в 1666 г. он рассчитал осадку корабля «Руперт» и прорубил, к величайшему удивлению современников, пушечные порты в его бортах на стапеле, еще до спуска на воду.

Рождение теории корабля как науки о мореходных качествах судна обычно датируют серединой XVIII в., когда почти одновременно вышли труды члена Петербургской Академии наук Л. Эйлера и французского академика П. Бугера. В этих фундаментальных сочинениях излагалось учение о плавучести и остойчивости, развивались положения Ньютона о законах сопротивления среды движению тел, затрагивались некоторые вопросы мореходности судов. К середине следующего, XIX века, главные проблемы плавучести и остойчивости были решены, требования, предъявляемые к судам для обеспечения этих качеств, в основном сформулированы.

Недостаточная остойчивость грозит кораблю гибелью. Судостроителям это было известно испокон веков. Однако для некоторых закон был не писан.

В 1628 г. на испытаниях, произведя салют из всех пушек, опрокинулся и в течение минуты затонул только что построенный флагман шведского флота «Ваза», спроектированный в соответствии с указаниями короля Густава II Адольфа. Стремясь усилить вооружение корабля, сделать его более мощным, чем у противника, на нем установили 64 орудия, расположенные в три яруса на палубах каждого борта. Королевские инженеры пытались доказать, что при таком количестве пушек центр тяжести корабля поднимется слишком высоко и это губительно скажется на остойчивости, однако их доводы не были услышаны монархом.

Некомпетентность венценосца начала XVII в. объяснима. Гораздо труднее понять, как почти четверть тысячелетия спустя подобное могло произойти в просвещенной Англии. В 1870 г. по. проекту Кольза был построен броненосец «Кептен». На первый взгляд, он обладал рядом неоспоримых достоинств: сильной артиллерией во вращающихся башнях, толстой бортовой броней, низким надводным бортом, обеспечивающим малую площадь цели и полным парусным вооружением в дополнение к паровой машине. Главный кораблестроитель Великобритании Е. Рид отказался утвердить проект, но идея Кольза была поддержана лордами адмиралтейства, мнение которых перевесило доводы специалиста. Во время первого же пробного плавания в составе эскадры «Кептен» под действием шквала опрокинулся и почти мгновенно затонул, унеся жизни 530 человек команды, в том числе и автора злополучного проекта Кольза. Остальные суда эскадры перенесли шквал безболезненно.

По приговору английского суда в соборе Св. Павла в Лондоне на бронзовой доске выгравирован текст, повествующий о гибели «Кептена» и выражающий, по меткому замечанию академика А. Н. Крылова, «порицание невежественному упрямству тогдашних лордов адмиралтейства». Случай с «Кептеном» стал хрестоматийным примером, вошел во все руководства по кораблестроению. Но стремление к увеличению вооружения любой ценой уже в XX в. привело к очередной трагедии. В 1934г. вскоре после спуска на воду во время шторма опрокинулся японский миноносец «Томодуру». Несколько дней спустя его обнаружили плавающим в перевернутом состоянии, из 113 человек команды погибло около 100. В то время Япония стремилась проектировать свои надводные корабли так, чтобы при минимальном водоизмещении разместить максимальное количество вооружения. Это привело к занижению остойчивости многих военных кораблей различных классов. Гибель «Томодуру» послужила толчком к ревизии проектов как построенных, так и строящихся кораблей флота и их переделке.

Было бы ошибкой полагать, что потеря остойчивости грозит только военным кораблям и что аварии подобного рода остались в прошлом. И сегодня ежегодные потери мирового флота, причем только среди достаточно крупных судов, составляют около 0,6% их общего количества. При этом приблизительно 20% случаев -- наиболее тяжелые аварии от потери остойчивости. Так, например, в 1987 г. крупный современный английский автомобильно-пассажирский паром «Геральд оф фри Энтерпрайз», едва отойдя от пирса, опрокинулся в бельгийском порту Зеебрюгге -- погибло более 190 человек. Причина аварии -- неплотно закрытые водонепроницаемые ворота, через которые вода хлынула на грузовую палубу. Положение усугубили погруженные на паром, но не закрепленные автомашины, в том числе тяжелые грузовики -- сместившись в сторону накрененного борта, они способствовали опрокидыванию судна.

Еще более страшная трагедия произошла на Балтике 28 сентября 1994 г. с другим автомобильно-пассажирским паромом «Эстония». Судно водоизмещением около 11000 т сначала внезапно легло на борт, получив крен около 35°, а затем быстро опрокинулось и затонуло. Хотя это случилось всего в сотне километров от финского порта Турку и в спасательной операции принимало участие несколько судов самолетов и вертолетов, авария сопровождалась очень крупными жертвами -- погибло более 800 человек. Причина гибели судна так и осталась до конца не выясненной.

Приоритет в создании науки о непотопляемости корабля принадлежит отечественным ученым. «Истинным основателем учения о непотопляемости судов» называл академик А. Н. Крылов адмирала С. О. Макарова, впервые сформулировавшего главные требования к обеспечению непотопляемости. Блестящее развитие идеи С. О. Макарова нашли в трудах А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова -- создателя современной строительной механики корабля.

Гибель в Порт-Артуре броненосца «Петропавловск» с адмиралом С. О. Макаровым на борту, трагедия Цусимы заставили командование русского военно-морского флота прислушаться к голосу ученых--с 1905 г. на всех кораблях были введены таблицы непотопляемости, разработанные А. Н. Крыловым. В иностранных флотах подобные таблицы нашли применение значительно позже. Трагедия, произошедшая в 1912 г., когда в первом же трансатлантическом рейсе «непотопляемый», как его рекламировали владельцы, пассажирский лайнер «Титаник», затонул, став могилой для полутора тысяч человек, окончательно убедила кораблестроителей в том, что для обеспечения непотопляемости судна недостаточно одной интуиции, а требуются строгие и обоснованные расчеты.

Вопросами ходкости конструкторы вплотную занялись только в конце XIX столетия. В эпоху парусного флота скорость судна, а следовательно, и продолжительность рейса, в основном определились силой и направлением ветра, а также опытом судоводителя; форма корпуса играла второстепенную роль. Появление паровой машины, а затем и других механических двигателей в корне изменило отношение к ходкости. Хотя в отличие от остойчивости и непотопляемости низкие ходовые качества не приводили к немедленной гибели судна, неприятностей они тоже доставляли немало. Всего 150 лет назад парусник «Даймонд» из Европы в Америку шел сто дней. За время столь продолжительного рейса 17 пассажиров умерло от истощения. Приблизительно в то же время первый пароход пересек Атлантику без помощи ветра - это был «Сириус», водоизмещением около 700 т. Выходя в рейс, он имел на борту 98 пассажиров и 450 т угля, отчего борта судна едва выступали из воды. В конце пути запасы угля иссякли, поэтому на подходе к Нью-Йорку были срублены мачты, за ними в топку пришлось отправить всю деревянную утварь. Трансатлантический переход удалось завершить за 18,2 суток, среднерейсовая скорость составила 8,5 уз - неплохой, по тем временам, результат. Рекордным оказался и расход топлива--около 5 т на одного пассажира. «Сириус» не был исключением: первые коммерческие пароходы 40-х гг. прошлого столетия имели удельную массу установки порядка 800 кг/л. с. и расход топлива около 6 кг/(л. с.хч). У судна водоизмещением 1500 т с паровой машиной мощностью 450 л. с. масса главной механической установки и топлива составляла приблизительно 750 т. И это при скорости около 10 уз и запасах угля всего на 6 сут.

Стало очевидным, что дальнейший прогресс судоходства невозможен без совершенствования формы корпуса судов и движителей, без создания достоверных методов расчета ходовых качеств. Большой вклад в развитие учения о ходкости внес известный английский исследователь В. Фруд, разработавший первые научно обоснованные методы прогнозирования сопротивления воды движению судна. Широкое применение нашла предложенная в 1892 г. русским инженером В. И. Афанасьевым эмпирическая формула для определения мощности, необходимой для достижения судном заданной скорости. В 90-х гг. XIX в. в Петербурге был построен первый в России опытовый бассейн, предназначенный для исследования мореходных качеств судов на их моделях. Инициатива его создания принадлежала гениальному русскому ученому Д. И. Менделееву. Основоположником вихревой теории гребного винта, основного движителя сегодняшнего дня, является другой выдающийся ученый, «отец русской авиации» Н. Е. Жуковский. Самыми «молодыми» дисциплинами теории корабля, пожалуй, следует признать качку и управляемость. Создателем классической общей теории качки корабля на волнении по праву считается академик А. Н. Крылов. Английское общество корабельных инженеров за этот труд присудило ему, первому из иностранцев, золотую медаль, что явилось признанием приоритета русской науки и принесло А. Н. Крылову мировую известность. Качка судна существенно затрудняет его эксплуатацию, а иногда может стать и причиной его гибели. В декабре 1944г. третий флот США попал в район, расположенный близ центра тайфуна. Корабли испытывали сильную качку, у некоторых из них амплитуды достигали 70 градусов и более. Три эсминца опрокинулись и затонули. Еще около 30 единиц, от сторожевых кораблей до линкоров и авианосцев, получили значительные повреждения. Оценивая последствия тайфуна, командующий Тихоокеанским флотом США адмирал Нимиц отмечал, что потери оказались большими, чем этого можно было ожидать от любого сражения.

Невысокие маневренные качества судна, недостаточное знакомство судоводителей с законами управляемости могут повлечь за собой серьезные повреждения и даже гибель судов. Примеров тому несть числа, остановимся на тех, которые чреваты самыми тяжелыми последствиями,--на столкновениях судов. В мае 1914 г. канадский пассажирский лайнер «Эмпресс оф Айрленд» водоизмещением около 20 000 т в заливе Св. Лаврентия был протаранен норвежским пароходом «Сторстад». Удар пришелся в правый борт лайнера под углом 35 градусов, прямой форштевень парохода вошел в его корпус на 5 м, произведя большие разрушения. Всего через 17 минут после удара «Эмпресс оф Айрленд» скрылся под водой, эта ошибка судовождения стоила жизни более чем 1000 человек.

Осенью 1942 г. огромный английский пассажирский лайнер «Куин Мэри» шел из США в Англию, имея на борту почти 11 тысяч американских солдат. Его сопровождал крейсер «Кюрасао». Корабли двигались почти параллельными курсами с высокой скоростью -- 25 уз. Когда они сблизились, за две минуты до столкновения были предприняты попытки отвернуть, однако предотвратить катастрофу уже не удалось. «Куин Мэри» врезался в левый борт крейсера и, подобно топору, разрубил его пополам. «Кюрасао» затонул, вместе с ним погибло более 300 членов экипажа. Позднее было высказано мнение, что столкновению способствовала сила взаимного присасывания, впервые обнаруженная еще в 1911 г. при столкновении лайнера «Олимпик» с крейсером «Хок». Эта авария была хорошо изучена, на основании ее сделаны выводы и соответствующие рекомендации. Однако, как показал пример с «Кюрасао», тридцати лет оказалось недостаточно для воплощения этих рекомендаций в жизнь. В 1970 г. в Ла-Манше в ясную погоду, при хорошей видимости столкнулись два крупнотоннажных либерийских танкера, шедших встречными курсами. За минуту до аварии, когда расстояние между судами уменьшилось до одного кабельтова, на обоих танкерах были переложены рули, но избежать столкновения не удалось-- кормовые части судов ударились по касательной. В результате -- пожар, загрязнение нефтью моря, гибель 14 человек.

Еще свежа в памяти трагедия, произошедшая в 1987 г. вблизи Новороссийска, когда балкер «Петр Васев» врезался в борт пассажирского лайнера «Адмирал Нахимов». Протараненное судно затонуло в течение считанных минут, унеся жизни нескольких сот пассажиров и членов экипажа.

С развитием судостроительных наук аварий, подобных описанным выше, к счастью, становится все меньше. Приведены же эти примеры в назидание будущим инженерам в целях иллюстрации важности вопросов, о которых будет идти речь ниже.

Контрольные вопросы:

1. Кто является основоположником теории корабля?

2. Что относится к эксплуатационным качествам судна?

3. Что входит к мореходным качествам судна?

Основные сведения о судах. Современные принципы классификации судов. Классификация судов по Правилам Регистра, символы класса судна

Класс судна -- это разряд, к которому относится конкретное судно, согласно правилам классификации и постройки того или. Иного классификационного общества. Класс присваивается (или возобновляется) на определенный срок с выдачей классификационного свидетельства, в котором, удостоверяется, что судно отвечает требованиям, предъявляемым. К его прочности и мореходности.

В стране юридическим органом технического надзора и классификации гражданских морских судов и плавучих сооружений является Регистр.

Класс судна записывается в виде символа и различных дополнительных знаков.

Основной символ класса судна состоит из знака звездочки, вписанной в окружность, и проставленных перед ней букв: КМ для самоходного и К -- для несамоходного судна. Дополнительные знаки отражают:

категорию ледовых усилений-- УЛА, УЛ, Л1, Л2, ЛЗ и Л4; степень обеспечения непотопляемости -- заключенные в квадрат цифры 1, 2 и 3; повышенную противопожарную защиту -- F; ограничении по району плавания -- I, II, IIСП и III; знак автоматизации судовой энергетической установки (СЭУ) -- Al, A2 или A3; назначение судна -- слова «буксир», «танкер» и т. д., если судно нефтеналивное, то к символу о его назначении добавляется значение (цифра температуры вспышки перевозимого нефтепродукта); оборудование судна атомной энергетической установкой - знаком атома (атомное ядро в центре двух пересекающихся электронных орбит).

Символ класса, имеющий вид КМ, звезда в круге, УЛ,1 заключенная в квадрат, F AI, знак атома, лихтеравоз, расшифровывается так: самоходное судно, построено под надзором Регистра, неограниченного района плавания, имеет усиленные ледовые подкрепления (допускается плавание за ледоколом, а также самостоятельное плавание в битом льду в арктических морях), способно оставаться на плаву при затоплении одного отсека, удовлетворяет дополнительным требованиям правил по противопожарной защите, с объемом автоматизации СЭУ, допускающим работу судна без постоянной вахты в МО и ЦПУ, предназначено для перевозки лихтеров.

Классифицировать суда можно по ряду независимых признаков: по характеру передвижения, району плавания, положению относительно поверхности воды, материалу корпуса, типу механической установки и т. д.

Кратко остановимся на главном классификационном признаке-- назначении судов. В этом плане их принято делить на военные, их по традиции называют кораблями, и гражданские суда. Последние, в свою очередь, подразделяют на транспортные, промысловые, служебные, суда технического флота.

Основой морского флота являются транспортные суда, которые можно разделить на пассажирские и грузовые. Последние как по водоизмещению, так и по количеству составляют подавляющее большинство среди транспортных судов. Их принято подразделять по роду перевозимого груза на две категории: сухогрузные и наливные. Внутри каждой из этих категорий также существует градация. Так, среди наливных судов различают танкеры, предназначенные для транспортировки нефтепродуктов, газовозы, химовозы, виновозы (о специфике последних судов говорит само их название).

Танкеры -- самые крупные из современных судов, водоизмещение некоторых из них превышает 600 тыс. т, а длина -- 400 м.

Еще более разнообразны типы сухогрузных судов. Здесь прежде всего выделяют суда для перевозки массовых (навалочных, насыпных) и генеральных (в упаковке, отдельными местами) грузов. Первые иногда называют балкерами, они перевозят руду, уголь, бокситы, цемент, зерно, сахар и т. д. Среди существующих судов по водоизмещению крупнейшие «навалочники» уступают только танкерам.

Суда для генеральных грузов делятся на универсальные и специализированные. Первые составляют наиболее многочисленную группу; в соответствии с названием они перевозят разнообразные генеральные грузы.

К специализированным судам относят контейнеровозы, лихтеровозы, автомобилевозы, лесовозы, суда с горизонтальным способом обработки, суда для перевозки тяжеловесных грузов, и т. д.

Самые крупные из судов данной категории -- контейнеровозы -- по водоизмещению (Б < 80 тыс. т) уступают не только танкерам, но и навалочникам, однако значительно превосходят их по скорости, которая может достигать 20 уз и более.

Существуют и комбинированные суда, предназначенные для перевозки как массовых, так и жидких грузов. Это позволяет в значительной степени сократить количество балластных переходов, благодаря перевозке разнородных грузов на встречных направлениях. По своим характеристикам комбинированные суда близки к судам для навалочных грузов и относятся, как и танкеры, к сравнительно тихоходным судам -- их скорость обычно не превышает 16 -- 17 уз.

Самыми скоростными из транспортных судов являются пассажирские лайнеры, предназначенные для обслуживания регулярных линий. При весьма солидном водоизмещении, достигающем 50 -- 70 тыс. т, эти суда развивают скорость до 30 -- 35 уз.

Более скромными размерами и скоростными качествами отличается другая категория пассажирских судов -- круизные, предназначенные для путешествий, отдыха, морского туризма.

Промысловые суда используются для добычи, переработки и транспортировки морепродуктов. В эту категорию входят как малые рыболовные суда водоизмещением в несколько десятков тонн, так и крупные плавучие базы, водоизмещение которых достигает 50 тыс. т.

Среди служебных в первую очередь следует назвать ледоколы, буксиры, спасатели, научно-исследовательские, учебные и другие суда. Основное их назначение -- обеспечение эксплуатации транспортного и промыслового флота.

К судам технического флота принято относить дноуглубительные снаряды, грунтоотводные шаланды, плавучие краны, доки, мастерские и т. д. Сюда же причисляют и технические средства освоения мирового океана: буровые суда, плавучие буровые установки, суда для добычи со дна твердых полезных ископаемых и т. д.

По характеру сил поддержания, уравновешивающих силу тяжести судна в расчетном режиме движения, различают суда водоизмещающие и с динамическим поддержанием (СДП). У первых превалируют гидростатические (архимедовы) силы поддержания, у вторых -- динамические, возникающие на днище либо на несущих элементах.

Подавляющее большинство судов всех назначений относится к водоизмещающим. Высокоскоростные суда с динамическим поддержанием (глиссеры, суда на подводных крыльях, суда на воздушной подушке, суда-экранопланы) имеют небольшое водоизмещение (Б < 500 т), их удельный вес в мировом флоте весьма незначителен.

Классификационные общества. Технический надзор за постройкой и эксплуатацией всех судов осуществляется классификационными обществами различных стран. Среди них самое старое (основанное в 1834 г.) общество -- Английский Ллойд, Германский Ллойд, Французское и Норвежское бюро Веритас и др.

В России государственным органом технического надзора является Регистр, который определяет условия, гарантирующие безопасность плавания судов. Кроме выполнения функций надзора, Регистр разрабатывает обязательные для судостроителей правила и технические нормы постройки судов, а также присваивает судну класс в соответствии с его назначением и районом плавания. Классификационное свидетельство, выдаваемое Регистром, означает, что судно полностью отвечает всем требованиям Регистра, в том числе в. отношении прочности и мореходности, т. е. тех качеств, которые в основном рассматриваются в учебнике.

Контрольные вопросы:

1. Что такое класс судна?

2. Как классифицируют cудa по Правилам Регистра?

3. Что представляет собой символ класса судна?

4. Как читается символ класса для какого-либо конкретного судна?

Архитектурно-конструктивные типы судов. Общие положения. Основной корпус и элементы его набора

Набор корпуса - это совокупность продольных и поперечных балок, соединенных между собой и образующих остов судна. Наружная обшивка крепится к остову и представляет собой водонепроницаемую оболочку корпуса.

Листы обшивки с балками набора образуют перекрытия: бортовые, палубные, переборочные, днищевые.

Количественное соотношение продольных и поперечных балок в наборе определяют название системы набора: продольная, поперечная или продольно-поперечная. Продольно-поперечная система набора в свою очередь подразделяется на комбинированную и смешанную. В комбинированной системе днище и палубы выполняются по продольной системе, а борта - по поперечной.

Смешанная система набора (рисунок 3.1) характеризуется примерно одинаковыми расстояниями между продольными и поперечными балками.

Основная продольная связь набора корпуса - киль, представляет собой балку или коробку, идущую вдоль корпуса по его ДП. В носовой и кормовой части корпуса продолжением киля являются штевни (в носу - форштевень, в корме - ахтерштевень), которые служат для соединения перекрытий обоих бортов и создания жесткой конструкции в носовой и кормовой оконечностях судна.

Рисунок 3.1 Смешанная система набора корпуса: 1-киль; 2 - настил второго дна; 3 - бортовые стрингеры; 4 - бимс; 5 - палубный стрингер; 6 - кница; 7 - ширстрек; 8 - шпангоут; 9 - боковой пояс (бархоут); 10 - скуловой пояс; 11 - флор; 12 - днищевой стрингер; 13 - шпунтовой пояс; 14 - килевой пояс; ЛДП - линия диаметральной плоскости.

К килю приваривают поперечные днищевые балки - флоры, они бывают сплошные и бракетные. Сплошные флоры делают глухими (водонепроницаемыми) или с вырезами. Водонепроницаемые флоры ставят в местах разделения междудонного пространства на отдельные цистерны (танки), которые используют для хранения пресной воды, жидкого топлива или балласта. Сплошные флоры с вырезами ставят в частях корпуса, подверженных большим нагрузкам. Их устанавливают в машинном отделении, под котлами, в носовой части и т.д. Такие флоры также ставят для усиления корпуса через 3 - 4 бракетных флора. Бракетный флор (облегченный) состоит из двух балок, соединенных между собой полосами - бракетами. Днищевой набор усиливают днищевыми стрингерами - балками, устанавливаемыми параллельно килю. Продолжением флоров от скуловой части до верхней палубы являются шпангоуты. Верхние концы каждого шпангоута соединены между собой под палубными поперечными балками-бимсами. Бимс соединяется со шпангоутом с помощью угольника - кницы.

В палубном настиле вырезают отверстия для различных люков, из-за чего резко снижается общая прочность корпуса. Для придания жесткости корпусу концы разрезанных бимсов, которые называются полубимсами, связывают продольными балками - карлингсами. Бортовой и палубный настилы также укрепляют стрингерами.

Наружная обшивка корпуса судна и его палубный настил обеспечивают прочность и водонепроницаемость. Горизонтальные ряды листов наружной обшивки называются поясами. Они имеют следующие названия: ширстрек - верхний пояс обшивки; бархоут - пояс в районе ГВЛ; скуловой пояс - идущий по скуле корпуса; килевой или горизонтальный - средний днищевой пояс; шпунтовой - пояс, соседний с килевым.

Чтобы обеспечить непотопляемость судна большого водоизмещения его корпус от носа до кормы имеет второе дно (поверх днищевого набора). Настил второго дна должен быть настолько прочным, чтобы выдержать давление забортной воды в случае получения пробоины в основном днище. У бортов настил второго дна заканчивается междудонным листом или скуловым стрингером, который приваривают к скуловому поясу. В месте соединений междудонного листа со скуловым поясом предусматривают углубление - льяло, предназначенное для сбора воды, появляющейся в результате отпотевания внутренней части бортовой обшивки.

Поперечные продольные водонепроницаемые переборки, делящие корпус судна на отсеки, изготовляют из листов, толщина которых примерно равна толщине листов наружной обшивки. Двери этих переборок должны обеспечивать полную герметичность закрытия. На судах применяют два вида таких дверей; на петлях с клиновидными задрайками и клинкетные.

Непроницаемое горизонтальное перекрытие корпуса, простирающееся по всей длине судна, называется палубой. В зависимости от расположения она может быть верхней, средней или нижней. Палуба, идущая по всей ширине корпуса в пределах одного или нескольких смежных отсеков, называется платформой. На верхней палубе возводят надстройки и рубки, устанавливают различное оборудование, судовые устройства.

Длина судна, как правило, существенно превышает его ширину. Поэтому для большинства современных судов обеспечение продольной общей прочности обычно означает и автоматическое обеспечение прочности поперечной. Исключение составляют некоторые специальные суда, у которых длина и ширина корпуса имеют один порядок: многокорпусные суда (катамараны, суда с малой площадью ватерлинии и др.), а также суда на воздушной подушке, особенно амфибийные.

Ранее корпус судна мы считали абсолютно жестким, недеформируемым телом. В теории корабля нас интересовала только внешняя форма обводов корпуса, соответственно изучалось влияние этой формы на отдельные мореходные качества.

В строительной механике корпус плавающего судна рассматривается как тонкостенная балка переменного по длине коробчатого сечения. Под действием совокупности внешних и внутренних сил различной природы эта балка деформируется, в ее элементах возникают нормальные и касательные напряжения, следовательно, она должна обладать достаточной прочностью.

Прочность можно определить как способность корпуса воспринимать, не разрушаясь, нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации судна.

Корпус должен обладать и достаточной жесткостью, т. е. его деформации должны быть относительно невелики и не оказывать влияния на мореходные качества судна. Обеспечение прочности и жесткости корпуса при наименьшей затрате материала-- одна из основных задач, решаемых при строительстве судна.

Строительная механика корабля -- наука о прочности судна -- занимается изучением следующих трех проблем:

1) определение внешних сил, действующих на корпус в целом и на отдельные его конструкции в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации;

2) определение внутренних сил -- напряжений и деформаций, возникающих в связях корпуса под действием заданной системы внешних нагрузок;

3) сопоставление действующих напряжений с допускаемыми и назначение обоснованного запаса прочности.

Внешние силы, действующие на корпус, можно подразделить на две категории: возникающие при плавании на тихой воде и дополнительные, вызванные волнением моря и качкой судна. Определение усилий на тихой воде не представляет принципиальных трудностей и может быть выполнено с приемлемой точностью. Иначе обстоит дело с усилиями, возникающими при движении судна на волнении, -- эта весьма сложная задача до сегодняшнего дня не нашла еще своего полного разрешения.

По физической природе внешние нагрузки можно классифицировать следующим образом: силы тяжести; гидростатические силы; гидродинамические силы; силы инерции. Под действием этих сил корпус испытывает сложное деформационное состояние. Его изучение существенно облегчается, если ввести подразделение на более простые деформации: от общего изгиба в продольной и поперечной плоскостях; под действием локальных, местных, нагрузок. Соответственно в строительной механике корабля принято рассматривать общую и местную прочность.

Длина судна, как правило, существенно превышает его ширину. Поэтому для большинства современных судов обеспечение продольной общей прочности обычно означает и автоматическое обеспечение прочности поперечной. Исключение составляют некоторые специальные суда, у которых длина и ширина корпуса имеют один порядок: многокорпусные суда (катамараны, суда с малой площадью ватерлинии и др.), а также суда на воздушной подушке, особенно амфибийные.

Контрольные вопросы:

1. Какими могут быть системы набора корпуса судна?

2. Из каких балок состоит набор корпуса?

3. С какой целью на некоторых судах устанавливают второе дно?

4. Что представляет собой обшивка корпуса?

Общие принципы расположения помещений на современном транспортном судне. Особенности расположения помещений на сухогрузных наливных

Архитектурно-конструктивный тип судна характеризуется его внешним обликом, положением МО по длине, типом и количеством грузовых помещений, люков, переборок, числом палуб. Внешний вид судна в основном определяется надводной частью корпуса. При этом особую роль играют надстройки, их количество, расположение и протяженность. С этих позиций различают гладкопалубные, одно-, двух- и трехостровные суда. Наибольшее распространение имеют два последних типа. Двухостровное судно, как правило, имеет одноярусную носовую надстройку - бак и многоярусную кормовую - ют. Трехостровное -- одноярусные бак и ют и многоярусную среднюю надстройку. Отдельные надстройки могут сливаться, при этом говорят, что судно имеет удлиненный бак и ют. Если надстройка распространяется на всю длину судна, его называют шель-тердечным. У таких судов главной является не верхняя палуба надстроек, а вторая до которой доходят водонепроницаемые переборки.

На транспортных судах МО, как правило, располагается либо посередине, либо в кормовой оконечности, либо занимает промежуточное положение, когда между ним и ахтерпиком находится еще один грузовой трюм (рисунок 4.1).



Рисунок 4.1 Расположение МО по длине судна: а - в средней части; б - в кормовой оконечности; в - промежуточное

В средней части МО располагается только на некоторых сухогрузных судах. В этом случае облегчается дифферентовка судна, улучшается обзор с ходового мостика. Удаление жилых, помещений, от гребного винта в среднюю надстройку снижает уровень вибрации, улучшает обитаемость. Тому же способствуют и меньшие, чем в оконечностях, вертикальные ускорения, возникающие за счет килевой качки. Однако такому расположению МО присущи и существенные недостатки: заняты самые удобные для перевозки груза помещения, значительно возрастает длина валопровода.

У современных грузовых судов преобладает кормовое расположение МО. Все танкеры имеют только такую компоновку, с целью повышения безопасности плавания грузовые помещения (танки) отделяются от МО специальным коротким отсеком -- коффердамом, который должен быть пустым или заполненным водой. Преимущества расположения МО в кормовой оконечности: увеличение грузовместимости судна за счет уменьшения объема МО, ликвидации туннелей гребных валов, проходящих через грузовые трюмы; сокращение длины валопроводов и соответственное снижение их массы; улучшение условий проведения грузовых операций -- укладки грузов в трюмах, механизации погрузочно-разгрузочных работ. К. недостаткам кормового расположения МО следует отнести трудности с дифферентовкой судна, особенно при плавании в балласте и при равномерном размещении груза по трюмам. Кроме того, ухудшаются условия управления судном(возрастает зона невидимости) и обитаемости, осложняется обеспечение непотопляемости при затоплении МО.

Архитектурно-конструктивный тип судна в основном определяется его назначением, родом перевозимого груза и способом выполнения грузовых работ. Все многообразие транспортируемых морским путем грузов может быть сведено к четырем категориям: наливным, генеральным, насыпным (или навалочным) и рефрежираторным. К наливным грузам относятся нефть и нефтепродукты, сжиженные газы, масла, вино, химические грузы и др. Генеральные (штучные) грузы различаются габаритами, видом упаковки и т. д. Навалочные грузы могут иметь разную плотность (руда, зерно), отличаться степенью подвижности при качке.

Идея максимального повышения рентабельности перевозки грузов морем привела к развитию двух, на первый взгляд противоречивых, направлений -- специализации и универсализации судов. Реализация первого из них -- создание крупных судов, в максимальной степени приспособленных для наиболее экономичной перевозки определенных грузов на большие расстояния. Эффект специализации в значительной степени снижается при отсутствии устойчивых потоков грузов данной категории в обоих направлениях. В этом случае целесообразно приспособить судно для перевозки и других грузов, т. е. использовать универсальные суда. Более того, право на жизнь обретают и комбинированные суда, в одном направлении перевозящие жидкие грузы, а в другом -- насыпные (например, нефтерудовозы).

Наливные суда. На сегодняшний день более половины мирового тоннажа коммерческих судов приходится на долю танкеров. Эти же суда характеризуются наибольшими размерами -- самый крупный из них имеет дедвейт DW = 554 тыс.т и водоизмещение около 630 тыс. т.

Все танкеры имеют кормовое расположение МО, которое должно быть надежно изолировано от грузовых танков. Наряду с коффердамами этой цели могут служить насосные отделения и балластные цистерны. Продольные и поперечные переборки образуют отделенные друг от друга грузовые помещения-- танки. Для обеспечения возможности одновременного провоза разнородного жидкого груза эти переборки должны быть нефтегазонепроницаемыми. Минимальное количество и расположение продольных и поперечных переборок регламентируется правилами различных классификационных обществ. Последние в своих требованиях учитывают рекомендации Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов МАРПОЛ (от английского Marine Pollution -- MARPOL). Все положения этой конвенции и соответствующих Правил Регистра, относящиеся к нефтеналивным судам, направлены на защиту вод Мирового океана от загрязнений нефтью и нефтепродуктами. В частности, они требуют установки на танкерах двойного дна и двойных бортов, что сводит к минимуму возможность вылива груза при авариях. Выполнение требований конвенции МАРПОЛ приводит, кроме того, к увеличению количества танков на судах дедвейтом более 150 тыс. т, а следовательно, и к увеличению массы корпуса, усложнению грузовых систем и удорожанию постройки судна на 5--8%. В то же время большое количество продольных и поперечных переборок снижают отрицательное влияние свободной поверхности жидкого груза на остойчивость (см. гл. 2), повышают безопасность плавания.

Газовозы. В последнее время в мировом потреблении топлива существенно возросла доля природного и попутного газов. Мировое судостроение на эту тенденцию откликнулось созданием специальных судов -- газовозов. По своей конструкции газовозы являются сложными судами, что, в частности, объясняется необходимостью перевозить токсичные газы в сжиженном состоянии (в условиях повышенного давления либо пониженной температуры) и требованиями обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, экологической чистоты.

Особенность газовозов -- использование для перевозки груза специальных цистерн, встраиваемых в основной корпус. Эти цистерны могут иметь цилиндрическую, сферическую' (рисунок 4.2), призматическую форму.

Для предотвращения утечки газа в случае повреждения грузовых емкостей при авариях газовозы должны иметь двойное дно и двойные борта. Емкости для газа, располагающиеся внутри судна, изолируют от обшивки и набора основного корпуса. Создается так называемый вторичный барьер -- промежуточные временные емкости, куда в первую очередь попадает сжиженный газ в случае утечки из основной емкости.

Рисунок 4.2 Газовоз со сферическими цистернами: а -- боковой вид; б -- сечение по трюму

Суда для массовых грузов. Под термином массовые грузы принято понимать насыпные и навалочные грузы, перевозимые на судах без тары. К ним относятся: железная руда, каменный уголь, химические удобрения, бокситы, зерно. В последнее время все чаще без тары перевозят сахар и цемент. Иногда суда данного типа называют навалочными, или навалочниками. К узкоспециализированным судам для перевозки массовых грузов относятся рудовозы, бокситовозы, углевозы, цементовозы.

Рисунок 4.3 Рудовоз водоизмещением D = 75 тыс. т: а - боковой вид; б - сечение по трюму

Своеобразное конструктивное оформление рудовозов (рисунок 4.3) объясняется особенностями грузов и грузообработки, также требованиями общей и местной прочности. Руда и рудные концентраты обладают большой плотностью, а некоторые концентраты способны переходить в разжиженное состояние. Погрузка и выгрузка должны осуществляться грейферами, без применения внутритрюмных машин.

Комбинированные суда предназначаются для перевозки наливных, в основном нефти и нефтепродуктов, и массовых грузов. Эти суда проектируют так, чтобы при транспортировке разнородных грузов полностью использовать их грузоподъемность. Архитектурно-конструктивный тип этих судов мало отличается от такового навалочных, а масса корпуса несколько выше вследствие установки дополнительных систем и устройств. Универсальные сухогрузные суда (УСС). К этой категории принадлежит самая многочисленная группа сухогрузных судов мирового флота. Степень универсальности этих судов зависит от их прочностных характеристик и оборудования грузовых помещений. Обычно универсальные суда строят для определенных категорий грузов. Так, линейные суда (лайнеры) в основном предназначены для перевозки различных генеральных грузов на определенных линиях, на многих из них имеются рефрижераторные камеры, а трюмы и палуба приспособлены для установки контейнеров. Трамповые суда (трампы) чаще всего перевозят массовые и лесные грузы на переменных направлениях. По размерам УСС уступают и навалочным судам и, тем более, танкерам -- их водоизмещение, как правило, не превышает D = 20 - 25 тыс. т.

Рисунок 4.4 Многоцелевое судно: а -- варианты модификации формы трюма: б -- генеральный груз; в -- насыпной груз

Дальнейшим развитием УСС являются появившиеся в последнее время многоцелевые сухогрузные суда, в которых сочетаются характерные черты и конструктивные особенности и специализированных судов, и универсальных. Их приспосабливают для перевозки стандартных контейнеров, часть из них оборудуют для транспортировки колесной техники, тяжеловесных и крупногабаритных грузов, а также массовых грузов. На рисунке 4.4 приведены примеры вариантов загрузки многоцелевого судна. Закрытия грузовых люков на нижней палубе выполнены так, что в открытом положении они формируют трюм, приспособленный для массового груза (рисунок 4.4, а, б).

Для транспортировки грузов крупными местами используются и суда с горизонтальной грузообработкой, предназначенные для перевозки колесной техники, которая загружается своим ходом, либо грузов, доставляемых на судно с помощью специальных самоходных погрузочных машин.

В зависимости от рода перевозимого груза эти суда значительно отличаются друг от друга по архитектурно-конструктивному типу. Общие черты: большое количество палуб, в том числе иногда и подвесных, отсутствие в грузовых помещениях поперечных переборок. Грузовые операции на этих судах осуществляются через расположенные в носу, борту или корме вырезы по специальным сходням, называемым аппарелями. Кроме того, для распределения груза между палубами судна используются лифты, подъемники и внутрисудовые аппарели.

В связи с ростом потребности в транспортировке водными путями особотяжелых и крупногабаритных грузов в последнее время создаются специальные суда. Их архитектурно-конструктивный тип определяется характеристиками отдельных неделимых грузов, масса которых изменяется от 100 до 3000 т. В частности, некоторые из подобных судов могут перевозить на палубе самоподъемные плавучие буровые установки.

Контрольные вопросы

1. В каком месте по длине судна может располагаться машинное отделение?

2. Чем вызвана специализация и универсализация транспортных судов?

3. У каких судов устанавливаются двойные борта? С какой целью?

Геометрия корпуса и плавучесть судна. Теоретический чертеж. Главные размерения судна и их соотношения, коэффициенты полноты

...