Устройство и оборудование транспортного судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные

Введение

1. Остойчивость и плавучесть судна

1.1 Разработка грузовой ватерлинии

1.2 Расчет числа тонн на сантиметр осадки

1.3 Остойчивость судна на больших наклонениях

2. Ходкость судна

2.1 Расчет буксировочной мощности

2.2 Расчет необходимой мощности на валу, выбор двигателя и уточнение скорости

3. Размеры трюмов и материал корпуса

3.1 Выбор размера шпации

3.2 Размещение переборок

3.3 Материал корпуса судна

4. Судовые устройства

4.1 Рулевое устройство

4.1.1 Диаметр установившейся циркуляции

4.1.2 Угол крена на установившейся циркуляции

4.2 Грузовое устройство

Заключение

Список использованных источников

Исходные данные

Т-4

Тип груза - наливной

Длина судна по ГВЛ L - 171,35 м

Длина судна между перпендикулярами Lpp - 165 м

Ширина судна В - 23,4 м

Дедвейт DW -20380 т

Грузоподъемность P гр - 18645 т

Водоизмещение D - 27500 т.

Количество грузовых насосных отделений - 1 шт.

Расположение грузовых насосных отделений - кормовое

Осадка в грузу T - 9,2 м.

Форма носовой ветки - прямая или вогнутая

Скорость хода V - 16,6 узлов

Коэффициент общей полноты д - 0,725

Высота борта на миделе H - 12 м.

Коэффициент полноты площади ГВЛ б - 0,810

Коэффициент полноты по мидель - шпангоута в - 0,989

Введение

Судно как транспортное средство для перевозки грузов представляет собой сложное инженерное сооружение, опирающееся на воду для поддержания вертикального равновесия. Всякое судно характеризуется совокупностью качеств, которые можно по критерию отношения к водной среде классифицировать в две группы: эксплуатационные и мореходные (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Совокупность качеств судна

Эксплуатационные качества	Мореходные качества
Грузоподъёмность	Плавучесть
Грузовместимость	Остойчивость
Маневренность	Непотопляемость
Скорость	Ходкость
Дальность плавания	Управляемость
Автономность	Мореходность
Прочность
Стойкость
Живучесть

Знание того, от каких факторов и как зависит каждое качество судна, необходимо для его успешной эксплуатации не только экипажу, но и береговым службам, которые организуют и обеспечивают погрузоразгрузочные работы, снабжение и обеспечение транспортного процесса. Оценка, в том числе количественная, факторов и зависящих от них качеств дает возможность организовывать безопасную и эффективную работу судов по перевозке грузов.

Различают остойчивость судна на малых углах наклонения, или начальную остойчивость, и остойчивость на больших углах наклонения. Такое разделение вызвано тем, что судно остойчиво лишь в определенных пределах наклонений, которые различны для разных судов. Это определяет целесообразность сначала исследовать остойчивость при малых углах крена, а затем на больших углах крена.

Остойчивость - способность судна, отклоненного внешним кренящим моментом от положения равновесия, возвращаться в исходящее положение равновесия после устранения момента, вызывавшего это отклонение.

Плавучесть - способность судна поддерживать вертикальное равновесие в заданном положении относительно поверхности моря путем вытеснения равного ему по массе и весу количества воды.

1. Остойчивость и плавучесть судна

1.1 Разработка ГВЛ

Проектирование грузовой ватерлинии (ГВЛ) для транспортных судов, учитывая наличие у них цилиндрической вставки, заключается в построении носовой и кормовой части ватерлинии. Для построения ГВЛ используют следующие исходные данные:

б - коэффициент полноты ГВЛ

Lц - длина цилиндрической вставки

Lрр -- длину судна между перпендикулярами

L -- длину судна по ГВЛ

шо - углы заострения формы носовой части ГВЛ.

Вычислим вспомогательные размеры хн и хк для построения ГВЛ, используя коэффициент полноты, носовой и кормовой части ГВЛ:

Хн =(2ан-1)ЧLн,

Хк=(2б-1)ЧLк,

где ан, ак - коэффициенты полноты соответственно носовой и кормовой оконечностей;

Lн, Lк - длины соответственно носовой и кормовой оконечностей, м;

Lн+Lк=L

Lн=Lpp/2

Lк=L-0,5Lpp,

где Lpp - длина судна между перпендикулярами, м.

Lн=165/2=82,5

Lк=171,35-0,5Ч165=88,85

Коэффициенты ан, ак можно определить из выражений:

ан=1,7а-0,6

ак=,

где а - коэффициент полноты ГВЛ;

L - длина судна по ГВЛ, м;

Lpp - длина судна между перпендикулярами, м.

Находим вспомогательные размеры xн, xк для построения ГВЛ:

Угол носового заострения ш - 17,50 .

Найдём число Фруда для определения формы носа:

где v - скорость хода, м/с.

Форма носового обвода ГВЛ - прямая или вогнутая.



где y - ординаты ГВЛ по оси 0y, м;

dx - бесконечно малая величина по оси 0x;

L - длина судна по ватерлинии, м;

ДL - длина теоретической шпации, м;

yi - ордината КВЛ на i-м шпангоуте, м;

y0 - ордината КВЛ на нулевом шпангоуте, м;

y21 - ордината КВЛ на 21-м шпангоуте, м. (y21=0).

Выписываем с чертежа ординаты ГВЛ, м:

y0=0

y1=2,6

y2=5,4

y3=8,7

y4=10,7

y5=11

y6=11,8

y7=11,8

y8=11,8

y9=11,8

y10=11,8

y11=11,8

y12=11,8

y13=11,8

y14=11,8

y15=11,8

y16=11,8

y17=11,4

y18=10,2

y19=7

y20=1,6

y21=0

Выполнить проверочный расчет коэффициента полноты построенной ГВЛ и сравнить его с заданным:

Вывод: выполнив проверочный расчет коэффициента полноты ГВЛ, погрешность составила 0,07% (в приложении (2) .

1.2 Расчет числа тонн на сантиметр осадки

Число тонн на сантиметр осадки является одним из параметров плавучести судна. Плавучесть - способность судна путем вытеснения равного ему по весу количества воды поддерживать вертикальное равновесие в заданном положении относительно поверхности воды. Число тонн на сантиметр осадки используют для определения количества груза, которое судно может принять.

Расчет числа тонн на сантиметр осадки следует выполнять по формуле

где с - плотность морской воды ,т/м3,

S - площадь ГВЛ, м2 .

1.3 Остойчивость судна на больших наклонениях

Остойчивость судна на больших наклонениях характеризуется диаграммой статической остойчивости (диаграммой Э. Рида). Она является графическим представлением зависимости плеча восстанавливающего момента или восстанавливающего момента от угла крена.

Рассчитываем аппликату центра величины судна

,

где - аплита центра величины судна, м;

- коэффициент общей полноты судна;

Т- осадка судна, м.

.

Приведенная высота борта

,

где Н1 - приведенная высота, м;

Н - высота борта, м.

.

Рассчитываем координаты центра величины

,

где y₉₀- координата ЦВ при наклонении судна на 900, м..

,

где - координата ЦВ при наклонении судна на 900, м..

.

Рассчитываем малый метацентрический радиус

,

где - метацентрический радиус в прямом положении судна и при наклонении на 900, м..

,

,

где - метацентрический радиус в прямом положении судна и при наклонении на 900, м..

.

Вычисляем аппликату центра тяжести судна

,

где - аппликата центра тяжести судна;

- дедвейт судна, т.

Возвышение центра тяжести над центром величины

,

.

Таблица 1.2 - Вычисление плеч формы остойчивости по приближенной формуле В.Г. Власова

И, градусы крена	y90*f1(И)	(z90-zc)*f2(И)	r0*f3(И)	r90*f4(И)	lф=(2)+(3)+(4)+(5)	l=(6)-a*sin И
0
10	0,14	-0,05	0,67	0,01	0,77	0,45
20	1,00	-0,38	0,82	0,09	1,53	0,89
30	2,51	-0,89	0,36	0,19	2,17	1,23
40	3,83	-1,16	-0,3	0,22	2,59	1,38
50	4,08	-0,82	-0,69	0,1	2,67	1,22
60	3,16	0,04	-0,6	-0,11	2,49	0,85
70	1,74	0,97	-0,27	-0,26	2,18	0,4
80	0,62	1,5	-0,04	-0,21	1,87	0,01
90	0	1,61	0	0	1,61	-0,28

Исходя из построенной диаграммы Э. Рида, метацентрическая высота h равна 1,31 м. По сравнению с данными в приложении (2) погрешность составляет 0,007%.

Построенная диаграмма статической остойчивости имеет:

1) максимальное плечо остойчивости 1,38 м при крене (условие выполняется).

2) предел положения остойчивости (закат диаграммы) при угле крена (условие выполняется).

3)начальная метацентрическая высота положительна (условие выполняется).

В этом разделе курсового проекта необходимо определить мощность главного двигателя на валу, подобрать двигатель и уточнить скорость судна.

Ходкость судна - способность судна поддерживать заданную скорость при наименьшей затрате мощности. Скорость судна является важной эксплуатационной характеристикой, определяющей время перевозки груза. На поддержание судном заданной скорости требуется затрачивать мощность и, соответственно, топливо для двигателя. Чтобы обеспечить экономически эффективную перевозку, необходимо оптимальное и экономически обоснованное соотношение между скоростью судна и затратами на обеспечение этой скорости.

остойчивость судно стрела трюм

2. Ходкость судна

2.1 Расчет буксировочной мощности

Для водоизмещающих судов расчет буксировочной мощности можно выполнить по методу Э.Э. Папмеля, который основан на использовании коэффициента Со, связанного с адмиралтейским коэффициентом. Применение этого метода дает достаточно точный результат. Буксировочную мощность EPS л.с определяют по формуле

где D - водоизмещение судна, т;

L - длина судна по ГВЛ, м;

v - скорость судна, уз;

C0 - коэффициент, определяемый следующим образом.

где x1 - поправочный коэффициент, учитывающий влияние выступающих

частей корпуса, его значение зависит от числа гребных винтов;

С1 - коэффициент, который определяется по диаграмме Э.Э. Пампеля;

ш1 - коэффициент характеризующий форму корпуса, он рассчитывается по формуле;

v1 - относительная скорость.



где л1 - множитель, учитывающий влияние длины судна L, для судов L?100м, он равен 1

Вычисления буксировочной мощности производим в табличной форме (Таблица 2.1)

Таблица 2.1 - Вычисление буксировочной мощности

Скорость судна v, узлы	Относительная скорость v1	C1 (c диаграммы)	v3	Буксировочная мощность EPS, л.с.
14,6	1,1	93	3112	4927
15,6	1,18	93,5	3796,4	4782,9

2.2 Расчет необходимой мощности на валу, выбор двигателя и уточнение скорости

Рассчитать необходимую мощность на валу (мощность двигателя) Ne для обеспечения заданной скорости.

зв - КПД валопровода, обычно зв = 0,98;

зп - КПД передачи, при прямой передачи мощности на движитель зп = 1;

EPS' - уточненная буксировочная мощность, л.с.

з - пропульсивный коэффициент, учитывающий потери в движители и его взаимодействие с корпусом судна.

где щ - коэффициент попутного потока;

t - коэффициент засасывания;

зр - КПД гребного винта определяется по формуле.

где с - 1,025 т/м3 - плотность морской воды;

t - коэффициент засасывания;

Dв - диаметр грибного винта, м;

v - скорость судна, уз.

Ne = 10564 л.с. = 7877 кВт.

Номинальная мощность = 11303 л.с. = 8428 кВт.

Вывод: в ходе расчета мощности на валу получилось значение равное 7877 кВт, в приложении (2) мощность на валу равна 7730 кВт, следовательно, погрешность небольшая.

Согласно полученных данных, выбираем марку двигателя:

К45GF (12 ДКРН 45/9)

Число цилиндров - 12

Частота вращения, об/мин - 120

Мощность, кВт - 8470

Удельный расход, г/кВт: топлива -212; масла -1,2

Сухая масса, т - 192

В разделе курсового проекта «Размеры трюмов и материал корпуса» необходимо определить практическую шпацию, количество и расположение главных поперечных переборок на судне, выбрать материал корпуса, а также рассчитать минимальные толщины основных связей корпуса судна.

3. Размеры трюмов и материал корпуса

3.1 Выбор размера шпации

Определение элементов конструкции проектируемого судна производят на этапе, когда техническим заданием на проект и проектными проработками определены класс и архитектурно - конструктивный тип судна, его главные измерения, теоретический чертеж, схема общего расположения, система набора корпуса, материалы для изготовления, скорость хода.

Практическая шпация продольной и поперечной системы набора определяется по Правилам Морского Регистра с использованием формулы

где Lрр - длина судна между перпендикулярами, м.

Для поперечного набора размер практической шпации выбирают из стандартного ряда (метры): 0,40; 0,50; 0,55; 0,60; 0,70; 0,80; 0,90; 1,0. Для продольного набора размер шпации принимают с учетом равномерного распределения продольного набора по ширине перекрытий судна.

3.2 Размещение переборок

Расстояние между поперечными переборками судна, длина грузового люка трюма, а для контейнеровозов и длина ряда контейнеров с учетом зазоров между ними, должны быть кратны расстояниям между флорами и бимсами.

Минимальное число водонепроницаемых поперечных переборок грузового судна определяют Правила Морского Регистра. При этом расстояние между соседними поперечными переборками не должно превышать 30 м.

Длина форпика судна должна находиться в пределах 0,06...0,08L, длина ахтерпика - в пределах 0,04...0,06L. Длина МО составляет обычно (0,15...0,18)L, имея от 15 до 27м.

Длина судна L=171,35 м.

Расположение МО - кормовое

Число водонепроницаемых поперечных переборок - 13

Lф - длина форпика, м;

Lа - длина ахтерпика, м;

LМО - длина МО, м.

Определяем число практических шпангоутов:

Длина грузового помещения L рассчитывается по формуле:

Количество переборок в форпике:

Количество переборок в ахтерпике:



Количество переборок в МО:

Количество переборок в насосном отделении:

Таблица 3.1 Район расположения переборок

Танки	Район расположения
Форпик	0-15
НО	15-21
1	21-39
2	39-57
3	57-75
4	75-93
5	93-111
6	111-129
7	129-147
8	147-164
НО	164-171
МО	171-203
Ахтерпик	203-214

3.3 Материал корпуса судна

При выборе марки стали для изготовления корпуса учитывают гарантируемую величину предела текучести стали ут. Это расчетная прочностная характеристика корпусной стали.

В зависимости от нее устанавливают толщины судовых связей. Применение сталей повышенной прочности снижает вес корпуса, что позволяет без увеличения мощности двигателя увеличить скорость судна или без увеличения водоизмещения судна увеличить его грузоподъемность.

Однако более тонкая обшивка и набор корпуса при использовании стали повышенной прочности быстрее выйдут из строя, так как скорость коррозии сталей практически не зависит от их прочности. Интенсивность коррозии зависит от эффективности защитных мер и условий эксплуатации судна. Для защиты от коррозии применяют неметаллические покрытия и электрохимические способы, используя краски на эпоксидной основе и устанавливая протекторы из сплавов на основе алюминия, магния или цинка. Материал корпуса проектного судна приведён в таблице 3.1.

Таблица 3.2 - Материал корпуса судна

Длина судна Lpp, м.	Марка стали по ГОСТ 5521 - 93	Верхний предел текучести, Re,H/мм2, не менее	Толщина листового проката, мм.
165	A36, D36, E36	355	5 - 50

Условное обозначение стали для судостроения по ГОСТ 5521 - 93

Лист,

Лист ,

Лист,

Лист .

Судовые устройства определяют и обеспечивают часть эксплуатационных и мореходных качеств, которыми обладает судно. К основным судовым устройствам относятся рулевое, якорное, швартовое, буксирное, грузовое, спасательное. Механизмы, входящие в состав судовых устройств, носят их название. Например, рулевая машина, грузовая лебедка или якорный шпиль. Большинство механизмов судовых устройств расположены на палубе, поэтому их принято называть палубными механизмами.

В этом разделе курсового проекта необходимо для рулевого устройства судна выбрать тип руля, рассчитать диаметр циркуляции, крен на устоявшейся циркуляции. Для грузового устройства необходимо рассчитать и выбрать сортамент для грузовой стрелы, обеспечивающий ее безопасную работу.

Рулевое устройство является главным средством управления, обеспечивающим управляемость судна. Управляемость - способность судна удерживать заданное направление движения или изменять его в соответствии с желанием судоводителя. Она обеспечивает устойчивость на курсе, т.е. способность удерживать заданное направление и поворотливость судна, т.е. способность изменять направление движения заданным образом.

В состав рулевого устройства входят руль или поворотная насадка на гребной винт, балкер для перекладки руля или насадки, рулевая машина с приводом из поста управления судном, основной и запасной рулевые приводы, аварийный привод руля, рулевой тормоз для закрепления балкера и ограничители перекладки руля или рулевой насадки.

Грузовое устройство судна обеспечивает прием груза на борт и его выгрузку в условиях отсутствия или неиспользования береговых и портовых грузоподъемных средств. В состав грузовых устройств входят грузовые стрелы с лебедками или грузовые краны. Грузовые устройства, использующие стрелы, просты по конструкции, надежны в эксплуатации, сохраняют работоспособность при больших углах крена.

Судовые краны обладают большей маневренностью и производительностью, занимают на палубе места меньше грузовых стрел, но сложны по конструкции. Соответственно, грузовые стрелы имеют относительно меньшую стоимость, а грузовые судовые краны - большую.

4. Судовые устройства

4.1 Рулевое устройство. Тип и параметры руля

Выбираем по прототипу тип руля: трапецеидальный, полубалансирный. Затем определим параметры руля: площадь пера руля Fр, высоту руля hp, ширину руля b, положение руля.

Площадь пера руля Fр, м2., определяем по формуле:

где А - коэффициент, зависящий от типа судна, изменяется в пределах (40..70);

Т - осадка судна, м;

L - длина судна по ГВЛ, м.

Высоту руля, hp м., можно определить, используя зависимость:

Ширину руля bp м., определяют как:

4.1.1 Диаметр установившейся циркуляции

Диаметр установившейся циркуляции Dц для морских судов в зависимости от угла перекладки руля рассчитывают по полуэмпирической формуле:

где S0 - площадь проекции погруженной части на его диаметральную плоскость, м2;

К1 - эмпирический коэффициент, определенный по графику в зависимости от параметра (1); К1=0,4;

К2 - эмпирический коэффициент, определенный по графику в зависимости от угла перекладки руля, б0; К2=1,01;

V - объемное водоизмещение судна, м3;

D - водоизмещение, т;

г - плотность морской воды т/м3.

Dц = 929

Проверяем управляемость. Управляемость судна считается нормальной, если диаметр установившейся циркуляции составляет (4...6) L.



Вывод: Данное условие управляемости выполняется.

4.1.2 Угол крена на установившейся циркуляции

Максимальный угол крена иmax0 на установившейся циркуляции вычисляют по формуле Г.А. Фирсова, которая предполагает, что центр давления гидростатических сил, обусловленных дрейфом, расположен посередине осадки и момент сил, действующих на руль, мал по сравнению с остальными моментами, действующими в плоскости шпангоута:

4.2 Грузовое устройство

По заданной грузоподъемности грузовой стрелы необходимо определить расчетное сжимающее усилие, сортамент и количество материала для изготовления стрел судна.

Определяем длину грузовой стрелы по формуле:

,

,

,

где В - ширина судна, м;

К - ширина швартовых кранцев, к=0,75;

l - длина стрелы, м;

l1 - вылет стрелы за борт, м.

Определяем расчётную нагрузку стрелы:

где kзп - запас прочности;

шн - коэффициент динамичности;

P'э - усилие сжатия грузовой стрелы, кгс.

Определяем момент инерции сечения грузовой стрелы:

где Е - предел упругости (модуль Юнга), кгс/см2 ( для стали Е=2,15106 кгс/см2);

J - момент инерции сечения, см4;

l - длина стержня (грузовой стрелы), см.

Момент инерции сечения рассчитывается по формуле:



После расчета момента инерции грузовой стрелы необходимо для нее подобрать сортамент трубы. При этом должно быть обеспечено неравенство:

- момент инерции сечения трубы, изготовляемой по ГОСТ 8732 - 78.

Момент инерции сечения трубы следует рассчитать с учетом точности

изготовления трубы по формуле:

где D - наружный диаметр трубы с учетом точности изготовления, см;

d - внутренний диаметр трубы с учетом точности изготовления, см.

Заключение

Соотношение момента инерции сечения и момента инерции сечения трубы обеспечено.

Определяем марку сортамента, используя условное обозначение:

Труба

Труба с наружным диаметром 108 мм, толщиной стенки 20 мм, длиной 6000 мм, обычной точности изготовления, из углеродистой стали марки Ст3сп.

Безопасность и качество морских перевозок зависят не только от совершенства, технического уровня построенных и эксплуатируемых судов. В наименьшей степени они зависят от того, насколько высок уровень подготовки и квалификации не только экипажей судов, но и от подготовки и квалификации персонала транспортных и стивидорских компаний.

Качество судна как транспортного средства, рассматриваемые в данном курсовом проекте, во многом определяют качество перевозок грузов и выполнения грузовых операций.

Список использованных источников

1 Овчинников И.Д. Устройство и оборудование транспортных средств: учеб. пособие / И.Д. Овчинников. - Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2007.

2 Дорогостайский Д.В. Теория и устройство судна /Д.В. Дорогостайский [и др.]. - Л. : ЛКИ, 1980.

3 Бронников А.В. Систематизированные материалы по судам и судовым энергетическим установкам :учеб. пособие / А. В. Бронников [и др.]. - Л. : ЛКИ, 1980.

4 Правила классификации и постройки морских судов. - Л. : Транспорт, 1974 (Правила морского регистра судоходства)

5 Благовещенский С.Н. Справочник по статике и динамике корабля : в 2 ч. / С.Н. Благовещенский, А.Н. Холодилин. - Л. : Судостроение, 1975. - 2 ч.

6 Лазарев В.Н. Проектирование конструкций судового корпуса и основы прочности судов / В.Н. Лазарев, Н. В. Юношева. - Л. : Судостроение, 1989.

Размещено на Allbest.ru

...