Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В 2000 году общий тоннаж мирового торгового флота достиг 799 млн. т дедвейта. В 1999-м объем перевезенных морем грузов составил 5.23 млрд. т, а в 2000-м 5.33 млрд. т. Прогнозируется, что в первом десятилетии нового тысячелетия объемы международных грузоперевозок по основным транспортным артериям мира возрастут как минимум вдвое.

В первую очередь увеличатся объемы транспортировки генеральных грузов, прежде всего контейнеров, на втором месте - энергоносители. Ожидается рост объемов перевозок и других грузов, но все же на первом месте по темпам прироста будут стандартные контейнеры TEU (от англ. Twenty-foot Equivalent Unit - двадцатифутовый эквивалент - стандартный контейнер, изготовленный в соответствии с требованиями ИСО). В качестве примера можно отметить: в 1986 году объем переработанных в мире контейнеров составил 62 млн. TEU, в 2000-м - уже 212 (по другим данным - 220) млн. единиц; рост составил 8-10% в год.

Сегодня отмечается активное строительство контейнерных судов. Всего в мире насчитывается около 3500 контейнеровозов общей грузоподъемностью 80 млн тонн (по другим данным их несколько больше). На эти суда приходится 10% мирового тоннажа.

Это говорит о значении, придаваемом контейнерной технологии перевозки грузов, предусматривающей бесперегрузочную доставку грузов водным и сухопутными видами транспорта.

Начиная с 50-х годов и по настоящее время, в развитии и совершенствовании материально-технической базы мировых контейнерных перевозок, осуществляемых морским транспортом, отмечались четыре этапа. Каждому из них соответствовало свое поколение судов-контейнеровозов. Первое поколение этих судов имели вместимость до 400 единиц TEU. Они использовались в основном в пределах одного региона (США, Австралия). Среди них раньше всех было построено судно «Kooringa». Начиная с 1964 г. оно эксплуатировалось в водах Австралии. До этого переоборудование сухогрузных судов и танкеров в контейнеровозы было начато еще в 50-е годы.

Второе поколение (1966 г.) характеризовалось началом строительства специально спроектированных ячеистых контейнеровозов вместимостью до 1300_1400 контейнеров TEU. Устройство специальных ячеек в трюмах судов обеспечило выполнение грузовых операций механизированным способом и позволило резко сократить время на погрузку и крепление контейнеров. Суда-контейнеровозы второго поколения предназначались для транспортировки контейнеров на тихоокеанском и атлантическом направлениях. Типичны для таких судов контейнеровозы, построенные в 1968-1970 гг., в Японии «Hakone Maru», (752 TEU), в США «American Lancer» (1178 TEU), в ФРГ «Encounter Bay» (1300 TEU) и др.

Третье поколение определяется вводом в эксплуатацию в 70-х годах контейнеровозов вместимостью 2000-3000 контейнеров, для перевозок грузов на направлениях Европа - Дальний Восток, Западное побережье США - Европа. Типичным судном этого поколения является «Frankfurt Express» вместимостью 3045 контейнеров. В 70-х годах контейнерные перевозки охватывают страны Юго-Восточной Азии и Южной Америки.

В 80-х годах ряд судоходных компаний и судостроительных верфей приступают к разработке и строительству контейнеровозов большей вместимости, относимых к четвертому поколению. К ним принадлежат контейнеровозы, вместимость которых достигает 4500 контейнеров, скорость их около 16 уз. Серия из 12 таких судов была построена в 1984-1985 гг. в Южной Корее по заказу компании United States Lines. Строительная стоимость каждого из этих контейнеровозов составляла 47.5 млн. долл. Эти суда с 1988 г. эксплуатируются компанией Sea-Land Service на трансатлантическом направлении.

В это же время компанией American President Lines Ltd. (APL) были построены пять контейнеровозов типа С-10 вместимостью по 4340 контейнеров со скоростью до 24 уз. В том же 1988 г. эти суда-гиганты были введены в эксплуатацию. Важно отметить, что ширина этих судов превышает ширину шлюзов Панамского канала. Строительство крупнотоннажных контейнеровозов для других судовладельцев всегда осуществлялось с меньшей шириной (до 32,2 м), чтобы обеспечить их проход через Панамский канал.

Основными рабочими лошадками являются суда типа «панамакс» вместимостью 4000 единиц, имеется более 150 «постпанамаксов», вмещающих свыше 6000 контейнеров (из них 20 судов на 7000 контейнеров и более -- суда типа «К»). В конце 1997 года был построен контейнеровоз типа « S» вместимостью 8000 TEU. Опыт создания восьмитысячника показал, что с ростом главных параметров судов этого класса возникает целый ряд конструктивных и технологических проблем. Безусловно, увеличение грузоподъемности контейнерных судов - один из путей снижения себестоимости. Но, во-первых, более крупные суда требуют переоборудования терминалов, во-вторых, появляются дополнительные ограничения по глубинам акваторий и причалов, в-третьих, для них нужны более мощные и, соответственно, габаритные главные двигатели.

В мировой практике контейнеровозы принято разделять на следующие группы или классы:

- Small Feeder;

- Feeder;

- Panamax;

- Post-Panamax;

- Suezmax;

- Post-Suezmax.

Размеры и контейнеровместимость судов различных классов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Размеры и вместимость контейнеровозов различных классов

Класс судна	Размеры	Контейнеровместимость
Small Feeder ширина судна	не более 23.0 м	до 1000 TEU
Feeder ширина судна	прибл. 23.0-30.0 м	1000 - 2000 TEU
Panamax ширина судна осадка при прохождении каналом наибольшая длина	максимальные: 32.2/32.3 м не более 12.0 м не более 294.1 м	2500 - 4500/5000 TEU
Post-Panamax ширина судна	более 32.3 м	4500/5000 - 10000 TEU
Suezmax ширина судна осадка наибольшая длина	максимальные: 70 м. 21.3 м 500 м	10000 - 12000 TEU
Post-Suezmax значение одного или нескольких размеров большее, чем у судна класса Suezmax		более 12000 TEU
Панамский канал	Длина канала от глубокой до глубокой воды - 81,6 км, минимальная ширина - 150 м, гарантированная глубина - 12 м, размер камер парных шлюзов - 305 на 33,5 м. Прохождение каналом занимает приблизительно 8 часов. В настоящее время осуществляется двухстороннее движение судов, однако с целью обеспечить прохождение контейнеровозов вместимостью 12000 TEU рассматривается возможность строительства третьей судоходной линии с шлюзовыми камерами увеличенного размера.
Суэцкий канал	Длина канала составляет 165 км, ширина - 80-135 м. Шлюзы отсутствуют. Движение судов одностороннее. Расхождение встречных судов возможно в расширениях, оборудованных по всей длине канала. Рассматривается возможность увеличения глубины канала к 2010 г. для обеспечения прохода контейнеровозов большой вместимости.

Суда первых двух классов представляют собой контейнеровозы небольшой вместимости (часто оборудованные грузовыми устройствами), которые осуществляют перевозки между небольшими портами и крупными морскими контейнерными терминалами, а также обслуживают линии, где потребность в больших контейнеровозах отсутствует.

Подразделение на последующие классы обусловлено способностью судов проходить Панамским и Суэцким каналами (размеры шлюзов и глубина каналов приведены в таблице 1).

На приведенной выше диаграмме видно, что с увеличением размера контейнеровоза увеличивается его эксплуатационная скорость. Это связано со стремлением грузоперевозчиков скомпенсировать увеличение времени проведения грузовых операций и сохранить плотный график движения контейнеровозов.

Колебание мировых цен на топливо еще не отразилось на спросе на крупные скоростные 25-узловые контейнеровозы. Как известно, скорость судна находится в кубической зависимости от удельного расхода топлива, и увеличение скорости хода современного контейнеровоза с 24 до 26,5 узла влечет за собой увеличение расхода топлива на 30%. (Нефтяной кризис 70-х годов повлиял на конструкцию контейнеровозов. Их скорость хода была снижена до 16 узлов, т. к. расход дорогостоящего топлива делал все построенные ранее суда неконкурентоспособными).

Особенности конструкции специализированных контейнерных судов

Особенности специализированных контейнерных судов (СКС) определяются предъявляемым к ним требованием об обязательном устранении горизонтальных перемещений контейнеров в трюмах. Выполнение этого требования обеспечивается оборудованием трюмов СКС вертикальными направляющими, образующими контуры ячеек (отсюда происходит второе название СКС: контейнерные суда ячеистой конструкции), в которые опускают контейнеры при загрузке судна. Направляющие служат для центровки контейнеров при погрузке (выгрузке) и удержании их на своих местах во время перевозок.

Кроме того должна быть обеспечена возможность установки контейнеров непосредственно краном в любое место трюмов. Выполнение вышеуказанного требования возможно, только если грузовые помещения окажутся полностью открытыми сверху. Из этого следует, что СКС являются одновременно и полностью открытыми судами.

Прочность контейнеров позволяет устанавливать их в шесть и даже в девять (в зависимости от конструкции) ярусов при максимальной загрузке каждого контейнера. В целях снижения затрат времени на крепление палубных контейнеров фирмой «MacGregor Navire» разработаны палубные крепежные устройства «Stack Cell Systems». Эти устройства позволяют размещать контейнеры в ячейках аналогично тому, как это имеется при загрузке ячеек в трюмах.

Люки трюмов СКС закрываются съемными, так называемыми понтонными крышками. Масса каждой из них не превышает максимальную массу брутто перевозимых контейнеров (открывание и закрывание грузовых люков понтонными крышками выполняется с помощью контейнерных перегружателей). После загрузки трюмов и закрытия их понтонными крышками, на последние устанавливаются контейнеры в несколько ярусов. На современных контейнеровозах нередко большая часть контейнеров размещается на палубе. Например, на контейнеровозах APL в трюмах размещается около 1950, а на палубе при 5-ярусном штабелировании - более 2350 контейнеров.

В последнее время строятся ячеистые контейнеровозы новой конструкции - беспалубные. По сравнению с обычными контейнеровозами их применение способствует сокращению времени грузообработки за счет отсутствия надобности в открывании и закрывании трюмов, а также в штабелировании и креплении палубных контейнеров.

1. Проектирование судна

Разработка проекта начинается с определения желаемых эксплуатационно-экономических показателей судна (назначение, грузоподъемность, скорость, район плавания и т.п.). Установленные таким образом требования к будущему судну, называемые характеристиками оформляются в виде задания на разработку проекта.

1.1 Техническое задание на проектирование судна

1. Основные данные.

1.1. Виды перевозимых грузов:стандартные 20', 40' и 45' контейнеры.

Размеры и масса 20-футового контейнера в соответствии с ГОСТ Р 51876 - 2002 (ИСО 1496-1 - 90):

масса брутто 24 т;

масса с учетом недоиспользования полезного объема

контейнера (принимается за расчетную) 14 т;

Наружные размеры:

длина 6096 мм;

ширина 2438 мм;

высота 2591 мм.

1.2. Количество перевозимых 20-футовых контейнеров 2500 шт.

1.3. Предполагаемый район плавания: Мурманск - порты северной Европы - Восточное и Западное побережье США (с возможностью прохождения Панамским каналом).

2. Основные требования к проектируемому судну.

2.1. Тип судна: контейнеровоз.

2.2. Характер перевозок - линейный.

2.3. Масса перевозимого груза: 2500Ч14 = 35000 т.

2.4. Тип энергетической установки: малооборотный дизель сварной конструкции с наддувом.

3. Метеорологические условия в предполагаемом районе плавания.

3.1. Район эксплуатации: Баренцево, Норвежское, Северное море, Северная Атлантика.

3.2. Диапазон температур: - 5 … + 20°С.

3.3. Ледовые условия: в период навигации фарватер на всех участках пути чист.

3.4. Распределение силы ветра в Северной Атлантике на протяжении года (по диаграмме Ролла):

2 балла - 6 %;

3 балла - 12 %;

4 балла - 19 %;

5 баллов - 24 %;

6 баллов - 17 %;

7 баллов - 10 %;

8 баллов - 5 %.

4. Эксплуатационные требования.

4.1. Мореходные характеристики проектируемого судна, исходя из п. 1.3 должны обеспечивать неограниченный район плавания.

4.2. Расчетная скорость ветра, исходя из 3.4 v_ветр = 8.6 м/с.

4.3. Расчетная высота волн, исходя из 3.4 h_волн = 1.6 м.

4.4. Эксплуатационная скорость: 21 узел.

4.5. Максимальная скорость: 23 узла.

4.6. Дальность плавания: 6000 миль. С учетом возможности незапланированных рейсов принимаем 7000 миль.

4.7. Автономность, исходя из дальности плавания и эксплуатационной скорости: 7000/21 ? 333 час. ? 14 сут.

С учетом стоянок в порту принимаем автономность равной 30 суткам.

4.8. Автономность по запасам воды с учетом оборудования судна опреснительной установкой принимаем 5 суток.

4.9. Исходя из 3.2, в качестве основного материала корпуса должна применяться обычная судостроительная сталь.

4.10. Судно должно иметь одноотсечный стандарт непотопляемости.

4.11. Судно должно быть оборудовано автоматизированными системами управления, дающими возможность эксплуатации энергетической установки судна одним оператором из центрального поста управления без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях.

4.12. Судно должно быть оборудовано автоматизированными навигационными системами, дающими возможность управлять судном одному вахтенному на мостике.

4.13. Судно должно быть оборудовано якорями Холла. Якорные механизмы: в носу - брашпиль, в корме - шпиль.

4.14. Для спасения экипажа предусмотреть установку 2 шлюпок, рассчитанных на весь экипаж, спасательные плоты и индивидуальные спасательные средства.

5. Ограничения.

5.1. Исходя из 1.3 габариты судна должны позволять прохождение Панамским каналом (максимальная осадка - 12 м, ширина - 32.2 м, длина - 294.1 м).

5.2. Габариты судна не более 302Ч42Ч34 м, что следует из производственных возможностей предприятия-строителя судна ФГУП ПО «Севмаш».

6. Комплектация экипажа.

n_эк = 30 + 0.3•35000/1000 ? 41 чел.;

Из них:

палубная команда П = 15 + 0,3•35000/1000 ? 26 чел.;

машинная команда М = 41 - 26 = 15 чел.

С учетом требований п. 4.11, 4.12 к автоматизации:

М = 0.75•15 ? 12 чел.;

П = 0.5•26 = 13 чел.;

Всего 25 человек.

Исходя из всех вышеперечисленных требований и ограничений, судно должно быть спроектировано на класс Регистра РФ КМА2 ОВНМ (контейнеровоз). судно однопалубный винт гребной

1.2 Определение элементов судна в первом приближении

1.2.1 Уравнение масс в функции водоизмещения

Для определения элементов судна в первом приближении сначала необходимо решить уравнение масс в функции водоизмещения, используя коэффициенты-измерители судна-прототипа и данные технического задания.

В качестве прототипа выбран контейнеровоз «Theodor Storm», вместимостью 2586 TEU, построенный в 2003 г. на верфи «Jurong Shipyard» (Сингапур).

Уравнение масс в общем виде:

,

где :

C = = 538 - Адмиралтейский коэффициент (по данным прототипа);

(D₀ = 48477 т - водоизмещение прототипа; = 21.7 уз. - эксплуатаци-

онная скорость прототипа; N₀ = 25570 кВт - мощность двигателя прото-

типа);

p_к = 0.237 - измеритель массы корпуса с учетом постоянного балласта

(по данным прототипа);

p_об = 0.95 - измеритель массы оборудования (по данным прототипа);

p_м = 0.090 т/кВт - измеритель массы механизмов;

p_т = 1.8·10 ^{- 4} кг/кВт - измеритель массы топлива;

p_б = 0.01 - измеритель массы балласта (по данным прототипа);

p_зв = 0.02 - коэффициент запаса водоизмещения;

k_м = 1.1 - коэффициент морского запаса;

k_в = 1.03 - коэффициент внутреннего потребления;

k_т = 1.07 - коэффициент учитывающий запасы смазочного масла и питательной воды;

v_max = 23 уз. - максимальная скорость судна;

v_s = 21 уз. - эксплуатационная скорость судна;

r = 8000 миль - дальность плавания;

P_г = 35000 кг - масса перевозимого груза;

P_э = р_э n_э + k_м n_э (А_вр_в + А_пр р_пр) = 26 т - масса экипажа;

(р_э = 130 кг/чел - измеритель массы экипажа;

n_э = 25 чел. - количество человек в экипаже;

р_в = 150 кг/(чел·сут) - измеритель массы воды;

р_пр = 3 кг/(чел·сут) - измеритель массы провизии;

А_в = 5 сут. - автономность по запасам пресной воды;

А_пр = 30 сут. - автономность по запасам провизии).

После приведения подобных уравнение может быть записано в виде:

После подстановки значений коэффициентов и приведения подобных слагаемых уравнение принимает следующий вид:

D = 0.268 D + 4.276 D^2/3 + 35026.

Решением уравнения является D = 56444 т.

Объемное водоизмещение равно:

V = = 55067 м³,

где г = 1.025 т/м³ - плотность морской воды, принимаемая в расчетах в данном дипломном проекте.

Длина судна по КВЛ

Определим длину судна по КВЛ.

Относительная длина судна l(по практической формуле для сухогрузов):

l = 4.47 + 0.06·v_s ± 0.3 = 4.47 + 0.06 · 21 = 5.73±0.3.

Тогда длина судна L:

L = l· V^1/3 = (5.73±0.3) · 55067^1/3 = 217.9±11.4 м.

Принимаем L = 218 м.

Число Фруда Fr = = 0.233,

где g = 9.81 м/с² - ускорение свободного падения.

Коэффициенты полноты

Определим коэффициенты полноты проектируемого судна.

Коэффициент общей полноты д (по практической формуле для контейнеровозов):

д = = 0.642±0.12.

Принимаем д = 0.62.

Коэффициент продольной остроты ц (для Fr = 0.12...0.6):

ц = = 0.684±0.02.

Принимаем ц = 0.67.

Коэффициент полноты мидель-шпангоута в:

в = = 0.925.

Коэффициент полноты конструктивной ватерлинии б (по формуле Ногида):

б = 0.86 · ц + 0.18 ± 0.07 = 0.86 · 0.67 + 0.18 ± 0.07 = 0.756±0.07.

Принимаем б = 0.76.

Ширина и осадка судна

Отношение ширины судна B к осадке T определим из условия обеспечения остойчивости:

,

где - относительная метацентрическая высота (для большинства современных судов = 0.040...0.045); принимаем = 0.04;

h - поперечная метацентрическая высота;

отношение высоты борта к осадке H/T принимаем равным 1.43 (по даным прототипа);

о - относительное возвышение центра тяжести, руководствуясь статистическими данными для контейнеровозов, принимаем о = 0.7;

ц₁ = , ц₂ - параметры, зависящие от коэффициентов б и д;

z_c - аппликата центра величины.

Для определения ц₁ воспользуемся формулой Эйлера:

0.552.

Параметр ц₂ определим по формуле:

,

где с - поперечный метацентрический радиус;

- практический коэффициент, равный по Яковлеву (для д < 0.68):

.

.

Уравнение остойчивости после подстановки величин, перечисленных выше, будет выглядеть следующим образом:

В качестве дополнительного условия для определения Bи Т воспользуемся выражением для расчета водоизмещения:

D = гдLBT или

Получаем систему из двух уравнений:

Решая ее, получаем B = 33.093 м, T = 12.311 м.

Водоизмещение в первом приближении равно

D = гдLBT = 1.025·0.62·218·33.093·12.311 = 56442 т,

что отличается от полученного в результате решения уравнения масс (56444 т) менее, чем на 1%.

Нагрузка судна

Определим составляющие нагрузки:

масса корпуса P_к = p_к · D = 0.252 · 56442 = 13405 т;

масса оборудования P_об = p_об · D^2/3 = 0.95 · 56442^2/3 = 1398 т;

масса механизмов P_м = p_м · D = 0.09 · 56442 = 3030 т;

масса топлива P_т = p_т · D = 1.8·10 ^{- 4} · 56442 = 1864 т;

масса балласта P_б = p_б · D = 0.01 · 56442 = 592 т;

масса экипажа P_э = 26 т;

масса перевозимого груза P_т = 35000 т;

запас водоизмещения P_зв = p_зв · D = 0.02 · 56442 = 1130 т;

Сумма масс разделов составляющих нагрузки:

= 56445 т, что отличается от водоизмещения, полученного в результате расчета в первом приближении менее, чем на 1%.

Примем Д P_зв = = 56442 - 56445 = - 3 т, тогда P_зв = 1130 - 3 = 1127 т.

Высота борта

Определим высоту борта H из условия обеспечения грузовместимости. Для этого определим ряд параметров.

Найдем коэффициент утилизации длины з_дл, для чего сначала определим длину машинного отделения (МО) и пиков:

Длина форпика:

l_{фор min} = 0.05 • L = 0,05 • 218 = 10.9 м;

l_{фор max} = 0.05 • L + 3.0 = 0.05 • 218 + 3.0 = 13.9 м;

Примем l_фор = 11 м.

Длину ахтерпика примем равной l_ахт = 10 м.

Длина МО:

l_МО = k·L = 0.14 • 218 = 30.52 м;

Примем l_МО = 31 м.

Тогда l_трюм = L - (l_МО + l_фор + l_ахт) = 218 - (31 + 11 + 10) = 166 м.

Также размеры трюмов должны соответствовать размерам контейнеров.

У проектируемого судна по длине трюма размещается два 40-футовых контейнера. На приведенном ниже эскизе показано размещение контейнеров в трюме (размер интервалов между группами контейнеров принят в соответствие с рекомендациями, приведенными в [3]).

Количество грузовых трюмов n_тр = 166 / 27.6 6.

Длина трюмов в соответствии с эскизом составляет:

l_трюм = 27.6 · 6 = 165.6 м. Принимаем l_трюм = 165.6 м, тогда

? 0.62 - коэффициент утилизации водоизмещения по чистой грузоподъемности.

Междубортное пространство примем равным В_б = 2 м.

Отношение высоты борта к осадке для судов с кормовым расположением машинного отделения, двойными бортами, перевозящими штучный груз (причем часть груза располагается на палубе), выражается зависимостью:

,

где - доля трюмного груза, примем n = 0.5;

k = 1.03 - для штучного груза;

м_г - удельная погрузочная кубатура (для контейнеров принимается равной 2.6 м³/т).

, что соответствует , принятому выше при расчете ширины и осадки судна.

H = 1.43·T = 1.43·12.311 = 17.605 м.

Контейнеры, перевозимые судном, являются модульным грузом со строго определенными габаритными размерами и, следовательно, размеры трюмов определяются размерами контейнеров.

Поэтому высоту борта назначим, исходя из требований Правил о Грузовой Марке (далее Правил), а высоту грузовых трюмов, включая высоту комингсов люков, определим, исходя из условия размещения в трюмах шести ярусов контейнеров.

1. Высота базисного надводного борта по таблице 4.1.3.2 Правил равна:

H_бн = 3554 мм,

тогда H = T + H_бн = 12.311 + 3.554 = 15.865 м.

2. Поправка на высоту надводного борта.

(H = 15.865) > , поэтому по требованиям Правил необходимо увеличить базисный надводный борт на величину (мм):

,

где R = 250;

м.

3. Вычет на наличие надстроек.

Комингсы грузовых люков у проектируемого судна непрерывные, поэтому согласно п. 4.2.4.2. Правил можно рассматривать их как ящики и учитывать при расчете надводного борта.

Длина комингсов люков l_л ? l_трюм = 160 м.

Примем длину надстройки бака равной 16 м, тогда суммарная длина надстроек:

l_н = l_л + l_б = 160 + 16 = 176 м.

Вычет равен:

Д H_н = 1.07 · k,

где k = 0.76 (по таблице 4.4.6.2-2 Правил).

Д H_н = 1.07 · 0.76 = 0.812 м.

4. Поправка на отклонение от стандартного профиля седловатости.

Палуба проектируемого судна не имеет седловатости (для большей технологичности конструкции), поэтому к величине надводного борта должна быть добавлена поправка:

м.

Полная высота борта равна:

H = T + H_бн + ДH_L - Д H_н + ДH_z = 12.311 + 3.554 + 0.333 - 0.812 + 0.775 = 16.161 м.

Окончательно принимаем:

H = 16.161 м.

Минимальная высота надводного борта в носу по требованиям Правил:

,

где д должен приниматься не менее 0.68.

м.

Полная высота борта в носу H_н ? T + H_н = 12.311 + 6.885 = 19.185.

Примем высоту надстройки бака равной 3.2 м, тогда

H_н = H + 3.2 = 16.161 + 3.2 = 19.361 м.

Размеры рубки

Определим высоту рубки. Для этого рассчитаем необходимое возвышение ходового мостика.

По требованиям Правил по оборудованию морских судов обзор поверхности моря с места управления не должен быть затенен на расстоянии более, чем две длины судна или 500 м, смотря по тому, что меньше.

Примем величину зоны невидимости l_зн = 1.8•L = 1.8•218 = 392.4 м. Высоту палубного груза примем, исходя из предположения о расположении на палубе в носовой части пяти ярусов контейнеров (с учетом высоты комингсов люков):

h_пг = 2.6 · 5 + 2.6 = 15.6 м. Будем считать, что контейнеры на палубе расположены по всей длине трюмов, т.е. длина палубного груза l_пг = l_трюм ? 160 м.

Высота надводного борта h_н = H - T = 16.161 - 12.311 = 3.85 м.

Высота точки обзора над верхней палубой:

м.

Принимая высоту одного яруса рубки равной 2.5 м получаем h_р = 25 м.

Найдем высоту рубки, исходя из требований Санитарных Норм.

Необходимая суммарная площадь жилых помещений рубки:

S_р = s_р · n_э ,

где s_р = 15...25 м²/чел. - площадь жилых помещений, приходящаяся на одного человека команды (по Санитарным Нормам);

n_э = 25 чел. - количество человек в экипаже.

Примем s_р = 25 м²/чел., тогда:

S_р = 25 · 25 = 625 м².

Примем длину рубки l_р равной 10 м, ширину b_р равной 19.2 м, тогда площадь одного яруса составляет

s_я = l_р · b_р = 10 · 19.2 = 192 м².

Количество жилых ярусов

, округляя до целого, получаем = 4.

По Санитарным Нормам жилые помещения должны быть отделены от МО как минимум одним ярусом рубки или надстройки, кроме того, необходим один ярус для ходовой рубки. С учетом всего вышеперечисленного, общее количество ярусов рубки n_я равно 6. Принимая высоту одного яруса равную 2.5 м получаем:

h_р = 2.5 · 6 = 15 м.

Высота рубки, необходимая по условиям обеспечения видимости, больше, чем, требуемая Санитарными Нормами, поэтому окончательно принимаем:

h_р = 25 м.

Сводная таблица элементов проекта после первого приближения
Длина (м)L218
Ширина (м)B33.093
Осадка (м)T12.311
Высота борта (м)H16.161
Коэффициент общей полнотыд0.62
Водоизмещение (т)D56442
Длина надстройки бака (м)lб16
Высота надстройки бака (м)hб3.2
Габариты рубки (м)lрЧbрЧhр10Ч19.2Ч25
Эксплуатационная скорость (уз.)vs21
Дальность плавания (миль)r7000
Экипаж (чел.)nэ25
Нагрузка (т):
КорпусPк13405
ОборудованиеPоб1398
МеханизмыPм3030
ТопливоPт1864
БалластPб592
ЭкипажPэ26
Груз перевозимыйPт35000
Запас водоизмещенияPзв1127

1.3 Определение элементов судна во втором приближении

Уточнение массы корпуса судна

Уточним массы составляющих раздела нагрузки «Корпус», используя измерители судна-прототипа:

q_пс = 6.95•10^-4 - измеритель массы продольных связей;

q_пп = 3.46•10^-4 - измеритель массы поперечных переборок и выгородок;

q_нр = 0.04 - измеритель массы надстроек и рубок;

q_пр = 2.398 - измеритель массы прочих частей раздела,

тогда

масса продольных связей:

6499 т;

масса поперечных переборок и выгородок:

804 т.,

где n = 8 - количество поперечных переборок;

масса надстроек и рубок:

т.,

где W_нр = 6494 м³ - габаритный объем надстроек и рубок;

масса прочих частей раздела:

= 5723 т.

Итого уточненная масса раздела «Корпус»:

= P_пс + P_пп + P_нр + P_пр = 6499 + 804 + 260 + 5723 = 13286 т.

По результатам первого приближения масса корпуса была 13405 т. По сравнению с уточненными данными разница составляет

d P_к = 13286 - 13405 = - 119 т.

Уточнение значений составляющих нагрузки во втором приближении с помощью дифференциального уравнения масс Нормана

Уточним элементы судна с помощью дифференциального уравнения масс Нормана.

,

где - сумма частных производных масс разделов Р_к, Р_об, Р_м, Р_т, Р_зв, Р_б по водоизмещению.

Найдем вышеуказанные частные производные:

= 0.238;

;

;

;

= 0.02;

= 0.01,

тогда

.

т.

Уточненное водоизмещение:

56442 - 181 = 56261 т.

Определение главных размерений, водоизмещения и нагрузки судна во втором приближении

Найдем главные размерения, соответствующие уточненному водоизмещению.

Модуль подобия , тогда

L_2прибл = л· L_1прибл = 0.9989·218 = 217.76 м;

B_2прибл = л· B_1прибл = 0.9989·33.093 = 33.06 м;

T_2прибл = л· T_1прибл = 0.9989·12.311 = 12.3 м;

H_2прибл = л· H_1прибл = 0.9989·16.161 = 16.14 м.

D_2прибл = гд L_2прибл B_2прибл T_2прибл = 1.025 0.62 217.76 33.06 12.3 = 56273 т.

Составляющие нагрузки судна:

= 13286 - 0.238·181 = 13243 т;

= 1398 - 0.017·181 = 1395 т;

= 3030 - 0.036·181 = 3023 т;

= 1864 - 0.022·181 = 1860 т;

= 1127 - 0.02·181 = 1099 т;

= 592 - 0.01·181 = 590 т;

P_э = 26 т;

P_г = 35000 т;

т.

= 56236 т, что отличается от водоизмещения, полученного в результате расчета во втором приближении (56273 т) менее, чем на 1%.

Примем Д P_зв = = 56273 - 56236 = 37 т, тогда P_зв = 1099 + 37 = 1136 т.

1.4 Определение элементов судна в третьем приближении

Для определения элементов судна в третьем приближении уточним массу энергетической установки (ЭУ) судна и массу топлива. Для этого необходимо рассчитать мощность ЭУ.

Определение мощности энергетической установки

Мощность ЭУ определяется по формуле:

,

где: k - коэффициент запаса мощности двигателя;

R - полное сопротивление движению судна;

v - эксплуатационная скорость;

з_пр - пропульсивный коэффициент.

Полное сопротивление движению судна находится как сумма двух составляющих - сопротивления воздуха и сопротивления воды:

R = R_возд + R_вод

Определим сопротивление воздуха. Для этого найдем площадь проекции надводной части судна на площадь мидель-шпангоута с учетом палубного груза:

щ_мид = 3.85 · 33.06 + 31.2 · 18.2 +

+ (25 - 18.2) · 19.2 ? 701.7 м².

Скорость судна v = = 10.79 м/с.

Скорость ветра v_ветр = 8.6 м/с.

Сопротивление воздуха:

где о_возд = 0.8 · 10 ^{- 3} - коэффициент сопротивле-

ния воздуха (для контейнерных судов с полным

палубным грузом).

Найдем сопротивление воды:

.

Площадь смоченной поверхности (по формуле Мумфорда):

м².

Число Фруда:

0.233.

Число Рейнольдса:

.

Коэффициент водного сопротивления:

,

где - коэффициент сопротивления трения;

= 0.4 · 10 ^{- 3} - коэффициент шероховатости;

= 0.05 · 10 ^{- 3} - коэффициент выступающих частей;

- коэффициент остаточного сопротивления.

Коэффициент остаточного сопротивления рассчитаем по данным испытаний серии моделей, предназначенной для расчета сопротивления быстроходных и среднескоростных контейнерных и трейлерных судов, а также лихтеровозов.

Основные геометрические характеристики серии:

- коэффициент общей полноты д = 0.05...0.65;

- отношение длины к ширине L/B = 4.8...7.0;

- отношение ширины к осадке B/T = 2.0...5.0;

- форма носовой оконечности V-образная и бульбовая.

Для этой серии коэффициент остаточного сопротивления определяется по выражению:

,

где = 8.63 · 10 ^{- 4} - снимается с основной диаграммы серии = f(Fr;д);

= 0.91 - коэффициент влияния L/B (определяется по диаграмме зависимости = f (Fr; L/ B), как отношение с заданным L/B к с L/B = 5.64);

= 1.045 - коэффициент влияния B/T (определяется по диаграмме зависимости = f (Fr; B/ T), построенной для моделей с L/B равным 4.35, 5.64 и 6.35; для промежуточных L/B - определяется линейной интерполяцией).

Для данного проекта определяется экстраполяцией значений, снятых с диаграмм для L/B = 5.64 и L/B = 6.35 (L/B проекта равно 6.83).

8.2 · 10 ^{- 4}.

1.49 · 10 ^{- 3} + 0.4 · 10 ^{- 3} + 0.05 · 10 ^{- 3} + 8.2 · 10 ^{- 4} ? 2.76 · 10 ^{- 3}.

1485 кН.

Полное сопротивление R = R_возд + R_вод = 129.3 + 1485 = 1614.5 кН.

Пропульсивный коэффициент з_пр = з_д · з_к · з_в · з_п ,

где з_д = 0.75 - к.п.д. движителя;

з_к = 1.1 - коэффициент влияния корпуса;

з_в = 0.99 - к.п.д. валопровода;

з_в = 0.97 - к.п.д. передачи;

з_пр = з_д · з_к · з_в · з_п = 0.75 · 1.1 · 0.99 · 0.97 = 0.792.

Примем коэффициент запаса мощности k = 1.15, тогда мощность ЭУ равна

= 25294 кВт.

Уточнение значений составляющих нагрузки в третьем приближении с помощью дифференциального уравнения масс Нормана

Масса энергетической установки:

= p_м·N = 0.09·25294 = 2276 т,

Масса топлива:

1840 т.

По результатам предыдущего приближения масса ЭУ равна 3023 т, масса топлива 1860 т. Разница по сравнению с уточненными данными составляет

d P_м = 2276 - 3023 = - 747 т;

d P_т = 1840 - 1860 = - 20 т;

dP = dP_м + dP_т = - 747 - 20 = - 767 т.

Найдем частные производные масс разделов Р_к, Р_об, Р_м, Р_т, Р_зв, Р_б по водоизмещению.

= 0.235;

;

;

;

;

= 0.01,

тогда

.

т.

Уточненное водоизмещение:

56273 - 1162 = 55111 т.

Определение главных размерений, водоизмещения и нагрузки судна в третьем приближении

Найдем главные размерения, соответствующие уточненному водоизмещению.

Модуль подобия , тогда

L_3прибл = л· L_2прибл = 0.993·217.16 = 216.24 м;

B_3прибл = л· B_2прибл = 0.993·33.06 = 32.83 м;

T_3прибл = л· T_2прибл = 0.993·12.3 = 12.21 м;

H_3прибл = л· H_2прибл = 0.993·16.14 = 16.03 м.

D_3прибл = гд L_3прибл B_3прибл T_3прибл = 1.025 · 0.62 · 216.24 · 32.83 · 12.21 = 55086 т.

Составляющие нагрузки судна:

= 13243 - 0.235·1162 = 12970 т;

= 1395 - 0.017·1162 = 344 т;

= 3023 - 0.036·1162 = 2226 т;

= 1860 - 0.022·1162 = 1814 т;

= 1136 - 0.02·1162 = 1113 т;

= 590 - 0.01·1162 = 578 т;

P_э = 26 т;

P_г = 35000 т;

т.

= 55110 т, что отличается от водоизмещения, полученного в результате расчета в третьем приближении (55086 т) менее, чем на 1%.

Примем Д P_зв = = 55086 - 55110 = - 24 т, тогда P_зв = 1113 - 24 = 1089 т.

Сводная таблица элементов проекта после третьего приближения
Длина (м)L216.24
Ширина (м)B32.83
Осадка (м)T12.21
Высота борта (м)H16.03
Коэффициент общей полнотыд0.62
Водоизмещение (т)D55086
Нагрузка (т):
КорпусPк12970
ОборудованиеPоб1375
МеханизмыPм2234
ТопливоPт1814
БалластPб578
ЭкипажPэ26
Груз перевозимыйPт35000
Запас водоизмещенияPзв1089

1.5 Исследование влияния изменения основных элементов судна на его характеристики методом вариаций

Главные размерения и коэффициенты полноты найденные ранее не являются оптимальными для проектируемого судна. Для выбора оптимальных значений основных элементов судна необходимо проанализировать влияние изменения того или иного параметра на характеристики проекта.

В качестве варьируемого параметра выберем отношение L/ B, как показатель ходкости судна.

Примем размерения и нагрузку проекта после третьего приближения за базовые. Ограничимся тремя значениями L/ B: 0.95[L/B]_баз, [L/B]_баз, 1.05[L/B]_баз, и тремя значениями д: 0.95 [д]_баз, [д]_баз, 1.05 [д]_баз для каждого варианта L/B, т.е всего рассмотрим 9 вариантов.

В качестве критериев анализа будем использовать минимальные водоизмещение и мощность энергетической установки. Предел области допустимых значений установим, исходя из требований по ограничению ширины судна B_max = 32.2 м, и осадки T_max = 12 м.

Для определения главных размерений вариантов будем считать В/Т = const и Н/Т = const для всех вариантов.

Для всех вариантов величина раздела P_зв принимается такой же, как и у базового варианта, в качестве независимой массы, а разница водоизмещений устраняется путем корректировки массы перевозимого груза. Тогда, для всех, кроме базового, вариантов разницу между заданной величиной Р_г и этой же величиной, получаемой по нагрузке будем считать приращением независимых масс dP, входящей в дифференциальное уравнение масс Нормана, используя которое определяем dD. Зная величину dD можно определить водоизмещение, главные размерения и нагрузку всех вариантов (у базового эти параметры не изменятся).

Результаты расчетов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Влияние изменения главных размерений проектируемого судна на его характеристики

Обозн.	Ед. изм.	L/B = 6.258	L/B = 6.587	L/B = 6.916
д		0.59	0.62	0.65	0.59	0.62	0.65	0.59	0.62	0.65
L	м	212.596	208.992	205.62	219.983	216.24	212.765	227.248	223.396	219.792
B	м	33.972	33.396	32.857	33.397	32.83	32.301	32.858	32.301	31.78
T	м	12.634	12.419	12.219	12.42	12.21	12.012	12.219	12.012	11.819
H	м	16.588	16.306	16.044	16.307	16.03	15.772	16.044	15.772	15.518
D	т	55088	55084	55085	55088	55086	55085	55083	55084	55087
Щ	м2	8 820	8 740	8 669	8 972	8 890	8 819	9 118	9 036	8 963
Fr		0.236	0.238	0.24	0.232	0.234	0.236	0.229	0.23	0.232
Rвод	к H	1 480	1 538	1 693	1 450	1 495	1 637	1 432	1 455	1 573
Rвозд	к H	141	133	132	133	132	132	132	132	131
R	к H	1 621	1 671	1 825	1 583	1 627	1 769	1 564	1 586	1 704
зпр						0.792
Nэ	кВт	25396	26174	28600	24797	25497	27711	24503	24850	26695
Pк	т	12012	12115	12213	12861	12970	13077	13723	13842	13955
Pоб	т	1423	1375	1331	1423	1375	1331	1423	1375	1331
Pм	т	2286	2356	2574	2232	2295	2494	2205	2237	2403
Pт	т	1847	1904	2080	1804	1855	2016	1782	1808	1942
Pб	т					578
Pэк	т					26
Pзв	т					987
Pг	т	35929	35743	35296	35177	35000	34576	34359	34231	33865
dP	т	-929	-743	-296	-177	0	424	641	769	1135
dD	т	-1352	-1088	-437	-263	0	638	976	1174	1746
D1	т	53736	53996	54648	54825	55086	55723	56059	56258	56833
L1	м	210.853	207.613	205.065	219.631	216.24	213.574	228.589	224.982	222.1
B1	м	33.6934	33.1756	32.7683	33.3436	32.83	32.4237	33.0519	32.5303	32.1137
T1	м	12.53	12.337	12.186	12.4	12.21	12.058	12.291	12.097	11.943
H1	м	16.452	16.198	16.001	16.281	16.03	15.832	16.139	15.884	15.681
P1к	т	11717	11876	12116	12800	12970	13228	13966	14137	14397
P1об	т	1400	1357	1324	1419	1375	1341	1440	1395	1359
P1м...

Подобные документы

• Организация постройки траулера проекта 50010

  Изучение принципиальной технологии и организации постройки судна проекта 50010 - посольно-свежьевого рыболовного морозильного дизельного траулера - морского металлического одновинтового судна с баком и ютом, кормовым расположением машинного отделения.
  
  курсовая работа [295,2 K], добавлен 08.01.2011
  

• Расчеты ходкости корабля и проектирование гребного винта

  Площадь смоченной поверхности судна. Расчет сопротивления трения судна для трех осадок. Расчет сопротивления движению судна с помощью графиков серийных испытаний моделей судов. Определение параметров гребного винта. Профилировка лопасти гребного винта.
  
  курсовая работа [785,6 K], добавлен 19.01.2012
  

• Расчет и построение чертежа гребного винта для теплохода-рефрижератора проекта 585

  Расчет сопротивления воды движению судна. Расчет контура лопасти гребного винта. Распределение толщин лопасти по ее длине. Профилирование лопасти винта. Построение проекций лопасти винта, параметры ступицы. Определение массы гребного винта судна.
  
  курсовая работа [444,4 K], добавлен 08.03.2015
  

• Модернизация энергетической установки танкера проекта 621 с целью повышения скорости его движения на 3%

  Анализ показателей судна и его энергетической установки. Определение параметров согласованного гребного винта. Расчет вспомогательной котельной установки. Система сжатого воздуха. Расчет нагрузки на судовую электростанцию и выбор дизель-генератора.
  
  курсовая работа [602,2 K], добавлен 19.12.2011
  

• Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса

  Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности судов методом Холтропа. Подбор главной энергетической установки – дизеля. Уточнение характеристик гребного винта при работе с выбранным двигателем и определение достижимой скорости хода.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.12.2009
  

• Технические характеристики контейнеровоза m/v "MELODY" и его энергоустановки

  Назначение и параметры контейнеровоза. Характеристики судовой энергетической установки и ее элементов, предъявляемые требования к их надежности и экономичности. Типовой рейс судна, его эксплуатационно-ремонтный цикл. Структура подчиненности экипажа судна.
  
  курсовая работа [217,6 K], добавлен 25.04.2012
  

• Технические характеристики и описание рефрижераторного судна "Яна"

  Описание технических характеристик и изучение документации по мореходным качествам рефрижераторного судна "Яна". Определение координат центра тяжести судна. Изучение состава и технических характеристик судовой энергетической установки и гребного винта.
  
  курсовая работа [1006,0 K], добавлен 12.01.2012
  

• Технические характеристики и описание рефрижераторного судна "Охотское море"

  Основные технические характеристики и мореходные качества рефрижераторного судна "Охотское море". Состав и особенности судовой энергетической установки. Расчет и кинематические характеристики гребного винта. Приемка и учет расхода масла и топлива.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 28.11.2011
  

• Проектирование судовой энергетической установки судна типа сухогруз

  Описание судовой энергетической установки лесовоза дедвейтом 13400 тонн. Расчет буксировочной мощности, судовой электростанции, вспомогательной котельной установки. Анализ эксплуатации систем смазки главного двигателя. Охрана труда и окружающей среды.
  
  дипломная работа [867,0 K], добавлен 31.03.2015
  

• Комплекс конструктивно-технических и организационных мероприятий, ориентированных на модернизацию энергетической установки большого морозильного рыболовного траулера

  Характеристика судна и общесудовых систем. Выбор типа пропульсивной установки. Обоснование и характеристики типа передачи мощности двигателя к движителю. Комплектация систем энергетической установки с определением мощности приводов механизмов систем.
  
  курсовая работа [113,0 K], добавлен 05.12.2012
  

• Модернизация энергетической установки научно-исследовательского судна

  Правила классификации и постройки морских судов. Выбор конструктивных размеров и проверочный расчёт поршня. Тепловой расчет двигателя с наддувом. Расположение механизмов и оборудования в машинно-котельном отделении судна. Монтаж трубопроводов и систем.
  
  дипломная работа [3,0 M], добавлен 25.10.2012
  

• Устройства и системы управления судна

  Изучение конструкции и технических характеристик буксира-плотовода проекта № Р-33 класса "Р", устройств и систем данного судна. Изучение и описание конструкции и системы главного дизельного двигателя судна. Якорно-швартовное и буксирное устройство.
  
  курсовая работа [7,4 M], добавлен 13.06.2019
  

• Технические характеристики и эксплуатационные возможности судна на примере многоцелевого судна "Randzel"

  Характеристики судовой энергетической установки, палубных механизмов, рулевого устройства и движителя. Эксплуатационные характеристики судна в рейсе. Особенности крепления негабаритного груза на примере ветрогенератора. Обеспечение безопасности судна.
  
  дипломная работа [7,2 M], добавлен 16.02.2015
  

• Подбор главного двигателя для сухогрузного судна класса М-СП грузоподъемностью 3000 тонн

  Обоснование выбора типа энергетической установки для сухогрузного теплохода. Сравнительный анализ показателей дизельных двигателей – претендентов для установки в качестве главных на проектируемом судне. Расчет тормозного устройства и системы охлаждения.
  
  курсовая работа [220,9 K], добавлен 26.11.2012
  

• Расчёт гребного винта танкера с водоизмещением 2706 тонн

  Расчёт буксировочных сопротивления и мощности. Выбор главного судового движителя для создания полезной тяги. Расчёт и выбор гребного винта посредством определения его оптимальных параметров и использования высокого коэффициента полезного действия.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 26.01.2015
  

• Разработка энергетической установки для танкера Stena Victory с малооборотным дизельным двигателем

  Описание судна, состав оборудования установки. Определение главных параметров, расчет винта. Общие сведения о вспомогательном оборудовании. Топливная и масляная система. Система охлаждения пресной и забортной водой. Расчет энергетических запасов.
  
  курсовая работа [1,7 M], добавлен 22.02.2012
  

• Проектирование конструкции корпуса судна

  Компоновка корпуса, выбор системы набора и шпации. Чередование рамных и холостых шпангоутов. Назначение толщины связей. Набор средней части корпуса, машинного отделения, носовой, кормовой оконечности: днищный, бортовой, палубный. Выбор форштефня, штевней.
  
  курсовая работа [280,7 K], добавлен 15.02.2017
  

• Конструкция и эксплуатация главного двигателя судна проекта № 10

  Устройства и системы управления судна. Электростанция, балластно-осушительная система, противопожарная система, рулевое устройство, буксирное и спасательное устройство. Техническая эксплуатация и техническое обслуживание главного двигателя судна.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 05.04.2016
  

• Состав и управление главного энергетического комплекса двухвальной дизельной энергетической установки грузового судна

  Главный энергетический комплекс дизельной энергоустановки грузового судна, выбор и обоснование состава, расчет характеристик. Принцип действия четырехтактного дизеля. Действия по управлению главным дизельным двигателем. Схемы механических индикаторов.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.03.2012
  

• Оптимизация грузового плана судна по параметрам посадки и остойчивости

  Выбор возможного варианта размещения грузов. Оценка весового водоизмещения и координат судна. Оценка элементов погруженного объема судна. Расчет метацентрических высот судна. Расчет и построение диаграммы статической и динамической остойчивости.
  
  контрольная работа [145,3 K], добавлен 03.04.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам