Строевая по ватерлиниям - это зависимость площади ватерлинии от осадки, в силу она характеризуем и распределение объема в функции от осадки. Большинство современных транспортных судов имеет плоское днище, в этом случае зависимость S(Т) не исходит из начала координат (рисунок 5.5). Очевидно, что площадь, ограниченная строевой по ВЛ и осью ординат, - суть объемное водоизмещение при заданной осадке Т. Строевая по ВЛ широко используется при решении задач о приеме и расходовании малого груза.

Грузовой размер представляет собой зависимость водоизмещения от осадки. На этот график, кроме объемного водоизмещения V, определенного по теоретическому чертежу, наносят еще и водоизмещение с учетом обшивки и выступающих частей Vi, а также и массовое водоизмещение D (рисунок 5.6). Грузовой размер, в частности, используется при решении задач приема и снятия большого груза.

Рисунок 5.5 Строевая по ватерлиниям Рисунок 5.6 Грузовой размер

Масштаб Бонжана представляет совокупность зависимостей площадей всех теоретических шпангоутов от их погружения щ(z). Величины указанных площадей определяются: в виде

Строится масштаб Бонжана на трансформированном контуре сечения корпуса диаметральной плоскостью. Трансформация заключается в том, что для удобства использования, линейные масштабы вдоль осей ох и оу выбираются различными (рисунок 5.7). От вертикальных линий, следов соответствующих теоретических шпангоутов откладывают доведенные до высоты верхней палубы значения площадей шпангоутов щ(z).

С помощью масштаба Бонжана можно определить водоизмещение по любую, в том числе и наклонную (для судна, сидящего с дифферентом), ватерлинию. Масштаб Бонжана используется при расчетах непотопляемости, продольного спуска судна, а также для других целей.

Строевая по шпангоутам может быть построена с помощью масштаба Бонжана для любой ватерлинии. Очевидно, что площадь, заключенная между строевой и осью ох, суть объемное водоизмещение. Строевая по шпангоутам, в частности, используется при расчете моментов, изгибающих судно.

Вопросы для самопроверки:

1. Что собой представляет теоретический чертеж судна?

2. Какие величины соотношения главных размерений и коэффициентов полноты характерны для транспортных судов?

3. Что такое масштаб Бонжана?

Рекомендуемая литература: ОЛ2, ДЛ1, ДЛ2.

Лекция 6

Тема: Плавучесть судна. Уравнения равновесия плавающего судна. Понятие о грузовой марке.

Плавучестью называется способность судна плавать в заданном положении относительно поверхности воды. Имеется в виду, что судно может плавать по поверхности, либо в полностью погруженном положении, при этом считается, что оно не имеет хода, либо его скорость настолько мала, что силами гидродинамической природы можно пренебречь. Здесь и в дальнейшем, в остальных разделах теории корабля, будем полагать судно бесконечно жестким, недеформируемым телом.

Это очередное допущение, однако, как показывает практика, учет деформаций корпуса при изучении мореходных качеств судна, существенно усложняя расчеты, не повышает их точности, а тем более не вносит качественных изменений в их результаты.

На плавающее в покое судно действуют две вертикальные, равные между собой и противоположно направленные силы: сила тяжести G и сила плавучести гV:

G= гV (6.1)

где г=сg- удельный вес; с- плотность (р = 1 т/м3 для пресной и с = 1,025 т/м3 для морской) воды; g- ускорение свободного падения

Равенство (6.1) представляет собой выражение известного со школьной скамьи закона Архимеда, в связи с чем силу плавучести часто называют архимедовой.

Сила тяжести судна О приложена в центре его тяжести, а сила плавучести - в центре величины. Только равенства этих сил недостаточно для обеспечения равновесия судна, необходимо еще и равенство нулю суммы моментов этих сил относительно координатных осей:

(6.2)

(6.3)

где хg, уg - координаты центра тяжести судна; хс, ус - координаты центра величины

В силу симметрии корпуса относительно ДП ус = 0, соответственно для того, чтобы судно плавало прямо (и = 0), необходимо распределить нагрузку, составляющую силу его тяжести, таким образом, чтобы и

уg =0 (6.4)

Из (6.1) и (6.2) вытекает второе требование к положению центра тяжести судна, плавающего прямо и на ровный киль:

хg,= хc (6.5)

Координаты центра величины определяются только формой подводной части судна и для каждой заданной осадки (заданного водоизмещения) легко находятся, в частности, с помощью кривых элементов теоретического чертежа.

Сила тяжести судна рассчитывается путем суммирования отдельных статей нагрузки, включающих корпус, главные и. вспомогательные механизмы, оборудование, устройства, системы, запасы воды, топлива, экипаж судна и пассажиров, перевозимый груз и т. д.

(6.6)

где - сила тяжести отдельной статьи нагрузки

Координаты центра тяжести судна находят с использованием известных из курса теоретической механики зависимостей:

(6.7)

Отдельные грузы на судне должны размещаться таким образом, чтобы обеспечить выполнение условий (6.4) и (6.5). Положение центра тяжести по высоте (величина хg) также не может быть произвольным, его выбирают таким, чтобы оно отвечало требованиям обеспечения остойчивости.

Осадку судна определяют по маркам углублений (маркам осадки), которые наносят на оба борта в носу и корме судна, а также и в районе миделя. Осадки на этих марках отмечают через дециметр, отсчитываются они от нижней кромки горизонтального киля.

Очевидно, что прием груза влечет за собой вхождение в воду дополнительного объема AV, удовлетворяющего условию, аналогичному (6.1):

с=гДV (6.8)

В свою очередь, если груз не очень велик, то изменение осадки ДГ будет также небольшим, в пределах которого площадь ватерлинии S практически останется постоянной. Тогда дополнительно вошедший в воду объем

ДV=SДT (6.9)

и с учетом (6.8) получим элементарную зависимость изменения осадки при приеме (снятии) груза p

(6.10)

Выражения (6.9) и (6.10), строго говоря, справедливы лишь для прямобортного (когда S?f(T)) судна, однако практика показывает, что их использование не приводит к существенным ошибкам, если сила тяжести груза не превышает р = (10 12) % G.

Из (6.10), положив ДТ=1см = 0,01 м, легко получить выражение для так называемого числа тонн на сантиметр осадки:

(6.11)

где q - масса груза, прием (снятие) которого приводит к изменению осадки на 1 см.

Тогда, вместо (1.28) для практических расчетов удобно использовать формулу

(6.12)

где ДТ - изменение осадки, см; m - масса принимаемого (снимаемого) груза, т

Из (6.10) и (6.11) следует, что для решения задач, связанных с грузовыми операциями, необходима строевая по ватерлиниям (рисунок 5.5).

Зависимости (6.10) и (6.12) используются для контроля осадки в процессе эксплуатации судна, учета влияния на осадку расходования топлива, воды и т. д.

Коэффициент полноты площади ватерлинии изменяется в достаточно узких пределах, поэтому, приняв его среднее значение б = 0,78, с учетом (6.1) и (6.11) вместо (6.12) запишем

(6.13)

где m- масса груза, т; L, В - длина и ширина судна по рассматриваемую ВЛ, м

Формулу (6.13) можно использовать для экспресс-оценки изменения осадки при грузовых операциях.

Строго говоря, грузовая операция кроме изменения осадки в общем случае должна приводить и к появлению углов крена и дифферента, т. е. к изменению посадки в целом. Для определения этих углов мы пока не обладаем достаточной информацией, поэтому сформулируем задачу несколько иначе: какие условия должны быть выполнены, чтобы прием малого груза не сопровождался ни креном, ни дифферентом?

Очевидно, что крен не появится, если ордината центра тяжести груза ур = 0, т. е. находится в ДП. Чтобы не возник дифферент, моменты силы тяжести груза и дополнительной силы плавучести должны быть равны, или, другими словами, сила тяжести и сила плавучести должны лежать на одной вертикали. Поскольку дополнительный, входящий в воду объем, представляет собой призму, основанием которой является ватерлиния, то абсцисса центра тяжести этого объема равна абсциссе центра тяжести площади ВЛ. Таким образом, для отсутствия дифферента необходимо выполнение условия

xp=xF (6.14)

Эти же задачи, связанные с грузовыми операциями, могут эффективно решаться с помощью так называемой грузовой шкалы. Она представляет собой номограмму, на вертикальных шкалах которой откладывают водоизмещение в соленой и пресной воде, дедвейт, осадку, и высоту надводного борта судна. Здесь же наносят и число тонн на сантиметр осадки, а также некоторые элементы поперечной и продольной остойчивости - возвышение малого метацентра, момент, дифференцирующий на 1 см. По одной из известных величин (D, T, Dw и др.) находят все остальные, причем для этого не требуется производить никаких выкладок. В связи с этим грузовую шкалу широко используют в процессе эксплуатации, она входит в число штатных судовых документов.

Основанием для построения грузовой шкалы служат элементы теоретического чертежа, в частности, строевая по ватерлиниям, грузовой размер, кривые апликатцентра величины и метацентрических радиусов.

Нормирование плавучести морских судов. Морская практика показала, что безопасная эксплуатация судна возможна только в том случае, когда оно обладает достаточным запасом плавучести. В качестве последнего принимается весь водонепроницаемый объем судна, расположенный выше его действующей ватерлинии. Фактически запас плавучести определяет то дополнительное количество груза, которое может принять судно до того, как оно утратит способность держаться на воде.

Буквы ТП (ТБ) определяют высоту надводного борта при плавании судна в пресных тропических водах. По особым правилам наносят грузовые марки на борт специальных судов (например, лесовозов), однако их идея - лимитирование минимального надводного борта, а следовательно и запаса плавучести - остается неизменной.

В процессе всего периода эксплуатации осадка не может превышать максимальную, допускаемую грузовой маркой для конкретных условий плавания (сезон, район, соленость воды).

Вопросы для самопроверки:

1. Какие условия должны быть выполнены, чтобы судно плавало прямо и на ровный киль?

2. На какой вертикали должен располагаться ЦТ груза, чтобы его прием не сопровождался ни креном, ни дифферентом?

3. Что собой представляет грузовая марка судна и что она регламентирует?

Рекомендуемая литература: ОЛ3, ДЛ2.

Лекция 7

Тема: Конструкция корпуса судна Обеспечение непотопляемости, качка и управляемость судна.

Непотопляемость - способность поврежденного судна сохранять плавучесть и остойчивость, а в ограниченной степени и другие мореходные качества при затоплении одного или нескольких отсеков.

Утрата судном плавучести либо остойчивости означает его гибель; снижение ходовых качеств, маневренности и ухудшение параметров качки не приводят немедленно к катастрофическим последствиям. Этим объясняется предпочтение, отдаваемое при определении непотопляемости, первым двум мореходным качествам. Строго говоря, непотопляемость не является самостоятельным мореходным качеством - фактически это плавучесть и остойчивость поврежденного судна с затопленными отсеками.

Непотопляемость обеспечивается конструктивными и организационно-техническими мероприятиями, а в случае аварии - борьбой команды за живучесть судна.

Основным конструктивным мероприятием, разрабатываемым еще на стадии проектирования судна, является создание достаточного запаса плавучести и правильного его использования при повреждении корпуса. Запас плавучести определяется высотой надводного борта; рациональное подразделение судна на водонепроницаемые отсеки продольными и поперечными переборками способствует минимальному расходованию этого запаса при повреждении корпуса и затоплении одного или группы помещений.

Гибель судна от потери плавучести происходит в течение длительного (несколько часов, а иногда и суток) периода, что позволяет провести работы по спасению экипажа и пассажиров. При потере остойчивости судно опрокидывается за считанные минуты, что влечет большое число жертв. Поэтому требуется, чтобы обреченное судно тонуло, не опрокидываясь, т.е. запас плавучести должен расходоваться раньше, чем запас остойчивости. Это обстоятельство также учитывается при выборе размеров и расположения водонепроницаемых отсеков.

В борьбу за непотопляемость экипаж судна обычно вступает после аварии, при этом он должен определить место и характер повреждения, предотвратить, по возможности, распространение воды, заделать пробоину, в максимальной степени восстановить остойчивость поврежденного судна и спрямить его.

Остойчивость восстанавливается путем откачки фильтрационной воды из помещений, смежных с затопленным отсеком, спуска воды в нижележащие помещения (цистерны), балластировки судна забортной водой. Спрямление судна подразумевает уменьшение (в идеале устранение) крена и дифферента. Мероприятия по спрямлению судна: осушение затопленных отсеков после заделки пробоины, перекачка жидких грузов, контрзатопление неповрежденных отсеков.

Общий принцип, которого придерживаются при борьбе за непотопляемость судна, формулируется следующим образом: восстановление остойчивости и спрямление судна должны проводиться таким образом, чтобы при этом запас плавучести расходовался в наименьшей степени. Варианты возможных затоплений прорабатываются еще на стадии проектирования судна. На их основе составляется специальная документация в виде, например, «Информации по непотопляемости для капитана», где содержатся рекомендации по наиболее эффективной борьбе за живучесть судна после аварии.

Общие сведения о качке. Качкой называются колебательные движения, совершаемые судном на поверхности воды или вблизи нее. Основная причина качки - морское волнение.

Средства обеспечения управляемости. Управляемостью называется способность судна двигаться заданным курсом. Траектория движения судна может быть прямолинейной, а может иметь криволинейную форму. Способность судна сохранять прямолинейное направление движения именуют устойчивостью на курсе, а способность необходимым образом изменять направление движения - поворотливостью. Только при наличии обоих этих качеств судно обладает управляемостью. Эти качества по сути своей противоречивы - улучшение устойчивости на курсе ухудшает поворотливость судна, и наоборот. Для обеспечения требуемой управляемости приходится идти на компромисс, выбирая оптимальное для заданного судна сочетание показателей устойчивости на курсе и поворотливости. При этом существенную роль играет тип и назначение судна: для быстроходного пассажирского лайнера указанный, компромисс будет в пользу устойчивости на курсе, а для портового буксира в большей степени важна поворотливость.

Наряду с теоретическими методами при исследовании управляемости, как и других мореходных качеств, широкое применение находит модельный эксперимент. С этой целью используются экспериментальные установки - уже знакомые нам опытовые бассейны, гидро- и аэродинамические трубы. Надежные результаты получают при испытаниях автономных самоходных моделей в открытом водоеме. Размеры таких моделей (L = 38 м) позволяют разместить на них не только оператора, управляющего движением, но и всю необходимую регистрирующую аппаратуру. Траектория движения при этом обычно фиксируется береговыми средствами.

Управляемость всех судов обеспечивается с помощью средств управления - специальных устройств, создающих нормальные к диаметральной плоскости силы. Указанные средства управления принято подразделять на главные (ГСУ) и вспомогательные (ВСУ).

Эффективность ГСУ во многом определяется скоростью, возрастая с ростом последней. Поэтому их часто называют пассивными. К ГСУ относятся рули различных типов, поворотные винтовые насадки, направляющие аппараты судов с водометными движителями. Все они предназначены для обеспечения управляемости в основном режиме движения судна.

ВСУ называют также средствами активного управления (САУ), для своей работы они требуют подвода энергии. С их помощью может осуществляться маневрирование судна при предельно малых скоростях или даже при отсутствии хода. Наибольшее распространение получили такие САУ, как подруливающие устройства и поворотные винтовые колонки.

Самым распространенным ГСУ является рулевое устройство, включающее рабочий орган - перо руля (или просто руль) - и баллер, с помощью которого руль поворачивается. Перо руля представляет собой крыло малого удлинения с симметричным профилем сечения. Угол его поворота относительно ДП судна называют углом перекладки руля. Руль работает по принципу несущего крыла), возникающие на нем подъемная сила и сила сопротивления определяются величиной соответствующих коэффициентов и скоростью движения. Безотрывное обтекание руля, сопровождающееся ростом коэффициента подъемной силы, наблюдается до углов атаки а = 3035°, этими же значениями и ограничивается угол перекладки руля.

Вопросы для самопроверки:

Понятие непотопляемости судна

Организация мер по спрямлению аварийного судна.

Виды и параметры качки

Амплитудно-частотные характеристики качки

Что собой представляют вспомогательные средства управления судном и для чего они предназначены?

Рекомендуемая литература: ОЛ3, ДЛ2, ДЛ3.

Лекция 8

Тема: Общие сведения о судостроительных материалах.

Для изготовления корпуса судна используют сталь, легкие сплавы, цветные металлы, дерево, пластмассы, железобетон и т. д. Наибольшее распространение сегодня в судостроении находит сталь, обладающая высокими прочностными свойствами, достаточной вязкостью, которая хорошо обрабатывается. Другие материалы применяют при постройке корпусов некоторых специальных судов: с динамическим поддержанием, спортивных и прогулочных и др. Все они, как правило, имеют относительно небольшие размеры. В последнее время легкие сплавы также широко используют для изготовления надстроек и рубок крупных морских транспортных судов.

Некоторые плавучие сооружения, в основном стояночного типа (доки, дебаркадеры, понтоны и др.), иногда делают из железобетона. Этот материал хорошо воспринимает статические нагрузки, его стоимость существенно ниже, чем стали. Однако опыт использования железобетонных самоходных судов показал, что их корпуса не способны в должной мере противостоять знакопеременным нагрузкам и вибрации, вызываемой работой двигателя и движителя.

Основным материалом для постройки корпусов современных морских транспортных судов является корпусная сталь для судостроения, характеристики которой определяются ГОСТ 5521- 86. В соответствии с ним могут использоваться углеродистые стали обыкновенного качества (обычные углеродистые стали, ОУС) и легированные стали или стали повышенной прочности (СПП). В отечественном судостроении наибольшее распространение получили стали марок ВСтЗ (ОУС), а также 09Г2, 10ХСНД (СПП), минимальный предел текучести которых соответственно составляет ут = 2,35 * 105, 2,95 * 105 и 3,9 * 105 кПа.

В Правилах Регистра качество стали характеризуется категорией, определяемой совокупностью требований к механическим свойствам и химическому составу. Существуют ОУС категорий А, В, Д и Е, а СПП категорий А32, Д32, Е32, А36, Д36, Е36, А40, Д40, Е40. Минимальный предел текучести ОУС всех категорий ут = 2,35 *105 кПа, для СПП цифры в обозначении категории характеризуют предел текучести: Д36 - утmin = 3,6*105кПа. Удельный вес всех видов сталей составляет г = 78 кН/м3, модуль упругости E = 2 * 108 кПа.

СПП целесообразно применять в тех случаях, когда это приводит не только к снижению массы, но и стоимости конструкции.

На практике СПП используют для изготовления связей, испытывающих наибольшие напряжения при общем продольном и местном изгибе. Для судов длиной L < 100 м целесообразно применять ОУС, при 100 < L < 160 м возможно использование и ОУС и СПП с пределом текучести ут=2,95*105кПа (преимущественно для основных связей, обеспечивающих общую продольную прочность), в диапазоне 160 < L < 240 м рационально применение СПП с 2,95 * 105 < ут < 3,9 *Ю5 кПа, и только при L > 240 м можно ожидать полного использования прочностных свойств стали с ут = 3,9 * 105 кПа.

Корпусная сталь поставляется в виде листового, полосового и профильного проката. Сортамент листового проката включает листы, толщина которых изменяется в пределах b=450мм, ширина b=1,43,2 м, длина l = 616 м. Стальные катанные профили, находящие широкое применение в судостроении, представлены на рисунке 8.1. Их размеры ограничены существующим сортаментом и иногда могут оказаться недостаточными для использования профиля в качестве некоторых сильно нагруженных связей корпуса. В этом случае балки с требуемым моментом сопротивления сваривают (чаще всего в виде тавра) из полосового материала.

Широкое применение при строительстве СДП находят легкие сплавы на алюминиевой основе, которые при сравнительно малом удельном весе г=27 кН/м3 обладают высокой прочностью. Так, алюминиево-магниевые сплавы АМг5, АМг61, АМгбШ, АМг62Т1 соответственно имеют пределы текучести ут•105 = 1,6; 1,8; 2,5; 3,5 кПа. Модуль упругости этих сплавов E = 0,71 -10 кПа, а их стоимость сопоставима со стоимостью нержавеющей стали. Кроме того, эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, часть из них хорошо сваривается.

Применение прессованных панелей приводит к увеличению надежности конструкции всего корпуса СДП, способствует повышению технологичности, снижению объема сварочных работ. Используются и трехслойные клеенные панели, наружные, несущие слои которых выполняют из легких сплавов, а наполнителем служат неметаллические легкие материалы.

Ограниченное применение в судокорпусостроении находят титановые сплавы. Наряду с относительно малым удельным весом (г45 кН/м3) и хорошими антикоррозионными свойствами эти сплавы обладают высокой прочностью (модуль упругости E = 1,1 * 108 кПа, временное сопротивление ув106 кПа), однако их значительная стоимость (приблизительно на порядок выше, чем у стали и алюминиевых сплавов), а также необходимость соблюдений специальных режимов в сложных технологических процессах, связанных с механической обработкой и особенно сваркой, не позволяют с достаточной эффективностью применять их даже при постройке высокоскоростных СДП.

Перспективным направлением в изготовлении корпусных конструкций является применение пластмасс - композитных материалов. Их свойства в значительной степени определяются физико-механическими характеристиками составляющих компонент- армирующего материала и связующего. В качестве первого наибольшее распространение получило стекловолокно. В отдельных пластмассах для достижения повышенной прочности и жесткости армирующими служат волокна бора, графита, угольные волокна. В качестве связующего материала применяются полимерные синтетические смолы: эпоксидные, полиэфирные, фенольные. Смолы соединяют элементы армирующего материала в единое целое, защищают их от действия влаги.

Механические свойства пластмасс зависят от многих факторов, среди которых основную роль играют тип и весовое соотношение отдельных компонент, а также технология производства материала.

Наибольшее распространение в судостроении получил стеклопластик, который, благодаря своим механическим свойствам, успешно конкурирует с другими материалами. Так, стеклопластик, намотанный однонаправленный, имея малый удельный вес (г=18 кН/м3), обладает весьма высокой прочностью (ув=1,76*10sкПа). Недостаточно широкое распространение пластмасс в качестве материала корпуса объясняется как технологическими факторами (высоким уровнем ручного труда, особенно на формовке узлов соединений, токсичностью компонент), так и влиянием технологии изготовления материала на его прочностные свойства.

Вопросы для самопроверки:

Почему сталь является основным судостроительным материалом?

Какие способы соединения металлических элементов корпуса используются в судостроении?

Рекомендуемая литература: ОЛ4, ДЛ2, ДЛ3.

Лекция 9

Тема: Конструкция перекрытий и других элементов корпуса

Днищевое перекрытие. Оно воспринимает растягивающие и сжимающие напряжения от общего продольного изгиба, а также напряжения, вызываемые местными нагрузками. На относительно небольших сухогрузных судах (L < 80 м) и на многих танкерах днищевое перекрытие не имеет второго дна. На всех сухогрузных судах большей длины, на газовозах и на крупных танкерах днищевое перекрытие сверху закрывается настилом второго дна. На современных транспортных судах наружная обшивка днища в средней части делается горизонтальной, килеватость появляется только в оконечностях. Настил второго дна на всей длине от форпика до ахтерпика также горизонтален- это создает удобства при укладке груза и обслуживании трюмов. Наличие двойного дна повышает и безопасность плавания судна, препятствуя распространению воды в случае пробоины в днище. При выборе высоты двойного дна, расстояний между остальными элементами перекрытия учитывается и необходимость доступа ко всем конструкциям для осмотра, ремонта и окраски.

Палубные перекрытия. Как и днищевые, палубные перекрытия вносят основной вклад в обеспечение общей продольной прочности. Кроме того, они воспринимают и местные нагрузки: силу тяжести палубного груза, давление воды при заливании судна во время шторма, льда - в случае его обмерзания.

При поперечной системе набора, применяемой только на сравнительно небольших судах, балками главного направления палубного перекрытия являются бимсы, перекрестными связями - карлингсы, усиленные продольные балки, простирающиеся на всю длину отсека и привариваемые к поперечным переборкам. Как правило, карлингсы продолжают коммингсы люков, образуя вместе с ними непрерывные продольные связи. При большой длине грузового трюма в углах люков могут устанавливаться пиллерсы - вертикальные стойки трубчатого сечения.

Однако пиллерсы существенно затрудняют грузовые операции в трюмах, поэтому в последнее время они практически не используются. При продольной системе набора балками главного направления служат продольные подпалубные ребра жесткости, которые располагаются в одной вертикальной плоскости с днищевыми продольными балками и вертикальными стойками поперечных переборок. В результате создаются замкнутые продольные рамы, которые во всех четырех углах подкрепляются кницами.

Бортовые перекрытия. Они связывают между собой палубные и днищевые перекрытия, обеспечивая их совместную работу при общем продольном изгибе. Хотя бортовые перекрытия и воспринимают перерезывающие силы от общего изгиба, в качестве расчетной для них обычно принимают местную поперечную нагрузку. Бортовые перекрытия сухогрузных судов при относительно небольшой высоте имеют значительную протяженность в продольном направлении. В этом случае поперечная система набора с вертикальными балками главного направления наиболее целесообразна для обеспечения местной прочности. Эти балки, шпангоуты, устанавливаются на каждой шпации и по концам опираются на днищевое и палубное перекрытия. Такие шпангоуты зачастую обеспечивают достаточную жесткость всего борта, даже без перекрестных связей. Подобная конструкция бортового перекрытия удобна с точки зрения размещения грузов и проведения грузовых операций в трюмах сухогрузных судов. При большой глубине трюмов может возникнуть необходимость в промежуточных опорах, тогда вдоль борта прокладывают продольные балки - бортовые стрингеры, выполняющие роль перекрестных связей. При этом в трюмах сухогрузных судов стремятся применять так называемую монотонную систему набора, когда шпангоуты и стрингеры имеют одинаковую высоту, что удобно при проведении грузовых операций.

Конструкция переборок. Подразделение судна на водонепроницаемые отсеки проводится с помощью главных продольных и поперечных переборок. Они также участвуют в обеспечении общей и местной прочности судна. Количество переборок определяется Правилами Регистра и зависит от размеров и назначения судна.

Водонепроницаемые продольные переборки, устанавливаемые по всей длине, применяют, как правило, только на танкерах. Одно из назначений таких переборок - снижение отрицательного влияния на поперечную остойчивость свободной поверхности жидкого груза.

Полотнище переборки набирают из горизонтально ориентированных листов, толщина которых убывает с высотой. Расчетным для переборки является давление воды в заполненном отсеке. Выбор набора определяется как соотношением размеров переборки, так и системой набора корпуса судна в целом, о чем говорилось выше.

Конструкция оконечностей судна. Форма носовой оконечности судна в значительной степени определяет его мореходные качества, в первую очередь ходкость на тихой воде и особенно на волнении. В не меньшей мере она оказывает влияние и на прочностные характеристики судна: от нее зависят величина ударных нагрузок при слеминге, силы, действующие на корпус при движении во льдах.

Кормовая оконечность формирует поток в диске гребного винта, существенно влияет на его эффективность, воспринимает пульсирующие давления, вызванные работой движителя. В районе кормовой оконечности гребной вал выходит из корпуса судна.

Конструкция надстроек и рубок. Надстройки простираются по всей ширине судна от борта до борта. Их лобовые переборки воспринимают удары волн, соответственно их проектируют более прочными, чем концевые переборки. Если длина средней надстройки превышает 0,15L, то она участвует в общем изгибе. Район соединения надстройки с корпусом подкрепляется для уменьшения концентрации напряжений.

Основные элементы надстроек - плоскостные конструкции, подкрепленные набором. В отличие от надстроек рубки имеют ширину, меньшую, чем корпус судна. Их конструкция мало отличается от таковой у надстроек.

Особенности конструкции судов ледового плавания. Практика показала, что при плавании в битых льдах, в том числе и при проводке в кильватере за ледоколом, корпус судна испытывает большие ледовые нагрузки, существенно превышающие те, которые действуют даже в условиях сильного шторма. Поэтому для обеспечения прочности обшивки в районе контакта со льдом необходимы специальные конструктивные решения.

Наиболее специфичным конструктивным элементом СВП является гибкое ограждение (ГО), которое изготовляют из нетрадиционных для судостроения синтетических тканей типа найлона, терилена и др. Может быть, это одна из причин, почему гибкие ограждения в разговорной речи часто именуют «юбками».

Требования, предъявляемые к ГО, противоречивы (они должны быть легкими, прочными, долговечными, иметь устойчивую форму), что приводит к появлению большого разнообразия конструкций.

Иногда ограждения ВП изготавливают из жестких элементов, например, шарнирно закрепленных створок, возвращаемых в исходное положение амортизатором. Такого рода конструкции встречаются только на скеговых СВП

Вопросы для самопроверки:

1. Какие нагрузки воспринимают основные перекрытия судна?

2. Какие существуют системы набора судового корпуса?

3. В чем заключаются особенности конструкции корпуса в районе МО?

4. В чем заключаются основные особенности конструкции судов активного ледового плавания?

5. Какие типы соединений балок продольного и поперечного набора используют на СДП?

Рекомендуемая литература: ОЛ5, ОЛ6, ДЛ4.

Лекция 10

Тема: Лакокрасочные материалы.

Изменение технического состояния корпуса во времени и его контроль.

Морские суда эксплуатируются в условиях, способствующих возникновению и интенсивному развитию коррозии металлических и гниению деревянных частей судна. Борьба с этими процессами является одной из важнейших задач экипажа.

Для защиты судов от коррозии применяются различные способы. Основной из них - нанесение на поверхности защитных лакокрасочных покрытий. Для надежной изоляции поверхности металла от воздействия внешней среды необходимо, чтобы наносимое покрытие было сплошным, не набухающим в воде, лишенным пор и обладало хорошей адгезией, т. е. прочным сцеплением с окрашиваемой поверхностью. Лакокрасочная пленка покрытия должна иметь достаточную прочность, хорошую эластичность при изгибах и вибрациях, стойкость к воздействию высоких и низких температур, моющих веществ, масел, нефтепродуктов и т. д. Для окраски судовых поверхностей выбирают сорта красок с таким расчетом, чтобы они наилучшим образом служили защитным покрытием от влияния на окрашиваемую поверхность превалирующих внешних факторов.

Любая краска состоит из двух основных компонентов: пленкообразователя и пигмента.

Пленкообразователи составляют основу лакокрасочных материалов. Это вещества, способные образовывать после высыхания прочную пленку. К ним относятся натуральные, полунатуральные и искусственные олифы, природные и синтетические смолы. Натуральная олифа получается путем специальной обработки растительного масла после его прогрева до температуры 180 °С. Полунатуральные олифы менее стойки, чем натуральные, так как, кроме масла, они содержат до 50% растворителей (скипидара, уайт-спирита). Искусственные олифы получают химическим путем.

Природные, или естественные, смолы - канифоль, янтарь, битум и др.,- сложные органические соединения в основном растительного происхождения. Синтетические смолы - эпоксид, этиноль, перхлорвинил и др.- представляют собой высокомолекулярные соединения - полимеры и сополимеры. Каждая краска имеет марку. В зависимости от типа смолы, входящей в состав пленкообразующей основы, лакокрасочные материалы отечественного производства имеют следующие условные обозначения: ГФ - глифталевые; ПФ- пентафталевые,

ЭП-эпоксидные,

ХВ - перхлорвиниловые,

КО - кремнийорганические,

ВЛ - поливинилбутиральные и т. д.

Первая цифра в обозначении марки краски указывает на ее преимущественное назначение:

1 - атмосферостойкая; 2-для внутренних помещений;

4-водостойкая;

5-для специального покрытия;

6- маслобензостойкая;

7-химически стойкая;

8-термостойкая;

9- электроизоляционная.

Последующие цифры указывают на порядковый номер регистрации материала.

Пигменты - сухие красящие вещества, не растворяющиеся в пленкообразователе. Их вводят в состав грунтовок, шпатлевок, красок, эмалей и мастик для придания им нужного цвета и улучшения качества покрытия. Пигменты бывают естественные и искусственные. Естественные пигменты - красящие минеральные вещества, получаемые в результате переработки сырья простыми способами: дроблением, измельчением, просеиванием, отмучиванием, прокаливанием. К ним относятся сурик железный, мумия, охра, умбра. Искусственные пигменты - белила литопонные, свинцовые, титановые и цинковые, сурик свинцовый, крон свинцовый и цинковый, лазурь железная, ультрамарин, киноварь искусственная и др. - получают путем химической обработки сырья.

Наиболее широко используют следующие пигменты:

- белые (белила литопонные, титановые, свинцовые и цинковые, мел),

- желтые (крон свинцовый, стронциевый и цинковый, охра),

- зеленые (зелень свинцовая и цинковая, окись хрома),

- синие (лазурь железная и ультрамарин),

- красные (киноварь, мумия, сурик свинцовый и железный),

- коричневые (сиена и умбра природные),

- черные (сажа и черни искусственные)

- металлические (пудра алюминиевая и цинковая, закись меди).

Кроме пленкообразователей и пигментов, окрасочные материалы могут включать в себя наполнители, пластификаторы, отвердители, растворители, разбавители, разжижители, сиккативы, пассиваторы, активаторы, инициаторы и ингибиторы коррозии.

Наполнители - инертные, некрасяшие вещества, получаемые путем тонкого помола дешевых природных минералов (слюды, талька, микроасбеста, тяжелого шпата). Их вводят в краски для снижения расхода пигментов и улучшения антикоррозионных свойств пленки пленкообразователя, повышения атмосферостойкости покрытий и их устойчивости к воздействию некоторых нефтепродуктов.

Наполнители - инертные, некрасяшие вещества, получаемые путем тонкого помола дешевых природных минералов (слюды, талька, микроасбеста, тяжелого шпата). Их вводят в краски для снижения расхода пигментов и улучшения антикоррозионных свойств пленки пленкообразователя, повышения атмосферостойкости покрытий и их устойчивости к воздействию некоторых нефтепродуктов.

Пластификаторы - малолетучие вещества, придающие пленке эластичность и устойчивость к изгибам. В качестве пластификаторов применяются растительные масла невысыхающего типа (касторовое и хлопковое), химические соединения с высокой температурой кипения (хлорированный парафин и дибутилфталат) и различные смо-лообразные вещества.

Отвердители - жидкие вещества, которые при введении в некоторые сорта красок и лаков способствуют образованию твердых пленок.

Растворители - органические летучие жидкости, способные растворять пленкообразующую основу лака или краски и полностью улетучиваться из пленки в процессе ее образования. Растворители вводят для придания краскам и лакам малярной вязкости.

В сочетании с растворителями для разведения красок применяются разбавители и разжижители - вещества, не растворяющие пленкообразующую основу. К наиболее широко используемым растворителям и разбавителям относятся: амилацетат (грушевая эссенция), ацетон, бутилацетат, скипидар, этиловый спирт, уайт-спирит и др.

Сиккативы - вещества, ускоряющие высыхание масляных лакокрасочных материалов. Не следует добавлять сиккативы в готовые к употреблению краски, олифы и лаки, содержащие масла, так как они в нужном количестве вводятся в эти материалы при их изготовлении. Нельзя вводить сиккативы в лакокрасочные материалы, не содержащие масел, например в спиртовые лаки, нитроцеллюлозные эмали и краски эмульсионного типа.

Пассиваторы - вещества, которые при нанесении на очищенную поверхность металла вступают с ним в реакцию и образуют из различных комплексных соединений тонкую пленку, защищающую металл от коррозии, т. е. делают поверхность пассивной. Некоторые пассиваторы входят составной частью в лакокрасочные материалы, например фосфорная кислота - в фосфатируюшие грунты ВЛ-02, ВЛ-023 и др.

Активаторы применяют в красках, изготовленных на основе полиэфирных смол, для ускорения процесса образования пленок. С целью ускорения отвердевания пленок таких красок в их состав вводят специальные соединения - инициаторы.

Ингибиторы коррозии - вещества, чаще всего пигменты, входящие в состав красок, способные замедлять коррозию металла вследствие химического взаимодействия лакокрасочного покрытия с окрашиваемым металлом.

Лаки - это растворы естественных и синтетических смол или их соединений с маслом и другими веществами в каком-либо летучем растворителе. В зависимости от пленкообразующей основы лаки бывают масляные, алкидные, битумные, нитроцеллюлозные, поливиниловые, эпоксидные и др. Их используют в чистом виде для покрытия деревянных и металлических конструкций, а также для изготовления различных эмалевых красок. На судах наибольшее применение в чистом виде находят следующие лаки отечественного производства:

- масляные различных марок,

- бесцветные ПФ-238 и ГФ-166,

- масляно-стирольный МС-25 и на мочевинной основе МЧ-52 для наружных поверхностей и внутренних помещений;

- каменноугольный для якорей, якорных цепей, кнехтов и т. д.;

- битумный БТ-783 кислотостойкий для аккумуляторов и аккумуляторных помещений;

- спиртовые с добавлением анилиновых красителей для арматуры и предметов судового оборудования, не подвергающихся воздействию влаги.

Краски бывают масляные, эмалевые и эмульсионные.

Масляные краски имеют в качестве пленкообразователя натуральную или искусственную олифу. Они поставляются густотертыми и готовыми к применению. Густотертые краски выпускают в виде пасты, состоящей из сухих пигментов или смеси их с наполнителями, замешанных на натуральной олифе. В краске может быть один или несколько пигментов. В первом случае она получает наименование в зависимости от входящего в ее состав пигмента (белила литопонные, сурик железный, охра), а во втором - по ее цвету (фисташковая, бежевая и т. д.).

Наружные поверхности окрашивают наиболее атмосферостойкими и антикоррозионным масляными красками, приготовленными на высококачественной натуральной олифе. К таким краскам относятся белила свинцовые и титановые, сурик, зелень и крон свинцовые и др. Хорошими качествами обладают белила и крон цинковые, сурик железный, охра, мумия естественная и др. Их применяют для окраски внутренних и наружных поверхностей. Для составления различных колеров используют лазурь малярную (милори) и ультрамарин. Для окраски пожарной аппаратуры и инвентаря, маркировки трубопроводов, нанесения опознавательных знаков применяется разведенная густотертая искусственная киноварь.

Эмалевыми красками, или просто эмалями, называются краски, приготовленные на лаках. При высыхании они образуют твердую блестящую с глянцем или матовую пленку. В зависимости от пленкообразователя краски бывают нитроэмалевые, этинолевые, перхлорвиниловые и др. Эмали поставляют в готовом к применению виде, а также вместе с одним или несколькими компонентами.

Вопросы для самопроверки:

На что указывает первая цифра в обозначении марки краски:

Какими бывают пигменты?

Компоненты лакокрасочных материалов.

Рекомендуемая литература: ОЛ6, ОЛ7, ДЛ5.

Лекция 11

Тема: Назначение судовых устройств. Общие сведения. Рулевое устройство.

Судовые устройства служат для обеспечения нормального функционирования судна в соответствии с его назначением.

Практически на каждом судне, независимо от его типа, имеются рулевое, грузовое, спасательное, якорное, швартовное и буксирное устройства, которые поэтому и называются общесудовыми.

Некоторые суда снабжаются еще и специальными устройствами, предназначенными для выполнения специфических функций. К этой категории относятся промысловые устройства, устройства для крепления леса на палубе, для передачи грузов в море на ходу, крыльевые СПК и т. д.

Большинство механизмов, входящих в состав судовых устройств и обеспечивающих их работу, располагается на верхней палубе, соответственно они называются палубными. Привод этих механизмов может быть электрическим, гидравлическим, электрогидравлическим, паровым или дизельным. Выбор привода определяется как типом и назначением, устройства, так и во многом типом главной судовой энергетической установки.

Рулевое устройство

Назначение рулевого устройства - обеспечение управляемости судна. Из всех судовых устройств оно наиболее важное, так как даже кратковременный выход его из строя может привести к катастрофическим последствиям.

Рулевое устройство состоит из рабочего органа: руля, баллера - вала для его поворота, рулевого привода, рулевой машины, поста управления.

На крупнотоннажных судах для обеспечения большего вращающего момента обычно устанавливают четырехцилиндровые рулевые машины, принцип действия которых не отличается от рассмотренного выше. Особенность таких машин состоит в том, что в действие могут вводиться одна пара цилиндров с собственным насосом или обе. В открытом море работает только один насос, а в стесненных водах, узкостях, портах включают обе пары цилиндров.

Кроме описанных выше, существует еще ряд приводов: румпельно-штуртросовый, секторный с валиковой проводкой, винтовой. На современных морских судах в качестве основных они, как правило, не используются.

Рулевую машину обычно размещают в специальном помещении - румпельном отделении, которое находится в непосредственной близости от руля.

Регистр требует, чтобы каждое морское судно имело три привода: основной, запасной и аварийный.

Основной привод должен обеспечивать перекладку руля с борта на борт при максимальной скорости движения. Время перекладки из крайнего положения 35° одного борта до 30° другого не должно быть больше 28 с.

Требования к запасному приводу: перекладка руля с 20° одного борта на 20° другого при скорости, равной половине максимальной (но не менее 7 уз), за время, не превышающее 60 с. При этом переход с основного привода на запасной также лимитируется двумя минутами. Если основной привод состоит из двух агрегатов, способных действовать независимо друг от друга, то запасной привод не требуется.

Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля при скорости переднего хода не менее 4 уз. Этот привод не должен располагаться ниже водонепроницаемой палубы. Установка его не требуется, если основной и запасной приводы находятся в помещении, расположенном выше грузовой ватерлинии. Рулевое устройство должно иметь ограничители, не допускающие перекладку руля более чем на 35° на каждый борт.

Особенность подводных судов - необходимость обеспечения управляемости не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Соответственно эти суда снабжаются и горизонтальными рулями, которые обычно располагаются не только в кормовой части судна, но и в носовой, что повышает управляемость на малых скоростях. Горизонтальные рули всегда парные, на оба борта; парными могут быть и вертикальные рули.

Вопросы для самопроверки:

В чем назначение рулевого устройства?

Аварийный рулевой привод.

Рекомендуемая литература: ОЛ8, ДЛ4, ДЛ5.

Лекция 12

Тема: Грузовое, швартовное и буксирное устройства. Спасательные средства.

Грузовые устройства - это комплекс конструкций и механизмов, предназначенных для выполнения погрузочно-разгрузочных работ силами экипажа судна.

Количество грузовых устройств и их тип определяются многими факторами: назначением судна, его размерениями, районом плавания, характером перевозимого груза.

Суда, предназначенные для грузовых операций на необорудованных рейдах, либо посещающие порты, не имеющие кранового оборудования, должны обладать развитым грузовым устройством.

На сухогрузных судах в состав грузовых устройств входят грузовые стрелы, краны, люковые закрытия и средства трюмной механизации. Суда с горизонтальным способом грузообработки оборудуются аппарелями (внешними и внутренними), межпалубными лифтами и подъемниками; на лихтеровозах устанавливают катучие краны. Саморазгружающиеся суда для перевозки сыпучих грузов снабжаются ленточными транспортерами, элеваторами и другими специальными устройствами. Основными грузовыми устройствами наливных судов служат насосы и трубопроводы.

Грузовые устройства современных морских сухогрузных судов могут быть периодического и непрерывного действия. К первой категории относятся грузовые стрелы и краны, ко второй - транспортеры и элеваторы.

Основные схемы работы легких стрел одиночная и спаренная. Одиночная работа стрел в последнее время практикуется редко, как правило, только в качестве вспомогательной, для погрузки снабжения, продовольствия и других подобных грузов.

При спаренной работе обе стрелы, разгружающие один трюм, с помощью оттяжек неподвижно закрепляются: одна - в положении за бортом, другая - над люком. Грузовые тросы обеих стрел соединяются вместе треугольным звеном, к которому крепится гак. Вначале с большей скоростью работает лебедка стрелы, расположенной над люком, - груз почти вертикально поднимается из трюма, затем более интенсивно работает лебедка второй стрелы - груз выносится за борт, затем обе лебедки переходят на режим спуска.

В последнее время широкое применение находят высокопроизводительные механизированные стрелы различных типов, предназначенные для одиночной работы. Обслуживание таких стрел производится без использования ручного труда, однако при этом необходимо иметь три лебедки: одну грузовую и две для оттяжек, обеспечивающих поворот стрелы в двух плоскостях.

Спасательные средства предназначаются как для спасения экипажа и пассажиров с гибнущего судна, так и для оказания помощи людям с других судов, терпящих бедствия.

Причины гибели судов могут быть самыми различными: пожар, посадка на мель, утрата плавучести, потеря остойчивости и др. Спасательные средства должны обеспечивать не только эвакуацию людей с гибнущего судна, но и в наибольшей степени ограждать их от неблагоприятных воздействий внешней среды (высокая температура горящей на поверхности воды нефти; низкая -в арктических водах), создавать условия для нормальной жизнедеятельности в течение некоторого времени.

Все спасательные средства можно разделить на две категории- индивидуального и коллективного пользования.

Индивидуальные спасательные средства предназначены для кратковременного поддержания человека на плаву. Кратковременного потому, что даже в достаточно теплой воде (t = 20°С) человек от переохлаждения теряет сознание через 2-2,5 ч, а его гибель наступает через 8-10 ч. При t= 10°С это время соответственно составляет 0,5 ч и 1-1,5 ч. Считается, что допустимое время пребывания человека в воде без специальной одежды при t =10°С равно 3-5 мин, а при t = 20°С - не более 40 мин. К индивидуальным спасательным средствам относятся спасательные круги, жилеты, нагрудники, а также костюмы-комбинезоны, некоторое время предохраняющие от переохлаждения.

Основным спасательным средством на морских судах служит шлюпочное устройство, включающее шлюпки и катера, а также механизмы для их спуска и подъема. Количество спасательных средств и их номенклатура определяются Регистром в зависимости от типа судна и района его плавания. Так, общее число мест в спасательных шлюпках, размещенных на каждом борту судна, должно быть равным: на пассажирских, экспедиционных и промысловых судах - половине общего количества людей; на прочих судах - общему количеству мест на судне. В дополнение к шлюпкам, а иногда взамен них могут устанавливаться спасательные плоты.

Якорное устройство.

Основное назначение якорного устройства - обеспечение надежной стоянки судна в заданном районе моря. Кроме того, оно может использоваться для снятия судна с мели, способствовать управлению судном в стесненных условиях плавания.

Главные элементы якорного устройства: якоря, якорные цепи (канаты), якорные механизмы, клюзы, стопоры.

Для выполнения своих функций становой якорь должен обладать большой держащей силой, которая определяется коэффициентом кд, представляющим отношение этой силы к силе тяжести якоря. Для одного и того же якоря указанный коэффициент зависит от типа грунта.

Швартовное и буксирное устройства.

Основное назначение швартовного устройства - крепление судна к причалу, к борту другого судна, к рейдовой бочке и т. д. Наиболее распространенные способы швартовки к причалу- бортом и кормой

Несмотря на относительную сложность второго способа (необходимо дополнительно использовать якорное устройство), ему иногда отдают предпочтение, так как плата за стоянку судна в порту зависит от длины занимаемого им причала.

Буксировку лагом применяют только в сложной обстановке - в портах, для перестановки судов. Для крепления судов бортом Друг к другу используют элементы швартовного устройства. Буксировка толканием осуществляется только у специальных морских составных судов, включающих несамоходную грузовую секцию и буксир-толкач.

Буксирное устройство транспортных судов предполагает буксировку в кильватер. В носу и в корме для этого располагаются усиленные кнехты. Для прохода буксирного троса в носу делают специальный буксирный клюз; в корме для этой цели чаще всего используют клюзы швартовного устройства.

...