Универсальное сухогрузное судно

АННОТАЦИЯ

Объектом разработки дипломного проекта является универсальное сухогрузное судно грузоподъемностью 5000 т. Цель разработки — проектирование судна предназначенного для морских перевозок генеральных и навалочных грузов, включая двадцати и сорокафутовые контейнеры международного стандарта высотой до девяти футов.

Пояснительная записка содержит технико-экономическое обоснование, техническое задание, обоснование выбора основных элементов судна, расчеты по теории корабля, прочности, конструкции корпуса, расчеты по механической части, определение высоты надводного борта, расчет чистой и валовой вместимости, технологию постройки, разработку конструкции корпуса в районе грузовых люков, экономические расчеты. Также выполнены расчеты по охране окружающей среды и охране труда в процессе эксплуатации судна.

Список прилагаемых чертежей

1. Пояснительная записка 7.100 201.51.09.001 ПЗ

2. Теоретический чертеж 7.100 201.51.09.002 ТЧ

3. Общий вид (вид сбоку, сечение по ВП) 7.100 201.51.09.003 ВО

4. Общий вид (сечение по трюму, МКО) 7.100 201.51.09.003 ВО

5. Рамный мидель — шпангоут 7.100 201.51.09.004

6. Поперечное сечение по 71 шпангоуту 7.100 201.51.09.005

7. Конструктивный продольный разрез 7.100 201.51.09.006

8. Палуба в районе вырезов 7.100 201.51.09.007

9. Разбивка на блоки и секции 7.100 201.51.09.008

Сухогрузные суда, перевозящие генеральные грузы _ это суда, перевозящие сборные, относительно лёгкие грузы широкого ассортимента в различной таре. Это наиболее многочисленная группа судов мирового транспортного флота. Степень универсальности сухогрузных судов зависит прежде всего от их прочностных характеристик и остойчивости, а также от размеров и оборудования грузовых помещений.

Дедвейт большинства универсальных судов _ от 500 т. до 15тыс. т., реже до20 тыс. т. и более. В зависимости от размеров универсальные сухогрузные суда условно подразделяют на:

_ малотоннажные — дедвейтом 1,5−2 тыс. т.;

_ среднетоннажные — дедвейтом 2−8 тыс. т.

_ крупнотоннажные — дедвейтом до 8- 10 тыс. т. и более,;

Относительно крупные суда используют на океанских линиях, а малотоннажныепреимущественно в рейсах вдоль побережий.

В последнее время появилось так называемые параграфные суда, стандартные и суда открытого типа. Параграфными называют суда, которые проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при максимально возможном дедвейте их валовая регистровая вместимость не превышала определённой величины, оговорённой статьями (параграфами) международных правил и предписаний.

Для замены устаревших стандартных судов в разных странах было разработано несколько десятков проектов новых стандартных судов, в основу которых положены требования экономичности и универсальности. Подобные суда лишь условно можно было назвать стандартными, т.к. они постепенно модернизировались, а стандартизация не выходила за рамки одной строительной фирмы.

В последний период развития стандартных судов 1974; 1975 гг., стали заметны новые тенденции:

а) Появление судов второго и даже третьего поколения, более совершенных и разнообразных;

б) Расширение диапазона вариантов базового проекта судна, дополнений к нему, предлагаемых на выбор заказчику;

в) Значительное расширение типажа, т. е. появление стандарта судна для массовых грузов, сухогрузы, комбинированные сухогрузно _ наливные суда.

Существенным шагом вперёд по пути сокращения простоев в портах и уменьшения стоимости грузовых операций явилось создание судов открытого типа.

Универсальные сухогрузные суда превращаются в многоцелевые. Они занимают промежуточное положение между универсальными и специализированными судами.

Как правило на универсальных сухогрузных судах используют кормовое расположение МО. При этом увеличивается объём грузовых помещений удобных для проведения грузовых работ, что способствует ускорению погрузки и выгрузки генерального груза. Сокращение времени стоянки судов в портах часто оказывает большее влияние на скорость доставки груза, чем прямое увеличение скорости хода.

На всех сухогрузных судах длиной более 60 м. на всей их длине между форпиковой и ахтерпиковой переборками должно иметься второе дно. Его наличиеважный фактор повышения живучести при повреждении наружной обшивки днища, а образованные им объёмы междудонного пространства служат ёмкостями для приёма водяного балласта, хранения топлива.

В настоящем дипломном проекте рассматривается среднетоннажное сухогрузное судно дедвейтом 5500 т.

1. ТЕХНИКО — ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Универсальные сухогрузные суда представляют собой старейший тип сухогрузного судна. За сто с лишним лет своего существования суда этого типа практически очень мало изменились.

Хотя их скорость и грузоподъемность увеличились, машинное отделение переместилось в корму, стрелы были заменены кранами, заметно увеличилось раскрытие палубы, механизированы работы по открытию и закрытию люков, — судно осталось прежним универсалом конца прошлого века как по принципу осуществления грузовых работ и роду перевозимого груза, так и по эксплуатационному использованию.

Обычно суда этого типа как наиболее дешевые из судов, перевозящих генеральные грузы, используются в трамповом судоходстве, где фрахты относительно невелики, что не способствует обновлению флота судов этого типа[1].

На рисунке 1.1, приведено изменение относительных объемов строительства и заказов на универсальные сухогрузные суда различных тоннажных групп, начиная с 1980 г.

Анализ приведенных данных показывает, что наиболее устойчивым спросом на мировом рынке универсальных сухогрузов пользуются суда дедвейтом 2−5 и 5−10 тыс. т.

В мировом торговом флоте на 01.01.2005 среди 12 691 универсальных сухогрузов (средний возраст 22,6 года) 8635 (68%) имели дедвейт до 5000 тонн, 2278 (18%) — от 5000 до 10 000 т, 1145 (9%) — от 10 000 до 20 000 т. За 2004 г. были сданы на металлолом 191 судно дедвейтом до 10 000 т, построено 152 единицы, причем опережение списания над поступлением новых судов этого типа устойчиво наблюдается с начала 90-х годов [2, 3].

Согласно табл. 1, составленной по данным [4], на начало 2003 г. из 4575 европейских многоцелевых сухогрузов дедвейтом до 10 000 т. 58% были старше 20 лет, а 42% - старше 25 лет.

Таблица 1.1- Распределение по возрастам европейских сухогрузных судов (по состоянию на начало 2003 года) Рисунок 1.1 — Изменение долей универсальных сухогрузных судов различных тоннажных групп в общем количестве строившихся в соответствующие годы судов этого типа.

Средний возраст, при котором списывали сухогрузы в 2005 г. — 30,6 года. До 2010 г. ожидается списание около 4700 судов, причем в основном твиндечных.

76% заказанного новостроя — суда дедвейтом до 10 тыс. тонн, которые активно списываются (80%).

Очевидно, что в подобной ситуации строительство морских сухогрузов для отечественных судовладельцев будет экономически оправданным при условии, что их главные характеристики будут отвечать реальной грузовой базе и путевым условиям.

Особенно интересны многоцелевые сухогрузные суда, имеющие относительно небольшие осадки, что позволяет им работать на порты с ограниченными путевыми условиями, куда не смогут заходить их главные конкуренты — специализированные контейнеровозы и балкеры.

До 1991 г. при обосновании программ пополнения флота ЦНИИ Морского Флота РФ разрабатывались параметрические ряды судов-претендентов, которые содержали основные технико-эксплуатационные характеристики перспективных транспортных судов. Такие исследования проводились на базе анализа судов-прототипов, с учетом сложившейся практики перевозок тех или иных грузов, особенностей грузопотоков, проходных глубин в портах исследуемых линий, указаний директивных органов власти, направлений совершенствования аналогичных объектов в зарубежном судостроении и мировой торговле.

В настоящее время подобные централизованные исследования не проводятся, что вынуждает проектные организации и судовладельцев определять главные характеристики судов, исходя из собственных, порой достаточно субъективных, взглядов и ограниченных финансовых возможностей, часто получая при этом недостаточно убедительные решения.

Анализ путевых условий, важных для отечественных судовладельцев, показывает, что проход через Керчь _ Еникальский канал в светлое время допускается для судов с осадкой до 8,0 м, рекомендованные осадки для порта Керчь _ 8,3 м, Мариуполя _ 8,0 м (для причалов 2−6, 9, 10, 16−18, где глубины 8,5 м и более, причем суда с осадками 7,5 м и более считаются находящимися в стесненных условиях для судовождения) и 7,5 м (для причалов 11−15, где глубины 8−8,25 м); Новороссийска _ 7,5−11,0 м; Туапсе — 9,2−12,0 м.

Таким образом, для судов нового поколения рекомендуется осадка 7,5−8,0 м.

Анализ ледовой обстановки позволяет сделать вывод, что зимой для работы на Черном, Азовском, Средиземном, Балтийском и Северном морях требуется не менее ЛУ3.

Как показывает практика, в условиях экономического кризиса относительно небольшие суда имеют преимущества перед крупнотоннажными, поскольку успешнее реагируют на предложения грузоперевозок: они могут без труда и промежуточных разгрузок проходить по каналам и при неограниченном районе плавания ориентированы на получение большего количества заказов. В Drewry Shipping Consultants отмечают, что, по их наблюдениям, «когда судоходство находится в цикле подъема, как правило, отдается предпочтение крупнотоннажным судам, как наиболее эффективным и выгодным, но как только наступает цикл спада, выгодными оказываются малотоннажные. Крупнотоннажные суда — самые рискованные» .

В таблице 1.2 приведены сравнительные характеристики универсальных сухогрузных судов наиболее подходящие к проектируемому судну.

Таблица 1.2-Прототипы сухогрузных судов наиболее подходящие к проектируемому судну.

Ниже приведены некоторые прототипы универсальных сухогрузных судов.

Рисунок 1.2 _ Многоцелевое сухогрузное судно дедвейтом 5284 тонн проекта DCV36.

Назначение _ морская перевозка генеральных и навалочных грузов, включая контейнеры международного образца, металл, зерно, лес, уголь, крупногабаритные и тяжеловесные грузы, опасные грузы классов 1.4S, 2, 3, 4, 5, 6.1, 8, 9 и Приложения В Кодекса ВС.

Таблица 1.3 — Место постройки судна проекта DCV36.

Рисунок 1.3 _ Быстроходное многоцелевое сухогрузное судно дедвейтом 8470 тонн проекта DCV16.

Назначение _ морская перевозка генеральных и навалочных грузов, включая зерно, опасных грузов классов 1.4S, 2, 3, 4, 5, 8, 9 МК МПОГ и Приложения В Кодекса ВС.

Таблица 1.4 — Место постройки судна проекта DCV16.

Рисунок 1.4 — Многоцелевое сухогрузное судно дедвейтом 4416 тонн типа «Caspian Express» класса «Азовский трехтысячник проекта 003RSD04/ALB03

Назначение _ перевозка генеральных, навалочных, лесных и крупногабаритных грузов, включая двадцати и сорока футовые контейнеры международного стандарта высотой до 9 футов.

Таблица 1.5 — Место постройки судна проекта 003RSD04/ALB03.

Рисунок 1.5 _ Многоцелевое морское сухогрузное судно проекта DCV33 дедвейтом 4500 тонн.

Назначение — морская перевозка генеральных и навалочных грузов, включая двадцати и сорока футовые контейнеры международного стандарта высотой до девяти футов, металла, зерна, леса, угля, крупногабаритных и тяжеловесных грузов, опасных грузов классов 1.4S, 2, 3, 4, 5, 6.1, 8, 9 и Приложения В Кодекса ВС.

В целом, морские сухогрузы нового поколения для отечественных судовладельцев должны:

а) по осадкам соответствовать отечественным портам с относительно небольшими проходными глубинами (рекомендуется осадка 7,5−8,0 м);

б) иметь ледовые подкрепления, достаточные для работы в Черном, Азовском, Средиземном, Балтийском и Северном морях зимой.

в) перевозить прокат черных и цветных металлов, слябы, штрипсы, чугун, зерновые грузы, бревна и пиломатериалы, уголь, бумагу, кокс, металлолом, серу, руды и рудные концентраты;

г) обеспечивать перевозку контейнеров, причем, в том числе 40-футовых контейнеров, высотой до 9 футов;

д) иметь эксплуатационную скорость, оптимальную для переходов в порты Средиземного моря.

е) объединять в себе черты универсального сухогруза, балкера, лесовоза и фидерного контейнеровоза, причем приоритетом является приспособленность к перевозкам массовых грузов.

Большинство сухогрузных судов имеют простые полные обводы, бульбообразный форштевень, применяют такую оконечность на судах для снижения сопротивления. В результате такого использования уменьшаются волновая составляющая и полное сопротивление судна.

Автоматизированные системы предусмотрены для управления судном без несения постоянной вахты в ЦПУ и МО и с периодическим обслуживанием (степень автоматизации А1). В качестве прототипа принято судно проекта DCV33. В разделе 2 разработано техническое задание, в котором учтены требования технико-экономического обоснования.

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

2.1 Назначение, тип и класс судна

Тип судна: универсальный сухогруз;

Назначение судна: морская перевозка генеральных и навалочных грузов, включая двадцати и сорокафутовые контейнеры международного стандарта высотой до девяти футов, металла, зерна, леса, угля, крупногабаритных и тяжеловесных грузов.

Класс судна: судно должно проектироваться на класс Регистра КМ Ice3 АUT1

2.2 Грузоподъемность, район и дальность плавания, скорость и автономность

Грузоподъемность: 5000 т.

Район плавания: неограниченный.

Дальность плавания: 5000 миль.

Скорость: 12 узлов.

Автономность: 30 суток.

2.3 Категория ледовых усилений и класс автоматизации

Категория ледовых усилений: Ice3 позволяет работать в Азовском, Черном, Средиземном, Балтийском и Северном морях зимой.

Класс автоматизации: АUT1 позволяет эксплуатацию механической установки без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и в центральном посту управления.

2.4 Численность экипажа

Численность экипажа принять в количестве 11 чел;

2.5 Тип энергетической установки

В качестве главного двигателя на проектируемом судне должен быть установлен дизель.

2.6 Движительно-рулевой комплекс

Движительно-рулевой комплекс — ВРШ+руль

2.7 Судовые устройства

Спасательные устройства

Спасательные устройства — два плота вместимостью по 12 человек. Дежурная шлюпка на 6 человек с подвесным мотором.

Швартовное устройство Для швартовных операций предусмотреть брашпиль швартовный и кормовой швартовный шпиль, обеспечивающий ручное натяжение и травление швартовных канатов при швартовных операциях.

Для буксировки судна использовать буксирный канат, кнехты, клюз, установленные в диаметральной плоскости на палубе бака.

Для швартовки — швартовные и буксирные кнехты, клюзы литые, клюзы с роульсами.

Якорное устройство Судно должно быть снабжено двумя становыми якорями, якорными цепями для носовых становых якорей. Для подъема и отдачи якорей и швартовки предназначен электрический якорно-швартовный брашпиль.

Рулевое устройство Управление судном должно осуществляться при помощи руля Беккера, расположенного в ДП. Рулевая машина — роторная электрогидравлическая.

Подруливающее устройство Подруливающее устройство типа «винт в трубе» для улучшения управляемости на малых ходах, при проходе узкостей и швартовках. Управление им — дистанционное из рулевой рубки с пульта судовождения и аварийное — ручное, непосредственно из помещения подруливающего устройства.

2.8 Осадка

Осадку судна принять исходя из анализа путевых условий — до 7,5- 8,0 м;

2.9 Количество трюмов — 2

2.10 Тип люковых закрытий — понтонные с козловым краном

2.11 Расположение МКО

Размещение МКО — кормовое. Это дает существенные преимущества:

— уменьшает кубатуру корпуса, занимаемую под МО;

— сокращает длину валопровода, а, следовательно снижает его массу, т. е. увеличивает полезную грузоподъемность судна;

— исключает необходимость предусматривать туннель гребного вала из района МО в корму для размещения и обслуживания валопровода.

Движение судна обеспечить одним четырехлопастным ВРШ с механическим приводом от главного дизеля через редуктор.

Защита корпуса от коррозии гарантируется применением короткозамкнутой протекторной защиты и эффективного лакокрасочного покрытия.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

Выбор основных элементов и главных размерений произведен по программе «SHIP-BRIG». Таблицы исходных данных и результатов расчетов находятся ниже.

4. ОБОСНОВАНИЕ СООТНОШЕНИЙ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОЛНОТЫ

Соотношения главных размерений и коэффициенты полноты оказывают влияние как на мореходные качества судна — ходкость, остойчивость, качку и т. п., так и на водоизмещение судна, его весовую нагрузку, прочность. При определении основных элементов судна влиянием этих характеристик формы судна мы пренебрегали. Иначе обстоит дело при определении главных размерений, когда такие характеристики формы корпуса, как относительная длина — l, отношения — L/B; B/d; D/d, коэффициенты полноты _ C_p; C_в; С_wp; C_m; оказывают существенное влияние на названные выше качества.

Соотношение B/d определяет в первую очередь начальную остойчивость, вместимость и влияет на ходкость судна. При установлении главных размерений следует уделять определенное внимание величине смоченной поверхности и ее изменений при различных L/B и B/d.

Соотношение D/d характеризует запас плавучести судна и влияет на его вместимость, непотопляемость, остойчивость, как начальную, так и на больших углах крена. Для его определения в первом приближении можно воспользоваться зависимостями, предложенными различными авторами для отдельных типов судов.

Возможность качественного нового решения проблемы оптимизации судов открылась в связи с появлением мощной вычислительной техники. Так, для обоснования наиболее подходящего, из рассматриваемых проектов, можно использовать систему автоматизированного проектирования Tribon M3. Для получения наиболее подходящего проекта с помощью программы Tribon M3 варьировались девять проектов при различных коэффициентах общей полноты и отношениях ширины к осадке. Результаты, полученные программой, сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Сравнительные характеристики проектов.

Из таблицы следует, что наиболее подходящий из рассматриваемых проектов № 1, т.к. имеет минимальную мощность двигателя при той же заданной скорости.

После результатов расчета принимаем (для проекта):

L = 90,50 м, B = 16,50 м, d = 6,30 м, D = 7,80 м, C_B = 0,757.

5. ВЫБОР АРХИТЕКТУРНО_КОНСТРУКТИВНОГО ТИПА СУДНА

Архитектурно-конструктивный тип — стальной однопалубный, двухтрюмный, одновинтовой теплоход с баком и ютом, с кормовым расположением жилой рубки и машинного отделения, с двойными дном и бортами в районе грузовых трюмов, с бульбовой носовой и транцевой кормовой оконечностями, люковыми закрытиями съемного типа, козловым краном для обеспечения открытия, закрытия и перемещения секций люкового закрытия, с носовым подруливающим устройством. Трехъярусная кормовая рубка со служебными и жилыми помещениями для экипажа.

В носовой оконечности с высоким для данного типов судов баком расположены форпик, аварийный пожарный насос, шахта лага и эхолота, шкиперская, малярная, а также носовое подруливающее устройство типа «винт в трубе».

Оба трюма ящичной формы, гладкостенные, удобные для проведения грузовых работ и размещения груза без штивки, гарантирует размещение трех ярусов контейнеров международного стандарта высотой до девяти футов, а также позволяет перевозить крупногабаритные нестандартные грузы.

Движение судна обеспечивается одним четырехлопастным винтом регулируемого шага. Передача крутящего момента от главных дизелей к винтам осуществляется с помощью редуктора.

Управление судном осуществляется при помощи руля Беккера, расположенного в ДП.

Корпус имеет двойное дно, двойные борта, верхнюю палубу с шириной раскрытия 0,8 В, непрерывные продольные комингсы грузовых люков высотой 1,2 м.

Днище и верхняя палуба набраны по продольной системе набора, а борта по поперечной системе набора. Выбор системы набора обоснован следующими ниже приведенными факторами:

1. Продольная система набора позволяет более рационально использовать наружную обшивку корпуса для повышения его прочности

2. Устойчивость листов при продольной системе набора при одинаковой толщине почти в четыре раза выше, чем у поперечной.

3. Сечения балок продольного набора засчитывают в общую прочность (эквивалентный брус).

4. Деформации обшивки между балками не снижают их устойчивости.

5. Продольная система набора по палубе и днищу используется в средней части корпуса и компенсирует при проверке прочности эквивалентного бруса наличия бортов на ширине вырезов под грузовые люки.

6. Поперечная система набора бортовых перекрытий позволяет лучше воспринимать динамические нагрузки от волнения и статическое гидродинамическое давление.

Корпус в районе отсеков грузовых трюмов имеет двойной борт, набранные по поперечной системе. Конструкция борта включает диафрагмы, расположенные в плоскости рамных связей днища и палубы и обычные шпангоуты установленные на наружном и внутреннем бортах.

Наличие двойного дна и двойных бортов существенно повышает сопротивление действий внешних сосредоточенных нагрузок и защищает окружающую среду от выброса вредных веществ при повреждении конструкций.

Боковой вид судна показан в приложении А.

6. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМЫ КОРПУСА И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА

Построение теоретического чертежа будем выполнять с использованием системы автоматизированного проектирования Tribon M3.

Система TRIBON M3 является системой проектирования судов, включающей в себя множество программных модулей, охватывающих процесс проектирования судна от технического предложения до разработки эксплуатационной документации. Модуль эскизного проектирования Tribon Initial Design позволяет выполнить проработку проекта и расчеты по статике и динамике корабля.

Проектирование судна начинается с использованием модуля FORM, который позволяет создать файл теоретического чертежа судна.

Tribon M3 Form" - это программный модуль, который является частью интегрированной системы автоматизированного проектирования Tribon M3 Initial Design (TID), главная задача которого предопределение и оценка мореходных качеств проектируемого судна.

Tribon M3 Form основан на систематических исследованиях формы корпуса различных типов судов. Он позволяет генерировать 3D-модель судовой поверхности, используя минимальное количество исходных данных, таких как: тип судна, длина, ширина, осадка, водоизмещение и абсцисса центра величины.

Модуль Form позволяет гибко изменять параметры уже сгенерированной поверхности, редактировать как отдельные линии, так и фрагменты поверхности, задавать судовую поверхность, используя таблицы с координатами. Полученные обводы корпуса судна могут быть выведены в виде теоретического чертежа или плазовой книги, экспортированы в другие модули TID или в AutoCAD в формате dxf.

Исходные данные для построения теоретического чертежа в модуле Form:

1. HullDes:

— Type = General Cargo

— Lbp = 90,5 м

2. General Particulars Screen:

— Design Speed (расчетная скорость хода) = 12 узлов

— Design draft = 6,3 м

— Beam = 16,5 м

— Max depth = 7,8 м

3. Hull shape parameters:

— Block coefficient = 0,757

4. Entrance/Run ratio (отношение носового к кормового заострения) = 1

— Long centre of buoyancy (отклонение Хc от миделя в нос) = default

— Parallel mid-body length (длина цилиндрической вставки) = 30 м

— Flare type (развал борта) = none

— Aft-body shape = Moderate U

— Fore-body shape = Moderate U

5. HULLDES Parameter Input:

— Fore-body parameters (Edite)

Bulb

— Aft-body parameters (Edite)

Single (одновинтовое) На рисунке 6.1 изображен результат построения проектируемого судна в модуле Form.

После формирования корпуса в модуле Form, экспортируем его в модуль Lines с заданием теоретических шпангоутов, батоксов и ватерлиний. На рисунке 6.2 приведены результаты экспорта теоретических элементов судна из модуля Form в модуль Lines.

Рисунок 6.1 — результат формирования корпуса в модуле Form

Рисунок 6.2 — Формирование теоретических элементов в модуле Lines7. РАСЧЕТ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ КРИВЫХ И ПЛЕЧ ОСТОЙЧИВОСТИ НА БОЛЬШИХ УГЛАХ КРЕНА (ПАНТОКАРЕНЫ)

Кривые элементы теоретического чертежа представляют собой графическое изображение. В зависимости от осадки, элементов плавучести и начальной остойчивости, а именно следующих величин:

В расчёт гидростатических кривых входят: расчёт кривой водоизмещения и кривых элементов теоретического чертежа. Кривой водоизмещения называется кривая, ординаты которой дают величину объёмного водоизмещения в функции от углубления судна.

Кривая водоизмещения служит для быстрого определения водоизмещения при любом значении осадки судна на ровный киль. Вычисление её сводится к вычислению интеграла с верхним переменным пределом:

Кривая площади ватерлинии определяется по следующему выражению:

Кривая абсцисс центра тяжести площади ватерлинии определяется по следующему выражению:

Кривая абсцисс центра величины определяется следующим выражением:

Кривая аппликат центра величины определяется следующим выражением:

Кривая момента инерции площади ватерлинии относительно продольной оси:

Кривая момента инерции площади ватерлинии относительно поперечной оси:

Кривая поперечного метацентрического радиуса:

Кривая продольного метацентрического радиуса:

Кривая коэффициента полноты площади ВЛ:

Кривая коэффициента полноты площади мидель-шпангоута:

Расчёт выполняется для двадцать одного равноотстоящего шпангоута. Количество равноотстоящих ватерлиний принимаем равным количеству полных ватерлиний, помещающихся по всей высоте борта. Непосредственное графическое построение кривых элементов теоретического чертежа производится по координатам, рассчитанным на персональном компьютере по программе Tribon M3.

Исходными данными для расчёта являются координаты теоретических шпангоутов в табличной форме. На основании произведённых расчётов представлены распечатки полученных результатов. По данным последних таблиц строятся кривые элементы теоретического чертежа (рисунок 7.1) и зависимость плеча формы относительно основной линии от угла крена (рисунок 7.2).

Расчет гидростатических кривых и плеч остойчивости на больших углах крена сведен в таблицы 7.1, 7.2.

Сравним критическую осадку полученную на графике пересечением и, построенных в одном масштабе и вычислением:

м (7.1)

где В — ширина судна, м,

(7.2)

(7.3)

где _ коэффициент, учитывающий форму корпуса < 1,2.

м.

Погрешность:

Таблица 7.1 — Гидростатические кривые.

Рисунок 7.1 — Гидростатические гривые.

Таблица 7.2 — Плечи остойчивости на больших углах крена

Рисунок 7.2 — Плечи остойчивости на больших углах крена.

8. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ НАБОРА И МАРКИ ОСНОВНОГО МАТЕРИАЛА КОРПУСА

8.1 Исходные данные

Основные размерения:

Водоизмещение:

Количество палуб: 1

Расположение МКО — кормовое Ширина люка:

Высота двойного дна

Радиус скулы:

Категория подкреплений Ice 3

Район эксплуатации — неограниченный Скорость Vо =12уз Определение элементов конструкции корпуса проектируемого судна ведется по Правилам Регистра «Корпус» .

Шпация м

Принимаем шпацию в средней части 0,7 м.

8.2 Система набора корпуса

В системе набора корпуса будет приниматься верхняя палуба, двойное дно, двойные борта, днище, главная палуба и продольные комингсы люка выполнены по продольной системе набора; платформы, палубы бака и юта, оконечности судна — по поперечной.

В качестве материала основных конструкций корпуса будем использовать судостроительную сталь категории D c пределом текучести 235 МПа

8.3 Расчет минимальных толщин связей корпуса судна

Правилами Регистра рекомендуется при разработке конструкций корпуса минимальные толщины элементов ниже которых расчетные толщины элементов не допускаются.

Толщина наружной обшивки:

(8.1)

где — длина судна, м; - коэффициент использования механических свойств стали, равный 1

.

Принимаем .

Толщина настила верхней палубы судна на участке между бортом и линией больших вырезов в средней части и в районе танков наливного судна, мм

(8.2)

.

Принимаем .

Толщина настила второго дна, мм

(8.3)

.

Принимаем .

Толщина вертикального киля:

(8.4)

Принимаем .

Толщина днищевого стрингера и сплошных флоров при поперечной системе набора:

(8.5)

Принимаем .

Толщина флоров при продольной системе набора:

(8.6)

Принимаем .

Толщина элементов конструкций внутри двойного дна:

(8.7)

Принимаем .

Толщина обшивки борта:

(8.8)

Принимаем .

Толщины обшивки водонепроницаемых переборок:

(8.10)

Толщина листов для балластных цистерн:

(8.11)

Принимаем .

8.4 Определение расчетных нагрузок на корпус судна

Внешние нагрузки на корпус судна со стороны моря.

Расчетное статическое давление, КТО, для точек приложения ниже ЛГВЛ, определим по формуле:

(8.12)

где Z_i— отстояние точки приложения нагрузки от ЛГВ, м; =1,025 плотность морской воды, т/м³.

(8.13)

(8.14)

(8.15)

(8.16)

(8.17)

Расчетное статическое давление:

Расчетное статическое давление, обусловленное перемещением корпуса относительно профиля волн, кПа, определяется по формуле:

кПа (8.18)

где — волновой коэффициент, м, принимаемый равным

при L<90 м; (8.19)

при 90L300 м (8.20)

при L300 м

Следовательно для судна L=90,5 м,

где

(8.21)

(8.22)

К_х — 0.8 — для поперечного сечения в нос от миделя;

К_х = 0.5 — для поперечного сечения в корму от миделя;

V₀ — спецификационная скорость, уз.

Х₁ — отстояние поперечного сечения от ближайшего (носового или кормового) перпендикуляра, м.

В носовую часть:

Х₁=4; Х₂=22,9;

форпик

1 трюм

В кормовую часть:

Х₃=39,1; Х₄=23,6; Х₅=15; Х₆=3,5.

2 трюм коффердам МКО ахтерпик Расчетное статическое давление, кПа:

форпик

1 трюм

2 трюм коффердам

МКО ахтерпик Расчетное волновое давление, кПа: ниже уровня ватерлинии

(8.23)

форпик

1 трюм

2 трюм Коффердам МКО ахтерпик выше уровня ватерлинии

(18.24)

форпик

1 трюм

2 трюм коффердам МКО Ахтерпик

8.5 Нагрузки на корпусе от перевозимого груза

Расчетное давление, кПа, на перекрытия грузовых палуб, платформ, двойного дна от штучного груза определяется по формуле:

(18.25)

где — плотность груза, т/м³;

(18.26)

где —удельная погрузочная кубатура, м³/ т, для генеральных грузов м³/ т.

Следовательно т/м³

h - расчетная высота укладки груза, м

(18.27)

.

a_z - проекция расчетного ускорения в вертикальном направле-нии, определяемого по формуле

(18.28)

где — в носовой части корпуса

1 трюм где — в кормовой части корпуса

2 трюм коффердам (топливные цистерны) МКО ахтерпик Проекция расчетного ускорения в вертикальном направлении:

1 трюм

2 трюм коффердам МКО Нагрузки от перевозимого груза

1 трюм

2 трюм

коффердам (топливные цистерны)

_ плотность топлива, т/м3

МКО Давление на второе дно сухогрузного судна, в котором размеще-ны балластные и топливные цистерны, определяется по формуле

(18.29)

(18.30)

в зависимости от того, что больше.

где — плотность морской воды, т/м³

P_К - давление, кПа, на которое отрегулирован предохранительный клапан, но не более 15 кПа, для балластных цистерн сухогрузов.

Расчетное давление Р, кПа для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии

(18.31)

форпик борт

днище

1 трюм борт

днище

2 трюм

борт

днище

коффердам борт

днище

МКО борт

днище

ахтерпик борт

днище

9. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КОРПУСА ПО ПРАВИЛАМ МОРСКОГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА

9.1 Расчет листовых элементов корпуса

Под листовым элементом понимается участок обшивки или настила, ограниченный подкрепляющим набором. К листовым элементам относятся участки настилов, палуб, платформ, второго дна и участки обшивки днища, борта, переборок, а также стенок рамного набора.

Толщина настила или обшивки, мм, нагруженных поперечной нагрузкой, должна быть не менее:

(9.1)

где при ;

при ;

при ;

где а₁, а — размер меньшей и большей сторон листового элемента, м;

Р — максимальное значение давления, кПа;

S — запасы на износ и коррозию, мм;

(9.2)

где Т = 24 — срок службы; m = 22,4

Наружная обшивка при отсутствии второго борта выше переменных ватерлиний.

Борта:

;; ;

где — размеры листа.

.

В носу мм, В средней части мм, В корме мм.

Днища:

В носу мм, В средней части мм, В корме мм.

Во всех случаях, поэтому на все длины судна принимем .

Бортовая обшивка в районе переменной ватерлинии.

.

мм,

мм.

Принимаем .

Бортовая обшивка ниже переменной ватерлинии:

.

мм,

мм.

Принимаем .

Настил верхней палубы.

.

мм,

мм.

Во всех случаях, поэтому на все длины судна принимем .

Настил второго дна.

.

мм.

Принимаем .

Горизонтальный киль.

Толщина горизонтального киля должна быть увеличена по сравнению толщиной обшивки в средней части:

9.3)

принимаем

Ширина горизонтального киля:

(9.4)

Обшивка переборок:

.

мм.

Принимаем расчетное значение

9.2 Расчет элементов набора корпуса

Набор корпуса, подкрепляющий листовые конструкции, делится на основной и рамный. Балки рамного набора являются опорами для балок основного набора. К балкам основного набора относятся продольные балки по палубам, бортам, продольным переборкам, настилу второго дна и днищу, стойки и горизонтальные балки переборок, шпангоуты бимсы. К балкам рамного набора относятся рамные бимсы, карлингсы. Рамные шпангоуты, бортовые стрингеры, флоры, днищевые стрингеры, вертикальный киль, рамные стойки переборок.

Размеры балок основного и рамного набора определяются требуемыми моментами сопротивления. Моментом инерции, площадью поперечного сечения, толщинами стенки и свободного пояcка. Длина пролета балки основного и рамного набора l измеряется вдоль свободного пояска как расстояние между ее опорными сечениями. При установке концевых книц опорные сечения принимаются посередине длины кницы. При этом высота кницы в опорном сечении на должна превышать высоты стенки балки.

Размеры элементов балок набора.

Момент сопротивления W, см³, и момент инерции I, см⁴, поперечного сечения балок основного набора катанного профиля должен быть на менее:

(9.5)

(9.6)

где W^` — момент сопротивления рассматриваемой балки, см³, к середине срока службы судна;

I^` — момент инерции балки, см⁴, к середине срока службы судна.

(9.7)

где Q = Pal - поперечная нагрузка на рассматриваемую балку, кН;

P - расчетное значение, кН;

l - длина пролета балки, м;

a - расстояние между балками, м;

m, K_Б — коэффициенты изгибающего момента и допускаемых напряжений.

щ_k, j_k — учитывают поправку на износ и коррозию, принимаются равными наибольшей из величин, определяемых по формулам:

для несимметричного полособульба и полосы:

(9.8)

для расчетов в первом приближении принимаем j_k щ_k = 1,05.

Балки основного набора днища и второго дна:

Второе дно:

см³,

см³, полособульб № 22^а.

Днище:

см³,

см³, полособульб № 22^а.

Бортовой набор:

см³,

см³, полособульб № 14^б.

Продольные палубные балки расчетной палубы:

см³,

см³, полособульб № 20^б.

Балки основного набора переборок, стойки и горизонтальные балки:

см³,

см³, полособульб № 16^б.

10 РАСЧЕТ ОБЩЕЙ И МЕСТНОЙ ПРОЧНОСТИ КОРПУСА

10.1 Распределение нагрузки по шпациям

Для определения изгибающего момента на тихой воде необходимо распределить массы по длине судна. Для этого судно разбивается на 20 теоретических шпаций с нумерацией с кормы в нос.

Для построения кривой нагрузки масс судна необходимо иметь данные о величине и расположении всех грузов, составляющих водоизмещение.

а) укрупненные статьи нагрузки, включающие в себя массы всех грузов, корпуса и оборудования.

б) чертеж продольного разреза судна, позволяющий определить районы, занимаемые каждым грузом в отдельности.

Полученные данные сводятся в таблицу 10.1 — 10.3.

Таблица 10.1 _ Разбивка судна на отсеки

Таблица 10.2 _ Масса укрупненных статей нагрузки

На основании данных таблицы 10.3 можно определить абсциссу центра тяжести судна, м. м. (10.1)

Таблица 10.3 _ Распределение весовой нагрузки по шпациям

Рис. 10.1-Распределение нагрузки по шпациям

10.2 Расчет изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде и на волнении

Расчет выполняется на ЭВМ с помощью программы «STH» .

Исходные данные:

Длина судна между перпендикулярами L_ПП, м 90,5

Ширина судна В, м 16,5

Высота борта D, м 7,8

Осадка d, м 6,3

Коэффициент общей полноты С_В 0,757

Предел текучести материала у, МПа 235

Водоизмещение, т 7300

Нагрузки масс на шпации берутся из таблицы 10.3.

Результаты представлены в виде таблиц и графиков ниже.

Ординаты шпангоутов принимаются с теоретического чертежа проекции корпус.

Табл.10.4- Перерезывающие силы и изгибающие моменты на тихой воде

Водоизмещение 7350 т.

Абсцисса центра плавучести -3.32м.

Рисунок 10.2 _ Перерезывающие силы и изгибающие моменты на тихой воде.

Табл.10.5 — Перерезывающие силы и изгибающие моменты на вершине волны.

Водоизмещение 7350 т.

Абсцисса центра плавучести -3.32м.

Рис. 10.3- Перерезывающие силы и изгибающие моменты на вершине волны Табл.10.6 — Перерезывающие силы и изгибающие моменты на подошве волны

Водоизмещение 7350 т. Абсцисса центра плавучести -3.32м.

Рис. 10.4 — Перерезывающие силы и изгибающие моменты на подошве волны.

По полученным данным для дальнейших расчетов принимаем максимальные значения перерезывающих сил и изгибающих моментов:

Перерезывающие силы:

На тихой воде -24 150 кН.

На вершине волны -26 940 кН.

На подошве волны -26 240 кН.

Изгибающие моменты:

На тихой воде 404 380 ,

На вершине волны 461 790 ,

На подошве волны -456 850 .

10.3 Вычисление геометрических характеристик эквивалентного бруса

Собственные моменты инерции учитываются только для связей, ориентированных вертикально и имеющих сравнительно большую высоту листов (стрингеры, киль, ширстрек, обшивка борта и т. п.) и вычисляются по формулам Для прямоугольного сечения

(10.2)

Для скулового листа

(10.3)

где i — собственный момент инерции, ,

F — площадь связи, см²;

h — высота связи, м;

r — радиус закругления скулы, м.

В таблице 10.7 вычисляются следующие элементы эквивалентного бруса

— отстояние нейтральной оси от оси сравнения по формуле:

м (10.4)

м;

— момент инерции относительно нейтральной оси по формуле:

(10.5)

где А — сумма площадей продольных связей,

В — сумма статических моментов площадей продольных связей относительно оси сравнения,

С — момент инерции полусечения относительно оси сравнения.

_ момент сопротивления поперечного сечения относительно крайней точки палубы по формуле

(10.6)

где — отстояние от нейтральной оси до крайней связи палубы, м.

_ момент сопротивления поперечного сечения относительно днища по формуле:

(10.7)

где — отстояние от нейтральной оси до крайней связи днища, м.

10.4 Вычисление нормальных напряжений в первом приближении

При общем изгибе в поперечных сечениях корпуса возникают нормальные напряжения, уравновешивающие внешний изгибающий момент. Нормальные напряжения в продольных связях вычисляются по формулам: