современные типы судов. Примеры конструкций судов

• Название: Примеры конструкций судов
• Анкор: современные типы судов.doc
• Дата: 16.12.2017
• Размер: 11.6 Mb.
• Имя файла: современные типы судов.doc
• Тип: Учебное пособие; #11650
• страница: 1 из 7

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

С. Д. Чижиумов

ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЙ СУДОВ

Утверждено в качестве учебного пособия

Ученым советом Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Комсомольск-на-Амуре 2007

УДК 629.12.011

ББК 39.42-044 я7

Ч 594
Рецензенты:

Кафедра «Конструкции судов» Дальневосточного
государственного технического университета,
зав. кафедрой, д-р техн. наук, профессор А. П. Аносов;

В. М. Козин, д-р техн. наук, главный научный сотрудник
Института машиноведения и металлургии
Дальневосточного отделения Российской академии наук
(ИМиМ ДВО РАН)

Чижиумов, С. Д.
Ч 594 Примеры конструкций судов : Учеб. пособие / С. Д. Чижиумов. – Комсомольск-на-Амуре : ГОУВПО «КнАГТУ», 2007.  133 с.

ISBN 978-5-7765-0516-4

В пособии даны основные термины и понятия, связанные с архитектурно-конструктивными особенностями судов и системами набора их корпуса. Приведены иллюстрированные примеры архитектуры и конструкций судов различных типов. Рассмотрены морские и речные водоизмещающие суда (танкеры, навалочники, контейнеровозы, ролкеры, пассажирские и другие суда), а также высокоскоростные суда (на подводных крыльях, на воздушной подушке, глиссеры, многокорпусные и др.).

Кратко сформулированы основные принципы, лежащие в основе конструкций узлов корпуса судна.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 180100 «Кораблестроение и океанотехника» при изучении дисциплин «Конструкция корпуса судов» и «Конструкция судов разных типов».

ББК 39.42-044 я7

ISBN 978-5-7765-0516-4

 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет», 2007

ВВЕДЕНИЕ

Знания конструкций корпуса судна и принципов, которым они подчиняются, являются одними из самых основных для инженера-корабле-строителя. Основная цель данного пособия – дать общее представление об архитектуре и конструкциях судов. Для того чтобы не запутаться в этом многообразии, рассмотрены вопросы классификации судов и систематизации их конструкций.

Излагаемый в пособии материал с одной стороны является описательным и несложным. Однако почти каждая конструкция, приведенная в иллюстрациях, является чрезвычайно сложной технической системой, при разработке которой решалось множество связанных и противоречивых проблем. Поэтому рассматривать каждую конструкцию можно на разных уровнях – от усвоения основных понятий (система набора, названия элементов) до глубокого научно-технического исследования.

Цель изучения конструкций судов состоит не только в запоминании чертежей конструкций и особенностей архитектуры различных судов. Это важно, но такие знания накапливаются постепенно, в процессе накопления опыта. Главная цель заключается в понимании основных принципов, которым конструкции подчиняются. Овладев этими принципами можно грамотно творить собственные проекты, а также понимать смысл и правильно применять большое множество требований и формул, которое содержится в правилах классификационных обществ.

На самом деле в пособии рассмотрены далеко не все типы судов и объектов океанотехники. Остались за пределами рассмотрения корабли
военно-морского флота (в том числе подводные корабли), глубоководные аппараты, научно-исследовательские суда, плавучие буровые установки, суда технического флота, различные маломерные суда. И это не удивительно, так как многообразие плавучих технических систем безгранично. Даже рассмотренные в пособии типы судов представлены очень кратко, обзорно. Большой интерес представляет анализ повреждений конструкций и крушений судов, который позволяет более полно понять современные конструкции и тенденции развития судов. Сведения по этим темам можно найти в специализированной литературе.


1. ОСНОВНЫЕ НАЗВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА СУДНА
Приведём основные термины, связанные с конструкцией корпуса судна, которые должен знать инженер-кораблестроитель.

• 
  Ахтерпик  крайний кормовой отсек судна (рис. 1.1).
  
• 
  Ахтерштевень – открытая или замкнутая рама в кормовой оконечности, являющаяся продолжением киля. Через ахтерштевень проходят баллер руля и гребной вал.
  
• 
  Бак  носовая надстройка. Высокий бак защищает носовую палубу от заливаемости при ходе на волнении, улучшает всхожесть судна на волну.
  
• 
  Балка набора корпуса судна  жесткий элемент набора корпуса судна, предназначенный для восприятия продольных и поперечных нагрузок.
  
• 
  Бимс  поперечная балка палубы (рис. 1.2, 1.3). На бимсах лежит
  настил.
  
• 
  Бортовой стрингер  продольная рамная балка борта (рис. 1.4).
  
• 
  Бракета  листовая деталь прямоугольной или более сложной формы, предназначенная для соединения набора корпуса судна и присоединения его к обшивке или настилу (рис. 1.3).
  
• 
  Бракетный флор – флор двойного дна с поперечной системой набора, состоящий из бракет, соединённых поперечными рёбрами жёсткости. Это разновидность так называемого открытого флора – более лёгкого по сравнению со сплошным флором. Бракетные флоры ставятся между сплошными. Они обеспечивают меньшую массу перекрытия, большую технологичность и ремонтопригодность.
  
• 
  Брештук  треугольный или трапециевидный горизонтальный лист, соединяющий форштевень или ахтерштевень с бортовым набором, палубой и наружной обшивкой корпуса судна.
  
• 
  Бульб – каплевидное обтекаемое утолщение корпуса в носовой подводной оконечности судна, снижающее волновое сопротивления при движении на тихой воде.
  
• 
  Вертикальный киль  рамная балка днища, проходящая в диаметральной плоскости (ДП) (рис. 1.4).
  
• 
  Верхняя палуба судна  непрерывная по всей длине самая верхняя палуба корпуса судна.
  
• 
  Выкружка наружной обшивки корпуса судна  изогнутый лист наружной обшивки корпуса судна в районе выхода гребного вала.
  
• 
  Горизонтальный киль – средний утолщённый пояс обшивки днища судна.
  
• 
  Днищевой стрингер  продольная рамная балка днища (рис. 1.4).
  
• 
  Заделка корпуса судна  листовая деталь, предназначенная для заделки вырезов в конструкциях корпуса судна, через которые проходит набор судна.
  
• 
  Карлингс  продольная рамная балка палубы (рис. 1.2, 1.3).
  
• 
  Квартердек  возвышающаяся уступом на неполномерную высоту междупалубного расстояния кормовая часть верхней палубы судна.
  
• 
  Кильсон судна  днищевой стрингер,  обычно термин «кильсон» используется для корпусов судов внутреннего плавания или судов с одинарным днищем  в этом случае кильсон представляет собой сварной тавр.
  
• 
  Кница - треугольная деталь, подкрепляющая концы балок.
  
• 
  Козырек судна  конструкция, являющаяся продолжением наружной обшивки судна над уровнем открытой верхней палубы или палубы бака в носовой оконечности для уменьшения заливания палубы водой.
  
• 
  Комингс  ограждение люка или полоса, окаймляющая вырез
  (рис. 1.5).
  
• 
  Кормовой подзор судна  наклонная часть кормовой оконечности корпуса судна, выступающая за ахтерштевень.
  
• 
  Крайний междудонный лист  наклонный лист настила второго дна, примыкающий к скуловому листу (рис. 1.6).
  
• 
  Кринолин – выступающий участок палубы в корме судна; конструкция за линией наружной обшивки корпуса судна для предохранения от повреждения винтов, рулей, подводных крыльев и других выступающих частей.
  
• 
  Кронштейн гребного вала судна  конструкция снаружи судна для создания опоры гребным валам, состоящая из ступицы, через которую проходит вал, и одной или двух лап, крепящихся к корпусу судна.
  
• 
  Кронштейн руля судна  конструкция в корме судна, предназначенная для опоры руля.
  
• 
  Лацпорт  закрывающиеся ворота в корпусе судна  для погрузки-выгрузки накатных грузов и колёсной техники.
  
• 
  Ледовая наделка судна  отливка или конструкция из листов с набором, устанавливаемая за рулем судна для защиты его от льда.
  
• 
  Ледовый пояс  утолщенный пояс обшивки борта в районе ватерлинии.
  
• 
  Леерное ограждение - лёгкое ограждение палубы у борта.
  
• 
  Набор корпуса судна  каркас из продольных или поперечных металлических балок и ребер, который придает корпусным конструкциям судна заданную форму и вместе с обшивкой к настилам обеспечивает им необходимую жесткость и прочность.
  
• 
  Накладной лист судна  лист, подкрепляющий другой лист, образующий какую-либо корпусную конструкцию судна и устанавливаемый на него всей своей плоскостью.
  
• 
  Настил корпуса судна – соединённые вместе листы, вместе с горизонтальными балками формирующие палубы, платформы и второе дно.
  
• 
  Обшивка судна  оболочка из металлических листов, вместе с набором формирующая днище, борта корпуса и внутренние переборки.
  
• 
  Паз  соединение листов обшивки по продольным кромкам (рис. 1.7).
  
• 
  Палуба переборок судна - самая верхняя палуба судна, до которой доведены поперечные непроницаемые переборки, делящие корпус судна на отсеки.
  
• 
  Палубный стрингер  крайний пояс настила верхней палубы у борта.
  
• 
  Пандус судна  пологая наклонная плоскость между палубами судна для проезда безрельсового транспорта.
  
• 
  Переборка  вертикальное внутреннее перекрытие корпуса судна.
  
• 
  Перекрытие судна  участок обшивки или настила корпуса судна, подкрепленный набором корпуса и ограниченный опорным контуром, на который опирается набор.
  
• 
  Пиллерс  колонна, стойка, поддерживающая палубу.
  
• 
  Пилон судна  обтекаемая пространственная конструкция, являющаяся опорой для двигателей, редукторов, винтов и других механизмов судов на воздушной подушке.
  
• 
  Планширь  полоса, идущая по верху фальшборта.
  
• 
  Пластина  часть обшивки, ограниченная с четырех сторон балками набора.
  
• 
  Платформа судна  палуба судна, расположенная ниже верхней палубы и простирающаяся лишь на часть длины судна.
  
• 
  Подпалубная цистерна  цистерна под палубой навалочного судна.
  
• 
  Полубимс  бимс, проходящий не по всей ширине судна, а от борта до карлингса или до выреза в палубе.
  
• 
  Потеряй  район обшивки, где два пояса переходят в один (рис. 1.7).
  
• 
  Пояс наружной обшивки судна  ряд листов наружной обшивки судна в продольном направлении, имеющих общие пазы.
  
• 
  Привальный брус судна  конструкция, устанавливаемая снаружи вдоль борта судна, для предохранения бортового перекрытия от повреждения при швартовке.
  
• 
  Разносящий стрингер судна  стрингер судна уменьшенной высоты и небольшой протяженности, служащий для распределения локальных нагрузок, приложенных к корпусу судна.
  
• 
  Распорка корпуса судна  балка набора корпуса судна составного или катаного профиля, устанавливаемая преимущественно горизонтально, препятствующая сближению каких-либо частей корпуса судна.
  
• 
  Ребро жесткости корпуса судна  ребро в виде профильного элемента, подкрепляющее лист обшивки, настила или балку набора корпуса судна составного профиля и обеспечивающее местную жесткость.
  
• 
  Скуловая цистерна  цистерна навалочного судна в районе скулы, обычно треугольной формы.
  
• 
  Скуловой пояс  пояс, соединяющий обшивки днища и борта.
  
• 
  Слип судна  конструкция в кормовой оконечности судна, образованная наклонным участком палубы и ограничивающими вертикальными продольными переборками, для подъема из воды на палубу судна орудий для лова рыбы и небольших судов.
  
• 
  Спонсон  выступающий за линию борта участок верхней палубы судна с подкрепляющими его конструкциями.
  
• 
  Стационарная направляющая насадка судна  кольцеобразная наделка на корпусе судна, в которой помещается гребной винт.
  
• 
  Стойка  вертикальная балка переборки (рис. 1.2).
  
• 
  Стрингер судна  усиленная продольная балка набора корпуса судна бортового или днищевого перекрытия.
  
• 
  Стык  соединение листов обшивки по поперечным кромкам (рис. 1.7).
  
• 
  Съемный лист судна  лист с подкрепляющим набором или без него, который закрывает вырез в корпусе судна и крепится к нему при помощи разъемного соединения.
  
• 
  Съемный настил судна  настил из съемных сплошных плоских, рифленых или перфорированных листов, устанавливаемых поверх обрешетника корпуса судна, подкрепляемых при необходимости набором.
  
• 
  Твиндек  пространство между палубами.
  
• 
  Тоннельный киль  конструкция в ДП судна в виде тоннеля в двойном дне, ограниченного по сторонам днищевыми стрингерами.
  
• 
  Транец  плоский срез кормы судна.
  
• 
  Трюм  грузовое пространство между нижней палубой и днищем.
  
• 
  Фальшборт  жёсткое ограждение палубы у борта (рис. 1.5).
  
• 
  Флор  поперечная рамная связь днища (рис. 1.8, 1.4, 1.3).
  
• 
  Форпик  крайний носовой отсек судна (рис. 1.1).
  
• 
  Форштевень  брус, образующий переднюю оконечность судна (продолжение киля в носовой части).
  
• 
  Холостая балка – балка основного набора у судов внутреннего плавания.
  
• 
  Цепная труба судна  непроницаемая труба в корпусе судна, соединяющая палубу судна с цепным ящиком, через которую проходит якор-ный канат.
  
• 
  Шельф  рамная горизонтальная балка переборки.
  
• 
  Ширстрек  верхний пояс бортовой обшивки, примыкающий к верхней непрерывной палубе судна. Является одной из основных продольных связей и делается толще остальных поясов обшивки борта с целью
  увеличения общей прочности корпуса судна.
  
• 
  Шпангоут  поперечная балка борта (рис. 1.3, 1.4).
  
• 
  Шпангоутная рама судна  рама, расположенная по периметру в поперечном сечении корпуса судна и состоящая из последовательно соединенных друг с другом балок поперечного набора днища, шпангоутов,
  бимсов.
  
• 
  Шпунтовый пояс  пояс обшивки, примыкающий к брусковому
  килю.
  
• 
  Ют – кормовая надстройка.
  
• 
  Якорная труба судна  непроницаемая труба в корпусе судна,
  соединяющая палубу судна с бортовым перекрытием, через которую пропускается якорный канат и в которую втягивается веретено якоря.
  

Рис. 1.1. Деление корпуса судна на отсеки





Рис. 1.2. Поперечный разрез по нижним палубам и борту





Рис. 1.3. Мидель-шпангоут небольшого судна


Рис. 1.4. Поперечный разрез двойного дна



Рис. 1.5. Разрез палубы Рис. 1.6. Скула судна






Рис. 1.7. Стыки и пазы листов обшивки корпуса судна





Рис. 1.8. Поперечный разрез днища малого судна

2. СИСТЕМЫ НАБОРА КОРПУСА СУДНА
Корпус судна представляет собой оболочку, подкреплённую системой балок – набором. Оболочка состоит из листов наружной обшивки (днища и бортов), внутренней обшивки (переборок) и настилов (палуб, второго дна). Пересекаясь и примыкая друг к другу, они образуют четырёхугольные части корпуса – перекрытия.

Б
алки набора разных направлений, приваренные к обшивке или настилу, пересекаются под прямыми углами, ограничивая отдельные пластины (не путать с листами!). Пластины могут быть квадратной формы или ориентированы длинной стороной вдоль или поперек судна, вертикально или горизонтально. В зависимости от их ориентации определяют систему набора отдельных перекрытий и корпуса в целом (рис. 2.1). Если длинные стороны пластин располагаются поперек судна  система набора называется поперечной (рис. 2.2, 2.3, 2.4), если вдоль  продольной (рис. 2.5). Если пластины имеют форму, близкую к квадрату, то система набора называется клетчатой (рис. 2.6).

Кроме этих основных систем набора перекрытий существует еще комбинированная система набора, когда в отдельных частях одного перекрытия имеются разные системы набора (рис. 2.7, 2.8).

Система набора корпуса судна в целом определяется системами набора перекрытий днища, бортов и палуб на большей части корпуса (кроме оконечностей). Если эти перекрытия имеют разные системы набора, то система набора судна в целом называется смешанной. В наиболее распространённом варианте смешанной системы набора корпуса судна борт имеет поперечную систему набора, а верхняя палуба и днище – продольную (рис. 2.9, 2.10).





Рис. 2.2. Поперечная система набора деревянного и клёпаного

железного корпусов судов XIX века






Рис. 2.3. Поперечная система набора одинарного днища

Р
ис. 2.4. Поперечная система набора борта в носовой оконечности судна






Рис. 2.5. Двойное дно с продольной системой набора





2.4. Борт с поперечной системой набора и переборка со стойками


Рис. 2.5. Поперечная система набора борта в носовой оконечности судна

2.5

Рис. 2.7. Схема палубных перекрытий по комбинированной

системе набора:

1 – продольная система набора; 2  поперечная система набора
П
ри выборе системы набора перекрытия в первую очередь рассматривают два основных вопроса: 1) в какой степени перекрытие воспринимает поперечное давление; 2) в какой степени и каким образом перекрытие работает при общем изгибе корпуса судна.

Рис. 2.8. Комбинированная система набора днищевого перекрытия:

1 – стрингеры; 2 – дополнительные стрингеры; 3 – флоры;

4 – продольные балки; 5  переборки
Суда длиной менее 80 м имеют относительно небольшие напряжения от общего изгиба корпуса и обычно их связи испытывают преимущественно изгиб от местных усилий по нормали к плоскости перекрытия.





Рис. 2.9. Борт с поперечной системой набора и переборка со стойками





В этом случае ориентация балок набора зависит от соотношения сторон перекрытия. И. Г. Бубнову, основоположнику строительной механики корабля, приписывают такое образное выражение: «Как мост строят не вдоль, а поперек реки, так и при выборе системы набора балки надо располагать поперёк перекрытия – по кратчайшему расстоянию». При этом обеспечивается наименьшая масса перекрытия. Так как обычно перекрытия корпуса вытянуты по длине, то и система набора напрашивается поперечная. Она более выгодна и с технологической точки зрения.

Достоинством поперечной системы набора является также возможность при работе шпангоутов использовать арочный эффект. При криволинейных обводах шпангоуты под действием поперечных нагрузок обладают большей прочностью, чем при плоских. Особенно это сказывается в оконечностях, где напряжения от общего изгиба небольшие, а шпангоуты опираются на ряд горизонтальных платформ. Поэтому здесь предпочтение отдается поперечной системе набора даже на судах длиной значительно больше 100 м. Кроме этого, прочность носовой оконечности на динамические нагрузки от ударов о волны и лёд проще обеспечивается при поперечной системе набора. До конца XIX века морские корабли и суда строили только по поперечной системе набора (см. рис. 2.2).

Примеры конструкций перекрытий с поперечной системой набора приведены на рис. 2.3 – 2.4, 2.9, 2.11  2.13.




Рис. 2.11. Сплошной флор днища с поперечной системой набора
Недостатки поперечной системы набора начали сказываться с появлением быстроходных и крупнотоннажных металлических судов и кораблей, конструкция которых вначале была подобна конструкции деревянных судов, что приводило к различным повреждениям корпуса. Научно обосновал необходимость перехода от поперечной системы набора корпуса к продольной и смешанной системам И. Г. Бубнов в 1904 г.




Рис. 2.12. Бракетный флор днища с поперечной системой набора
С
увеличением длины судна растут напряжения от общего продольного изгиба корпуса, особенно на удалении от нейтральной оси: в верхней палубе и в днище. Они опасны в первую очередь тем, что могут привести к потере устойчивости сжатых, наиболее гибких элементов  настила палубы или обшивки днища. Балки набора повышают их устойчивость, причём выбор ориентации балок (вдоль сжимающей нагрузки или поперёк) имеет большое значение. А именно, напряжение, при котором теряет устойчивость прямоугольная пластина, подкреплённая с четырёх сторон балками, примерно в четыре раза выше, если сжатие происходит вдоль пластины в отличие от сжатия поперёк.
Рис. 2.13. Облегченный флор днища с поперечной системой набора

Для судов длиной более 100 – 120 м применение поперечной системы набора для днища, а тем более для верхней палубы нежелательно, ввиду сложности обеспечения их устойчивости при общем изгибе судна. Продольная же система набора этих перекрытий позволяет легко обеспечить их устойчивость при сжимающих напряжениях вплоть до предела текучести материала.

Особенно отчётливо преимущества системы набора Бубнова проявились при внедрении в судостроение сварки, при появлении и развитии скоростных судов из лёгких сплавов. Система набора с продольными балками набора позднее с успехом была распространена на конструкции самолётов и других летательных аппаратов.

При продольной системе набора продольные ребра опираются на высокие поперечные балки (флоры, рамные бимсы), через отверстия в которых они проходят. Эти балки устанавливают значительно реже, чем при поперечной системе, тем не менее, они уменьшают объем внутренних
помещений на судне. Поэтому на сухогрузных судах по бортам продольную систему обычно не используют, а высокие поперечные рамы в двойном дне и под палубой размещению грузов не мешают (см. рис. 2.10).

Бортовые перекрытия характерны тем, что несут большую поперечную нагрузку, особенно на судах ледового плавания и судах, часто швартующихся в море в условиях волнения (промысловые, спасательные, буксиры). Нагрузки же от общего продольного изгиба на них влияют в меньшей степени, чем на палубу и днище, ввиду их близости к нейтральной оси эквивалентного бруса корпуса. Поэтому продольная система набора бортов встречается редко – в основном на крупнотоннажных судах.

Тем не менее, на судах открытого типа, где палуба ослаблена широкими вырезами, в верхней части борта наблюдаются большие напряжения от общего продольного изгиба. В этом случае часто применяется комбинированная система набора борта, когда в верхней части добавляются продольные балки.

Участки верхней палубы между люками большинства грузовых
судов слабо нагружены продольными усилиями от общего изгиба корпуса, поэтому они могут иметь поперечную систему набора. Тогда система
набора палубных перекрытий также считается комбинированной (см.
рис. 2.7).

Комбинированная система набора характерна также для перекрытий днища и палубы в районах перехода от средней части судна к оконечностям, так как продольные балки не должны обрываться сразу по всей
ширине корпуса во избежание значительных концентраций напряжений (см. рис. 2.8).

Разновидностью продольной системы является стрингерная система набора (ее еще называют русской), предложенная в начале XX века
И. Г. Бубновым. В такой конструкции продольные балки заменяются стрингерами (рис. 2.14, 2.15). В результате узлы пересечения связей становятся более простыми, надёжными и технологичными.




Рис. 2.14. Флоры двойного дна при различных системах набора:

а – поперечной; б – продольной; в – продольной стрингерной









Клетчатая система набора обычно используется для создания повышенной местной прочности при ударных нагрузках. Такие нагрузки действуют при ударах носовой оконечности о воду, ударах волн в развал борта, а также при движении судна во льдах и при ударах грейферами о днище во время грузовых операций. Такая система обеспечивает повышенную жёсткость и меньшие амплитуды местной вибрации, что объясняет её частое применение в конструкциях машинного отделения и кормовых надстроек (рис. 2.16).