современные типы судов. Примеры конструкций судов
 Скачать 11.6 Mb.
|
|
3. КЛАССИФИКАЦИЯ СУДОВ Суда классифицируются по различным принципам и признакам в зависимости от аспекта их рассмотрения: по районам плавания; в соответствии с правилами классификационных обществ; по принципам поддержания и движения; по типу главной энергетической установки; по архитектурно-конструктивным признакам; по назначению и др. Разделение судов по различным принципам в той или иной степени влияет на их конструкцию. По районам плавания суда классифицируют на морские, внутреннего плавания (речные) и смешанного плавания. Постройка, освидетельствование и эксплуатация судов в нашей стране осуществляется под надзором классификационных обществ: морские суда поднадзорны Морскому Регистру Судоходства РФ; суда внутреннего и смешанного плавания Российскому Речному Регистру. Морским Регистром Судоходства РФ каждому судну присваиваетсякласс, который определяется формулой, состоящей из нескольких символов, например, КМ  ЛУ3 I А3 буксиргде символы означают [15]: КМ – самоходное судно (К – несамоходное); судно построено по Правилам Морского Регистра Судоходства РФ и освидетельствовано этой организацией;ЛУ3 – знак ледовых усилений судна (цифра от 1 до 9 означает степень приспособленности судна для плавания во льдах: суда категорий ЛУ1 – ЛУ3 относятся к судам неарктического плавания, остальные категории – для арктических судов); знак деления на отсеки (показывает число смежных отсеков (от 1 до 3), при затоплении которых судно остаётся на плаву); I – знак ограничения района плавания (для судна неограниченного района плавания этот символ отсутствует, для других судов ограничения могут обозначаться символами I, II, IIСП, IIIСП, III – эти символы определяют допустимые высоту волн и удаление от мест убежища); А3 – знак автоматизации управления судном (на центральном посту и в машинном отделении); буксир – обозначение типа судна по его эксплуатационным и конструктивным особенностям. По принципам поддержания на воде можно выделить следующие группы судов: водоизмещающие (надводные и подводные) и суда с динамическими принципами поддержания (СДПП). Водоизмещающие суда уравновешиваются относительно поверхности воды гидростатическими силами, а СДПП поднимаются над водой за счёт сил давления воздуха (суда на воздушной подушке, экранопланы), гидродинамического давления на подводные крылья или поверхность днища судна. Конструкции судов водоизмещающих и СДПП различаются настолько, что, например, первые суда на подводных крыльях были созданы авиаторами, а первые суда на воздушной подушке в Англии первоначально строились под надзором авиационных ведомств. Энергетическая установка (ЭУ) также определяет различные классы судов: несамоходные (обычно называемые баржами) и самоходные. Самоходные суда могут быть оборудованы паровыми машинами (пароходы), двигателями внутреннего сгорания (теплоходы), электродвигателями (электроходы), ядерными реакторами (атомоходы). Многие суда имеют комбинированные ЭУ: турбоэлектроходы имеют паровую или газовую турбину и редуктор в виде генератора тока и гребного электродвигателя с пониженной частотой вращения; дизель-электроходы сочетают дизель с приводом на гребной электродвигатель. От наличия ЭУ, количества двигателей и расположения машинного отделения (МО) по длине корпуса судна зависят такие особенности архитектуры и конструкции судна, как расположение многоярусной надстройки, длина отсеков и положение переборок, наличие тоннеля гребного вала, конструкции фундаментов и перекрытий машинного отделения, форма кормы и характер обводов всего корпуса, объём дифферентных цистерн и многое другое. От положения МО по длине судна зависит расположение грузов и изгибающий момент, вызывающий изгиб корпуса, а в конечном итоге – система набора корпуса и размеры продольных связей. Ядерный реактор атомных судов требует специальной конструктивной защиты (двойные борта и переборки и пр.). Некоторые суда требуют особого согласования ЭУ и конструкций, например, катамараны (два двигателя нужно разместить в корпусах малой ширины), накатные суда (высота двигателей ограничена высотой МО, выше которого размещаются грузовые помещения и проезды к кормовой аппарели). Принцип движения судов определяется движителями. Здесь можно выделить суда: парусные, гребные, колёсные, винтовые, а также оборудованные водомётами, воздушными винтами или воздушно-реактивными движителями. Тип движителя в первую очередь определяется принципами поддержания и двигателями, поэтому на корпус судна влияет весь комплекс средства поддержания судна – ЭУ – движители. На водоизмещающих судах от типа движителя обычно сильно зависит форма и конструкция кормовой оконечности. Архитектурно-конструктивный тип судна характеризуется совокупностью признаков /4/:
Форма корпуса судна определяется множеством особенностей, среди которых отметим некоторые:
Существуют суда с двумя или тремя корпусами, соединёнными в верхней части мостами или платформами (катамараны и тримараны). Надстройкой называется конструкция, образованная продолжением бортовых перекрытий основного корпуса судна, палубой и поперечными переборками, находящаяся выше верхней палубы»1. К надстройкам относят и конструкцию, боковые стенки которой не являются продолжением бортов, а несколько отстоят от них (но не более чем на 4 % от ширины корпуса). Суда, совсем не имеющие надстроек, называются гладкопалубными; с двумя надстройками (баком и обычно многоярусным ютом) – двухостровными; с тремя надстройками (баком, высокой средней надстройкой и ютом) – трехостровными. Как бак, так и ют могут быть удлиненными2. Встречаются суда, на которых многоярусная надстройка занимает почти всю длину палубы (например, пассажирские суда, паромы). На грузовых судах высокая многоярусная надстройка с центральным постом управления (рулевой рубкой) обычно располагается над МО. На некоторых судах, например, для перевозки крупногабаритных грузов, высокая надстройка располагается в носовой части, обеспечивая хороший обзор из рулевой рубки. Высота надводного борта судна характеризует запас его плавучести, остойчивость, степень заливаемости палубы. Минимальный надводный борт регламентируется международной конвенцией о грузовой марке и разработанными на ее основе правилами классификационных обществ, исходя из общих требований безопасности. Суда для перевозки относительно тяжёлых грузов (большинство танкеров, навалочников, лесовозов и др.) в полном грузу обычно имеют высоту борта, равную минимально допустимой. У судов для перевозки относительно лёгких генеральных грузов, а также у пассажирских и многих других судов даже при полной загрузке высота надводного борта больше минимальной. Таким образом, различают суда с минимальным и избыточным надводным бортом. По количеству палуб корпуса различают суда с одной, двумя и более палубами (многопалубные). Суда для перевозки массовых грузов, как правило, однопалубные. Высота укладки многих генеральных грузов ограничена, поэтому устройством нижних палуб обеспечивается необходимая высота твиндеков и трюмов. Для быстрого проведения грузовых операций размеры люков в палубах многих судов делают как можно большими. Однако при большой ширине корпуса это приводит к слишком тяжёлым и громоздким люковым закрытиям. Тогда по ширине располагают два или три люка (парные или строенные люки). Суда, у которых ширина люков составляет более 70 % от ширины корпуса, называют открытыми (с широким раскрытием палуб). Если ширина люков обеспечивает проведение грузовых работ без горизонтального перемещения грузов в трюме, то суда называют полностью открытыми (с полным раскрытием люков). При большой ширине люковых отверстий корпус судна может оказаться недостаточно жёстким на кручение, а в верхней палубе резко возрастают напряжения от общего изгиба корпуса. Для обеспечения прочности открытых судов верхняя палуба специально усиливается. Наливные суда имеют одну сплошную непроницаемую палубу. Сплошные палубы характерны также для накатных судов. Такие суда часто не имеют поперечных переборок в грузовой части, поэтому нижние палубы делают с герметично закрывающимися отверстиями, обеспечивающими непотопляемость судна. Грузовые отверстия могут быть не только в палубах, но и в оконечностях корпуса, а также в бортах (лацпорты). Переборки корпуса судна во многом определяют конструкцию всех остальных перекрытий (днища, бортов, палуб), так как являются для них опорами. На большинстве судов поперечные переборки образуют отсеки, обеспечивая непотопляемость и жёсткость корпуса судов. Но есть суда без поперечных переборок в грузовом пространстве (например, накатные, бункерные навалочники). На таких судах непотопляемость и жёсткость корпуса обеспечивается (но не всегда в полной мере) двойным дном, двойными бортами и (или) сплошными палубами. На крупнотоннажных судах (танкеры, рудовозы и др.) часто применяются продольные переборки. Существует множество других факторов, определяющих архитектурно-конструктивные особенности судов, однако первопричиной всех особенностей является назначение судна. Существует афоризм «груз делает судно» /4/. Поэтому в дальнейших разделах рассмотрим характерные особенности наиболее распространенных типов судов, определяемых их назначением. 4. СУДА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ МАССОВЫХ ГРУЗОВ 4.1. Танкеры В 1886 г. был спущен на воду танкер «Gluckauf» (дедвейт 2300 т). Это судно первым официально зарегистрировано Английским Ллойдом как танкер, поэтому часто историю танкеростроения обычно начинают с него. Танкерный флот рос быстро. Увеличивались и размеры танкеров, особенно перевозящих сырую нефть (рис. 4.1). В терминологии судостроения и судоходства появились понятия: суда-«мамонты» или Very Large Crude Carrier (VLCC) дедвейтом от 175 до 300 тыс. т; суда-«монстры» или Ultra Large Crude Carrier (ULCC) дедвейтом свыше 300 тыс. т. Самый большой танкер мира «Batillus» (Франция  = = 401,1 м; В = 63,0 м; Н = 35,9 м; DW = 554 тыс. т) вошел в строй в 1976 г. (рис. 4.2). Танкеры тех времён строились с продольными переборками (от одной до трёх) и сравнительно большим количеством поперечных переборок, на расстоянии до 0,1L (или до 0,2L – при наличии промежуточных отбойных переборок), с одинарными бортами и днищем. Система набора корпуса – смешанная или продольная. Рамные связи с высокими стенками (так называемые отбойные листы) образуют мощные поперечные и продольные рамы, гасящие энергию слошинга – ударов жидкого груза о конструкции при качке судна. Примеры конструкций танкеров приведены на рис. 4.3, 4.4. Для приёма балласта использовались грузовые танки. При сливе балласта загрязнялась окружающая акватория, поэтому с ростом тоннажа и размеров танкеров обострилась экологическая проблема их эксплуатации. В результате появились суда с чисто балластными танками, предназначенными только для заполнения водой в балластном переходе. Такие танкеры имеют и эксплуатационные преимущества: уменьшение коррозии грузовых танков, сокращение времени стоянки в порту (балласт может приниматься параллельно с операцией разгрузки), отсутствие необходимости мыть танки (если нет перемены сорта груза) и т.д. Однако наибольший общественный резонанс вызывали катастрофы с танкерами. В 1967 г. у берегов Англии разломился супертанкер «Torrey Canyon». 120 тыс. т нефти вылилось в море, угрожая всему живому в огромном районе. В 1978 г. у берегов Франции сел на мель и разломился супертанкер «Amoco Kadis», вылив в море 220 тыс. т нефти. Подобных катастроф с тех пор было несколько десятков. Главными причинами аварий были несовершенные конструкции, плохое техническое состояние судов, неопытные, плохо оплачиваемые экипажи, безответственность инспектирующих технических служб и судовладельцев.  Рис. 4.1. Эволюция танкеров до середины 70-х годов XX века /21/  Рис. 4.2. Нефтеналивные танкеры типа «Батиллус» самые большие из всех транспортных судов (высота борта 35,9 м; осадка 28,6 м)  Рис. 4.3. Грузовой танк судна «Exxon Valdez» (вылившего в море 37 тыс. т нефти при столкновении с айсбергом у берегов Аляски в 1989 г.)  Рис. 4.4. Мидель-шпангоут танкера типа «Владивосток» (DW = 15 тыс. т) В связи с экологической опасностью танкеров Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL), принятая в 1973 г. с дополнительным Протоколом 1978 г., выдвинула ряд требований к конструкции корпуса танкеров, в том числе: 1) обязательное наличие чисто балластных танков; 2) ограничение предельных размеров танков с целью уменьшения разливов нефти при аварии; 3) создание конструктивной защиты в виде двойного дна и двойных бортов, высотой (шириной) до 2 м. Когда в 70-х годах ХХ в. разразился энергетический кризис, множество «грязных» супертанкеров было выведено из эксплуатации. В результате формирования новых требований к танкерам в настоящее время строятся «экологически чистые» танкеры с двойным дном и двойными бортами. Набор двойных бортов и двойного дна не контактирует с жидким грузом. В результате упрощается зачистка танков. Для уменьшения коррозии подпалубного набора на многих современных танкерах набор стали размещать наружу (рис. 4.5). Р  ис. 4.5. Мидель-шпангоут двухкорпусного танкера с надпалубным набором Вместе с тем двухкорпусные танкеры имеют ряд недостатков по сравнению с однокорпусными: они дорогие и тяжёлые; срок службы их оказался меньшим в связи с повышенной коррозией и трудностью её контроля в междудонных и междубортных балластных цистернах. Двойной корпус представляет собой удвоенную поверхность для разрушительной работы коррозии. Мало того, такой корпус действует как термос, не давая морской воде охлаждать содержимое танков. А скорость коррозии увеличивается вдвое с повышением температуры на каждые 7 С. Грузовое пространство танкеров отделено от МО и форпика коффердамами (короткими пустыми отсеками длиной обычно в одну шпацию). Типичное расположение танков двухкорпусника приведено на рис. 4.6.  Рис. 4.6. Типичное расположение переборок и цистерн танкера Т  ипичные поперечные сечения морских танкеров схематически представлены на рис. 4.7. а) б) в) Рис. 4.7. Типовые миделевые сечения крупнотоннажных танкеров (закрашены балластные цистерны): а – однокорпусный, с двумя продольными переборками; б – с двойным бортом; в – с двойным дном; г – двухкорпусный с двумя продольными переборками; д – двухкорпусный с одной продольной переборкой; е – с промежуточной палубой и бортовыми балластными цистернами (типа Coulombi Egg /18/) Небольшие танкеры для сырой нефти являются обычно однокорпусными. На речных судах допускается применение так называемой двухъ-ярусной или навесной системы набора (рис. 4.8). В такой конструкции балки основного набора не проходят сквозь вырезы в рамных балках, как при традиционной (нарезной) системе набора. Рамные балки имеют два пояска (двутавр или швеллер). Одним из поясков они привариваются к пояскам основного набора. Такая конструкция является высокотехнологичной (исключаются сложные узлы пересечения балок) и удобной в эксплуатации (упрощается промывка танков), однако имеет меньшую несущую способность и надёжность, поэтому не допускается для морских судов.  Рис. 4.8. Мидель-шпангоут нефтеналивной баржи с навесной конструкцией набора /16/ Р  азновидностью танкеров являются продуктовозы (перевозящие лёгкие нефтепродукты) и химовозы – суда, имеющие встроенные или вкладные грузовые танки (обычно изнутри безнаборные и покрытые антикоррозионными покрытиями). Типичные поперечные сечения таких танкеров схематически представлены на рис. 4.9. Рис. 4.9. Типовые миделевые сечения продуктовозов и химовозов К танкерам по характеру груза относятся и суда, предназначенные для перевозки сжиженных газов – газовозы. Специфика груза, находящегося в охлажденном до -50...-160 °С состоянии, а иногда и при высоком давлении, требует сложных конструктивных решений: применения специальных материалов, тщательной тепловой изоляции и т. д.  Рис. 4.10. Типовые миделевые сечения газовозов П  римеры конструктивных схем газовозов показаны на рис. 4.10 – 4.12. Рис. 4.11. Газовоз «Echigo Maru» Р  ис. 4.12. Газовоз «WeserGas» |