современные типы судов. Примеры конструкций судов
 Скачать 11.6 Mb.
|
|
4.2. Навалочные суда Первые (еще деревянные) суда, специально приспособленные для перевозки руды и зерна, начали строить в 60-х годах XIX в. на Великих озерах Северной Америки. Суда для перевозки массовых насыпных грузов называют по-разному: СНГ (суда для навалочных грузов); балкеры и балкерьеры (от слов bulk навалочный и carrier перевозчик); навалочники. К середине XX в. общий дедвейт навалочников был небольшой и в основном состоял из узкоспециализированных судов - рудовозов. Руда, как известно, груз тяжелый, с малым удельным погрузочным объемом (до 1 м3/т; например, железная руда 0,42...0,48 м3/т). При объёмах трюмов, характерных для обычных судов, при полном использовании грузоподъемности судна руда лежит лишь в нижней части трюма, что приводит к понижению центра тяжести судна. Бортовая качка в шторм становится стремительной, резко ухудшающей обитаемость и вызывающей появление больших перегрузок, действующих на конструкции. Более того, резкая бортовая качка способна вызвать быстрое смещение груза на один борт. В результате судно кренится и может опрокинуться. Для обеспечения остойчивости и плавности качки грузовой трюм навалочника должен быть заполнен доверху. Поэтому рудовозы имеют продольные переборки и высокое двойное дно (рис. 4.13, 4.14). В бортовых танках и двойном дне размещаются балластные цистерны. С 1960 г. строительство «чистых» рудовозов пошло на убыль. Интенсивный рост объема перевозок различных массовых насыпных грузов (уголь, зерно, цемент, сахар, минеральные удобрения, соль, бокситы и др.) с большим диапазоном удельной погрузочной кубатуры от 0,4 (руда) до 3,2 (торф) м3/т привел к развитию других специализированных судов (углевозов, зерновозов и др.) и универсальных балкеров. В настоящее время рудовозы составляют небольшую долю в общем тоннаже навалочников. Р  ис. 4.13. Типовые миделевые сечения рудовозов  Рис. 4.14. Рудовоз «Oyashima Maru»3 У балкеров для относительно лёгких навалочных грузов, а также у универсальных навалочников архитектурно-конструктивный тип достаточно стабилен: кормовое расположение машинного отделения, однопалубный, с подпалубными и скуловыми цистернами (рис. 4.15 4.17). Р  ис. 4.15. Типовые миделевые сечения навалочников П  одпалубные цистерны своей наклонной стороной препятствуют самоштивке (произвольному пересыпанию при качке) груза, скуловые обеспечивают ссыпание груза под просвет люка при разгрузке. В балластном переходе цистерны служат для принятия балласта. Р  ис. 4.17. Элементы конструкций навалочника Универсальные суда для навалочных грузов (УСНГ) должны отвечать противоречивым требованиям, которые предъявляет к ним перевозка разных по плотности навалочных грузов: с одной стороны достаточная грузовместимость при перевозке легких грузов, соответствующая полному использованию грузоподъемности; с другой стороны умеренная качка и исключение самоштивки при перевозке тяжелых грузов, занимающих малый объем. Решение этой проблемы состоит в том, что при перевозке лёгких грузов используются все трюмы, а для руды применяется чередующаяся загрузка трюмов – через один. Кроме того, трюмы имеют разную длину: для руды предназначены короткие трюмы, для грузов средней плотности – длинные трюмы, а для лёгких грузов – все трюмы (рис. 4.18).  Рис. 4.18. Влияние чередующейся загрузки трюмов на нагрузки, вызывающие общий продольный изгиб корпуса судна Как видно из рис. 4.18, чередующаяся загрузка трюмов ведет к созданию резкой неравномерности распределения нагрузки по длине судна, что вызывает возрастание максимальных значений срезывающей силы и изгибающего момента. Особенно значительно увеличиваются перерезывающие силы (иногда до четырех раз). В результате необходимости обеспечения общей прочности таких судов, их корпус тяжелее, чем у специализированных балкеров. Резкие пики перерезывающих сил вызывают концентрации напряжений. Эти обстоятельства, по-видимому, являлись одной из основных причин целого ряда катастроф с балкерами, когда в штормовой обстановке они переламывались пополам либо у них отламывалась носовая оконечность4. Среди навалочников следует отметить саморазгружающиеся суда. Они оборудуются автоматизированной системой транспортеров (ленточных, ковшовых, винтовых) для перемещения груза внутри судна, подачи его на палубу и передачи с помощью поворотной стрелы с транспортером на причал. Постройка таких судов целесообразна для обслуживания коротких рейсов на постоянных линиях в неприспособленные для разгрузки порты. Разгрузочное устройство существенно влияет на архитектурно-конструк-тивный тип судна: трюмы представляют собой бункеры, под которыми вдоль судна устраиваются туннели для транспортеров (рис. 4.19). Такие суда широко распространены на Великих озёрах в Северной Америке. Р  ис. 4.19. Саморазгружающееся навалочное судно Великих озёр Навалочные суда внутреннего плавания имеют существенно отличный от морских архитектурно-конструктивный тип. Это объясняется условиями их эксплуатации, в первую очередь, малыми глубинами и небольшими волнами. Поэтому речные балкеры и танкеры имеют малые осадки, большие отношения L/H и B/H. Большая часть речных навалочников являются несамоходными судами (баржами). Два основных типа речных балкеров: бункерные и площадочные суда. Бункерный навалочник (рис. 4.20 – 4.22) имеет двойное дно и широкие двойные борта, между которыми располагается грузовой бункер, не разделённый поперечными переборками, идущий от переборки форпика до машинного отделения (или до ахтерпика – у баржи). Непотопляемость судна обеспечивается разделением переборками только двойных бортов и дна. Одна из основных проблем проектирования конструкции такого судна состоит в том, что двойное дно не поддерживается поперечными переборками – длина перекрытия равна длине всего бункера. Местная прочность двойного дна обеспечивается флорами, пролёт которых равен расстоянию между продольными переборками (внутренними бортами). Стрингеры и киль не поддерживают флоры, как у судов с поперечными переборками, так как им самим опереться не на что. Для уменьшения пролёта флоров часто внутренние борта выполняются наклонными.  Рис. 4.20. Разрез по холостому шпангоуту бункерной баржи проекта 1787 /16/  Рис. 4.21. Мидель-шпангоут бункерной баржи проекта 567  Рис. 4.22. Мидель-шпангоут бункерной баржи проекта Р295 У  площадочного судна грузовое пространство расположено на палубе, огороженной с бортов и в оконечностях комингсами (рис. 4.23 – 4.24). Рис. 4.23. Мидель-шпангоут баржи – площадки грузоподъёмностью 1000 т /16/ Местная прочность палубы и днища обеспечивается тем, что они связаны системой поперечных и продольных переборок, пиллерсов или раскосов (наклонных стержней).  Рис. 4.24. Мидель-шпангоут баржи площадки пр. 81210 /8/ При эксплуатации речных навалочников нередки случаи нарушения их общей прочности (переломов корпуса). При этом, в отличие от морских судов, переломы происходят на тихой воде. Причин этому несколько: 1) коррозионный износ, истирание и остаточные эксплуатационные местные деформации (переломы чаще происходят со старыми судами); 2) неправильная последовательность загрузки или выгрузки бункеров, при которой возникает неравномерное распределение груза по длине и рост наибольшего изгибающего момента и перерезывающей силы; 3) перегруз и неравномерное по длине распределение груза «горками»; 4) посадка на мель. Так как высота борта речных судов относительно мала, обеспечение общей продольной прочности достигается применением продольной системы набора палубы и днища даже при относительно небольших длинах корпуса (менее 80 м). 4.3. Комбинированные суда Недостаточная эффективность использования узкоспециализированных судов (обратный рейс делается без груза, в балласте) привела к появлению комбинированных судов, приспособленных для перевозки двух видов грузов в разных направлениях. Один из основных типов таких судов нефтерудовозы. Позднее появились суда многоцелевого назначения типа ОВО (Oil-Bulk-Ore), приспособленные для перевозки руды, насыпных и жидких грузов. Схемы мидель-шпангоутов таких судов приведены на рис. 4.25.  Рис. 4.25. Типовые миделевые сечения комбинированных судов Нефтерудовозы и нефтенавалочники должны иметь надёжные люковые закрытия, удерживающие жидкий груз и противостоящие его ударам при качке судна в шторм (рис. 4.26). Размещение различных грузов на судне типа ОВО, обеспечивающее наибольшую грузовместимость при обеспечении общей продольной прочности, представлено на рис. 4.27.  Р  ис. 4.26. Нефтенавалочник «Berge Phoenix» у причала /21/ Рис. 4.27. Судно типа ОВО и варианты его загрузки 5. СУДА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ГЕНЕРАЛЬНЫХ ГРУЗОВ 5.1. Лесовозы Наличие морских линий с устойчивыми перевозками лесных грузов вызвало выделение из общей группы сухогрузных судов специализированных судов-лесовозов. Особенностью таких судов, вызванной большим удельным погрузочным объёмом лесного груза, является прием до 40 % перевозимого груза на палубу, что требует специальных мер по обеспечению остойчивости судна, существенного увеличения прочности палубы и закрытий люков, установки специальных устройств для крепления палубного груза, усиления фальшбортов. П  алубный груз лесовоза понижает его остойчивость до недопустимых пределов, поэтому приходится принимать балласт в цистерны двойного дна. У безбалластных в грузу лесовозов остойчивость обеспечивается увеличением относительной ширины по грузовой ватерлинии, уменьшением высоты палубного груза за счёт более широкой палубы. Громоздкость лесных грузов и стремление к сокращению времени грузовых операций привело к большим размерам люков. Современные лесовозы относятся к типу судов с широким раскрытием палубы (открытых судов). Их особенностью является пониженная жёсткость корпуса и ослабление верхнего пояска эквивалентного бруса. Для обеспечения общей прочности и жёсткости корпуса используются различные средства: большие толщины палубного стрингера и ширстрека; подпалубные цистерны (рис. 5.1); двойные борта; непрерывные по длине судна продольные комингсы люков; прочные фальшборты, соединённые с ширстреком; спонсоны или развал бортов (рис. 5.2); продольная система набора палубы и верхней части борта. Лесовозы могут перевозить груз в виде брёвен или пиленый лес в пакетах. Для удержания груза на палубе служат вертикальные стойки – стензели, закреплённые на усиленном фальшборте (рис. 5.3), а также охватывающие палубный груз сверху найтовы. Штормовые нагрузки могут вызвать разрушение креплений и срыв или смещение палубного груза. В результате судно может получить опасный крен и потерю остойчивости.   Рис. 5.2. Лесовоз «Пионер Москвы» с двойными бортами и развалом бортов П  ри перевозке пиленого леса его желательно укрывать от воды. В этом случае груз находится полностью в трюмах под люковыми закрытиями, а для повышения вместимости трюмов применяются высокие комингсы (рис. 5.4). Крайне нежелательны конструкции, выступающие за общие габариты набора, например, рамные шпангоуты, так как нагрузка от брёвен на борт в этом случае не распределена по длине, а сосредоточена (рис. 5.5). Поэтому на лесовозах применяются борта с однородной системой набора или двойные борта.  Рис. 5.5. Характер нагрузки на борт и его деформация при однородной и неоднородной системах набора Выступающие бортовые стрингеры и карлингсы мешают грузовым операциям и могут быть погнуты от ударов лесного груза при погрузке или выгрузке. По этой же причине в трюме лесовозов не применяются пиллерсы. 5.2. Контейнеровозы С  уда контейнеровозы предназначены для перевозки грузов в контейнерах. Контейнерные перевозки начали интенсивно развиваться после введения в 1964 г. Международной организацией по стандартизации (ISO) стандарта на размеры контейнеров. Появилась возможность проектировать размеры и конструкцию корпуса судна под конкретные контейнеры. Нагрузка от контейнера сосредоточена по его опорам (в углах, которые фиксируются специальными направляющими стойками – рис. 5.6), поэтому эти точки должны располагаться над районами пересечения рамных связей корпуса (флоров и днищевых стрингеров). Исходя из этого требования, выбираются шпации корпуса. Несмотря на потери на перевозку самих контейнеров, провозная способность контейнеровоза в два раза выше провозной способности обычного сухогрузного судна, в первую очередь, из-за сокращения времени стоянки судна под грузообработкой. С постройкой специальных контейнерных терминалов в портах производительность труда увеличилась в 8 10 раз. Если до середины XX в. все генеральные грузы перевозились универсальными сухогрузами, то в настоящее время основная масса таких грузов перевозится в контейнерах. Классические морские сухогрузы постепенно уходят в историю. Существует два основных типа контейнеровозов (рис. 5.7): для местных перевозок (так называемые фидерные – рис. 5.8) и океанского плавания большой контейнеровместимости (более тысячи контейнеров – рис. 5.9, 5.10). По мере развития контейнеровозов наблюдается тенденция роста их вместимости. Некоторые суда по размерам приближаются к крупнотоннажным танкерам и балкерам, а вместимость их достигает 8 тыс. контейнеров.  Рис. 5.7. Схема расположения контейнеров на контейнеровозах: а фидерном, оборудованном кранами; б – океанском, постройки 70-х годов; в – океанском современной постройки   Рис. 5.8. Контейнеровоз «Александр Фадеев» (после модернизации) Рис. 5.9. Контейнеровоз «Капитан Гаврилов» Р  ис. 5.10. Контейнеровоз типа «Владивосток» Современные контейнеровозы характеризуются полным раскрытием палубы, наличием специальных ячеистых конструкций для фиксации контейнеров, острыми обводами корпуса и большой долей груза (до 60 %), перевозимого на палубе. Для обеспечения общей прочности и жёсткости корпуса применяются большие толщины палубного стрингера, двойные борта, непрерывные продольные комингсы люков, продольная система набора палубы и верхней части борта. Для повышения эффективности эксплуатации контейнеровозов увеличивают количество ярусов контейнеров на палубе (до восьми, в проектах – до девяти). В результате возникают большие нагрузки на люковые закрытия, а при качке судна – боковые нагрузки, которые могут привести к разрушению креплений и срыву контейнеров за борт (при укладке более шести ярусов контейнеров опасным может быть шторм в 6 баллов). Для фиксации контейнеров на палубе используют найтовы, а в последнее время более надёжные ячеистые конструкции, несущие вертикальные направляющие стойки для палубных контейнеров (рис. 5.11). В последние годы появились большие контейнеровозы без люковых закрытий, у которых направляющие продолжаются из трюма и возвышаются над палубой, что позволяет увеличить вместимость судов и сократить время грузовых операций. Такие суда снабжены мощными насосами для осушения открытых трюмов при их заливании в шторм или в дождь (рис. 5.13). На рис. 5.12 – 5.16 приведены примеры конструкций контейнеро-возов.  Рис. 5.11. Палубная ячейка со съемными частями направляющих6  Рис. 5.12. Средняя часть контейнеровоза   Рис. 5.14. Корпус контейнеровоза /24/  Рис. 5.15. Мидель-шпангоут контейнеровоза «Александр Фадеев» /13/ Р  ис. 5.16. Носовая оконечность и средняя часть контейнеровоза |