Теория и устройство судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

теория и устройство судна

1. Общие сведения о судне

Судно - инженерное сооружение, построенное для плавания на воде (или под водой), предназначенное для транспортных перевозок, выполнения различных задач, связанных с обеспечением мореплавания и судоходства.

Для безопасности и удобства людей, плавающих на судне, для сохранной доставки грузов судно должно обладать рядом мореходных качеств: плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, плавностью качки, ходкостью и управляемостью. К эксплуатационным качествам принято относить грузоподъемность и грузовместимость; маневренность, скорость, дальность плавания и автономность; обитаемость судна. Одним из важнейших эксплуатационных качеств является прочность, которая, наряду с мореходными качествами, обеспечивает безопасность плавания судна.

Изучением мореходных качеств судна занимается специальная наука -- теория корабля. В процессе эксплуатации мореходные качества судна могут изменяться, так как они зависят от многих факторов, например, от количества принятого груза, его размещения и т. д. Знание теории корабля позволяет судоводителю выбрать правильную схему загрузки судна и избежать опасных положений при различных условиях.

Мореходные качества судна:

Плавучестью называется способность судна плавать в заданном положении относительно поверхности воды.

Остойчивость - это способность судна, выведенного из равновесия, возвращаться в исходное положение после прекращения действия внешних сил.

Непотопляемость - способность судна оставаться на плаву и в ограниченной степени сохранять другие мореходные качества после затопления одного отсека или их группы. Непотопляемость определяется плавучестью и остойчивостью поврежденного судна.

Ходкостью называется способность судна двигаться с заданной скоростью при наименьшей возможной мощности главной механической установки.

Плавность и малые амплитуды качки - качества, необходимые для обеспечения мореходности судна в условиях морского волнения.

Управляемость - способность судна выдерживать заданное направление движения.

2. Классификация судов и их назначение

Современное судно - сложнейшее плавучее сооружение, предназначенное для выполнения транспортных, производственных или военных функций. Общая особенность всех судов -- сила их тяжести уравновешивается возникающими в воде силами гидростатической или гидродинамической природы.

Классифицировать суда можно по ряду независимых признаков:

1. По средству движения: самоходные и несамоходные.

2. По способу движения: плавающие на поверхности воды, над водой, под водой.

3. По состоянию корпуса: с жестким корпусом, эластичным или надувным.

4. По основному материалу корпуса: стальные, деревянные, пластмассовые.

5. По району плавания: морские, внутреннего плавания или смешанного типа («Река-море»).

6. По роду главной силовой установки: теплоходы, пароходы, атомоходы, электро-турбо-дизеле-ходы, электро-газо-ходы и пр.

7. По типу движителя: винтовые, водометные, весельные, парусные.

8. По назначению: пассажирские, грузовые, спец. назначения, судоремонтные, технического флота, научно-исследовательские, промысловые, грузо-пассажирские…

9. По архитектурно-конструктивному типу: одно- и двухпарусные, одно- и двух-корпусные, по конструктивному типу надстройки, разнопалубные и т.д.

10. По количеству гребных винтов.

Транспортные суда являются основой морского флота. Их можно разделить на пассажирские и грузовые. Последние как по водоизмещению, так и по количеству составляют подавляющее большинство среди транспортных судов. Их принято подразделять по роду перевозимого груза на две категории: сухогрузные, наливные и комбинированные. Среди наливных судов различают танкеры, предназначенные для транспортировки нефтепродуктов, газовозы, химовозы, виновозы и пр.

Сухогрузные суда подразделяются на:

а) Балкеры (суда для навалочных грузов), применяются для транспортировки сыпучих грузов навалом в трюмах (без тары): угля, цемента, щебенки, руды и рудных концентратов, химических удобрений, сахара, зерна и пр.

б) Универсальные сухогрузы - для перевозки упакованных в ящиках, тюках, бочках, кипах или в отдельно отведенных местах грузов, автомашин, металлоконструкций и т.д. при наличии большого количества трюмов и грузовых устройств.

в) Специализированные сухогрузы - контейнеровозы, лихтеровозы, ролкеры (для колесной техники), рефрижераторы, лесовозы и др.

Комбинированные суда (грузо-пассажирские) предназначены для перевозки как массовых, так и жидких грузов. Это позволяет в значительной степени сократить количество балластных переходов, благодаря перевозке разнородных грузов на встречных направлениях. По своим характеристикам комбинированные суда близки к судам для навалочных грузов и относятся, как и танкеры, к сравнительно тихоходным судам - их скорость обычно не превышает 16 - 17 уз.

Самыми скоростными из транспортных судов являются пассажирские лайнеры, предназначенные для обслуживания регулярных линий.

Промысловые суда используются для добычи, а так же переработки и транспортировки морепродуктов. В эту категорию входят как малые рыболовные суда водоизмещением в несколько десятков тонн, так и крупные плавучие базы, водоизмещение которых достигает 50 тыс. т.

Служебными судами в первую очередь следует назвать ледоколы, буксиры, спасатели, научно-исследовательские, учебные и другие суда. Основное их назначение - обеспечение эксплуатации транспортного и промыслового флота.

Технический флот включает в себя дноуглубительные снаряды, грунтоотводные шаланды, плавучие краны, доки, мастерские и т. д. Сюда же причисляют и технические средства освоения мирового океана: буровые суда, плавучие буровые установки, суда для добычи со дна твердых полезных ископаемых и т. д.

Высокоскоростные суда с динамическим поддержанием (глиссеры, суда на подводных крыльях, суда на воздушной подушке, суда-экранопланы) имеют небольшое водоизмещение (D ? 500 т), их удельный вес в мировом флоте весьма незначителен.

судно грузовой водоизмещение бортовой

3. Схема грузового судна

4. Наружная обшивка и бортовой набор корпуса судна

Наружная обшивка - это оболочка корпуса судна; она должна воспринимать давление воды и одновременно, как часть продольного набора, вместе с другими продольными связями обеспечивать продольную прочность корпуса судна. Наружная обшивка состоит из отдельных листов, которые с помощью сварки соединены друг с другом, со шпангоутами, палубами и днищевыми связями. Длина листов наружной обшивки обычно значительно больше, чем ширина. Вертикальная линия соединения (сварной шов) листов называется стыком, а более или менее горизонтальная линия соединения - пазом. Пазы образуют по длине судна гармонично протекающие кривые. Пояса обшивки, проходящие между этими так называемыми лекальными кривыми, называют поясьями. Поясья листов, которые примыкают непосредственно к килю, называются килевыми, остальные поясья, а также поясья рядом с горизонтальным килем в плоской части днища - днищевыми. Пояс листов, который покрывает закругление скулы, называется скуловым поясом, поясья листов у флоры над скуловым поясом - бортовыми поясьями, самый верхний - ширстреком.

Толщина наружной обшивки зависит от длины судна, высоты борта до верхней непрерывной палубы, а также от осадки и расстояния между шпангоутами (шпации). Эта толщина составляет для судов длиной 20 м около 5 мм, а для судов длиной 250 м - примерно 25 мм. Но даже у одного и того же судна толщина наружной обшивки не везде одинакова. Так, при волнении самые большие изгибающие напряжения судно испытывает в средней части, поэтому там листы толще, чем в оконечностях. Как правило, более толстыми, чем другие поясья листов, выполняют также ширстрек и горизонтальный киль, потому что они являются важными продольными связями и дополнительно подвержены нагрузкам, действующим на поперечные связи. Большие сжимающие нагрузки испытывает горизонтальный киль при доковании, поэтому днищевые поясья толще, чем бортовые.

Наружная обшивка:

1 - ширстрек, 2 - фальшборт, 3 - листовой форштевень, 4 - шов, 5 - пояс листьев, 6 - стыки листьев, 7 - скуловой пояс, 8 - бортовой пояс, 9 - днищевые поясья, 10 - горизонтальный киль, 11 - район подкреплений, 12 - бортовая обшивка надстройки

Усилены также поясья листов наружной обшивки в районе перехода в надстройку, так как там возникает особенно высокая концентрация напряжений при изгибе судна на волнении. Из-за килевой качки кроме днищевого набора в носовой и кормовой оконечностях усиливают также наружную обшивку.

Шпангоуты - ребра корпуса судна, которые расположены в вертикальных плоскостях и придают судну его форму. Они являются продолжением поперечных связей днища судна и образуют с днищевыми флорами, скуловыми кницами или бракетами, кницами бимсов и бимсами шпангоутную рамку, открытую в районе люков и закрытую за пределами люков и шахт. Шпангоуты вместе с другими поперечными связями должны обеспечить местную прочность корпуса, чтобы судно могло воспринимать действующие на него нагрузки от давления воды, льдов и груза. В соединении с поперечными переборками шпангоуты повышают также продольную прочность судна, предотвращая деформирование наружной обшивки. Шпангоуты распределены по всей длине судна (за исключением оконечностей) на равных расстояниях друг от друга. Это расстояние в зависимости от длины судна составляет от 0,5 до 0,9 м. Как правило, шпангоуты нумеруют от носового перпендикуляра в корму, начиная с «0»; шпангоуты за кормовым перпендикуляром получают отрицательные номера. Нагрузка на шпангоуты увеличивается по направлению вниз от поверхности воды в соответствии с увеличением гидростатического давления. Поэтому их поперечные сечения максимальны в районе между днищем и самой нижней палубой; от палубы к палубе они постепенно уменьшаются. Размеры трюмных шпангоутов зависят от величины судна, от осадки и от высоты скуловых бракет. Обычные концевые крепления трюмных шпангоутов к бимсам представлены на рисунке. У судов с одинарным дном или с горизонтальным настилом второго дна трюмные шпангоуты у наружной обшивки соединяют с флорами внакрой, чтобы соединение было достаточно жестким на изгиб; иногда их присоединяют с помощью книц. Размеры шпангоутов твиндека зависят также от величины судна, т. е. от высоты борта до главной палубы, от высоты твиндека, количества и положения твиндека, от осадки и шпации. Обычные концевые крепления промежуточных шпангоутов к палубам и бимсам показаны на рисунке. Размеры шпангоутов надстройки и их концевых креплений определяют так же, как для шпангоутов твиндека.

Шпангоуты и бортовой набор:

а -- расположение шпангоутов (вид сбоку); b -- связь борта судна с одинарным дном; с -- бортовой набор однопалубного судна в районе грузового люка; d -- бортовой набор трехпалубного судна; е -- бортовой набор в районе машинного отделения; f -- набор крейсерской кормы

1 -- твиндечные шпангоуты; 2 -- кницы; 3 -- трюмные шпангоуты; 4 -- полка скуловой кницы; 5 -- скуловая кница; 6 -- бимс; 7 -- транцевый лист; 8 -- кормовые шпангоуты; 9 -- ахтерштевень; 10 -- продольный комингс; М -- поперечный комингс; 12 -- рамный бимс; 13 -- рамный шпангоут; 14 -- бортовой стрингер; 15 -- промежуточная палуба; 16 -- днищевые флоры; 17 -- средний кильсон; 18 -- соединение внакрой шпангоута с флором

В тех районах корпуса судна, где возникают особенно большие напряжения или где корпус судна должен быть особенно жестким (например, в районе машинного отделения), в области больших люков устанавливают усиленные шпангоутные профили - так называемые рамные шпангоуты. Они состоят из стенок с приваренными полками. Кормовые шпангоуты располагают в плоскостях, которые расположены под различными углами к диаметральной плоскости и почти вертикально к наружной обшивке. Вместе с соответствующим образом расположенными бимсами они образуют отдельные рамы, которые крепятся на так называемом транцевом листе. Транцевый лист - это лист, снабженный подкреплениями и расположенный под прямым углом к продольной оси судна. Он соединяется с ахтерштевнем и заменяет в этом месте флор. Для подкрепления шпангоутов в носовой и кормовой оконечностях устанавливают бортовые стрингеры. Форпик и ахтерпик под самой нижней палубой дополнительно усиливают рамными стрингерами.

Холостой набор из уголка или «полособульба», идущие поперек судна - днищевая ветвь холостого шпангоута (17), бортовая ветвь холостого шпангоута (14), холостой бимс (9), холостой стойка продольной переборки (13);

Рамный и холостой шпангоуты корпуса

5. Устройство для толкания судна

Автоматическое сцепное устройство состоит:

1. кормовое устройство на барже состоит из одной вертикальной сцепной балки в ДП и упорной горизонтальной балки на транце баржи. Высота сцепной балки рассчитана на сцепку толкача как с груженой, так и с порожней баржей и имеет запас для перемещения при качке.

2. Устройство на толкаче состоит их двух вертикальных упоров и носовой обносной балки, имеющей в средней части вырез для входа сцепной балки баржи. Сцепной замок состоит их трех узлов - головки замка, подвески замка и поперечных амортизаторов. Амортизаторы двухстороннего действия шарнирно закреплены с шатуном и фундаментом расположенным на палубе толкача. При отклонении шатуна работают оба амортизатора. Указанный автосцеп относится к сцепам, обеспечивающим возможность перемещения толкача, относительно баржи, при всех видах и комбинациях качки - вертикальной, килевой и бортовой. Кинематика сцепа рассчитана на возможность поворота толкача на необходимые углы при килевой и бортовой качках относительно своих центральных осей проходящих через Ц.Т. судна. Вертикальное перемещение толкача обеспечивается скольжением сцепного замка по сцепной балке баржи, для чего замок имеет контактные антифрикционные вкладыши и смазку. Угловое перемещение толкача при килевой качке обеспечивается наличием поперечного горизонтального шарнира в сцепном замке и продольного амортизатора. Сцепной замок снабжен вертикальным шарниром для равномерной передачи нагрузки на обе клешни и плотного прилегания их к контактным поверхностям сцепной балки. На носовых частях барж секционных составов (в настоящее время их большинство) устанавливаются описанные устройства для учалки барж между собой в кильватер. Учалка барж лагом при формировании пыжевого состава выполняется тросами - шпрингами (бухты) в количестве необходимом для прочности состава, а также бортовыми автосцепами.

6. Виды водоизмещения. Грузоподъемность и грузовместимость

6.1 Виды водоизмещения

В состав нагрузки судна входят массы как самого судна, его конструкций, механизмов, систем и т.д., так и массы, привносимые на судно, например, экипаж, груз, топливо, запасы воды и продовольствия, балласт и другие. Последние на судне могут быть, либо не быть полностью или частично. Это так называемые переменные массы. В связи с этим различается несколько характерных случаев состояний нагрузки судна - несколько видов его массового водоизмещения. Эти водоизмещения необходимо знать как в процессе проектирования, так и при эксплуатации судна, поскольку их величина, как уже отмечалось ранее, во многом определяет основные навигационные и эксплуатационные качества судна, его эффективность.

Для транспортного судна, прежде всего, различают водоизмещения порожнем и полное, являющиеся крайними случаями состояния нагрузки (минимальное и максимальное).

Водоизмещением порожнем называется масса полностью построенного судна, снабженного механизмами, системами, устройствами и другими электроэнергетическими системами, средствами связи и управления, согласно утвержденной спецификации, но без экипажа, перевозимых грузов и пассажиров, запасов топлива и смазки, воды, продовольствия, фекально-сточных вод. Это водоизмещение соответствует доковой массе судна, которую он имеет после постройки. При расчетах водоизмещения порожнем включается еще некоторая фиктивная масса, называемая запасом водоизмещения.

Уместно обратить внимание на то, что в практике эксплуатации судов под водоизмещением порожнем подразумевают массу судна в конце рейса. В этом случае, кроме массы самого судна, в нее входят масса экипажа и масса неудаляемых остатков различных запасов (топлива, воды и т.д.).

Полное водоизмещение, называемое также « водоизмещение в полном грузу» и «водоизмещение с полным грузом и с полными запасами», подразумевает полную массу судна как сумму масс всех разделов нагрузки. Оно равно сумме водоизмещения порожнем и массы экипажа, пассажиров, груза, запасов топлива, масла, воды и продовольствия. В каждом частном случае выбор тех или иных промежуточных случаев нагрузки обуславливается спецификой судна, его назначением. В проектных расчетах при проверке ряда навигационных качеств, таких как остойчивость, прочность и других, Правила Речного Регистра оговаривают состояния нагрузки, при которых следует сделать соответствующие проверочные оценки. Эти случаи нагрузки соответствуют различным возможным состояниям судна в процессе эксплуатации. В частности, для транспортных судов представляет интерес нагрузка не только в начале рейса, но и при подходе в порт назначения, нагрузка в конце обратного рейса с остатками запасов топлива, масла, воды, с балластом или без него, с частично принятым грузом и т.д. В связи с этим в случае необходимости дополнительно рассматривают, например, такие водоизмещения: 1. Судно без груза с 10% запасом; 2. Судно без груза с 100% запасом; 3. Судно без груза с балластом и 10% (100%) запасом; 4. Судно в грузу с 50% запасом груза. При этом нужно иметь в виду, что под массой судна без груза не следует понимать строительную массу судна.

6.2 Грузовместимость и грузоподъемность

Грузовые трюмы и прочие помещения, предназначенные для размещения груза, характеризуются суммарным объемом всех грузовых помещений, который называют грузовместимостью судна, измеряемой в кубических метрах. Валовая грузовместимость - это объём судовых помещений, кроме тех, которые не защищены от непогоды (ходовая рубка, открытые надстройки и т.п.). Чистая грузовместимость включает только объём тех помещений, которые используются в коммерческих целях: грузовые трюмы, пассажирские каюты, салоны и т.п.

Различают полную (зерновую) и киповую грузовместимость. Первая включает в себя весь объём грузовых помещений, в том числе и пространство между шпангоутами. Киповая грузовместимость - это объём грузовых помещений за исключением пространства, где не могут быть размещены штучные грузы. При размещении штучных грузов всегда остаются пустоты, поэтому киповая грузовместимость на 5-10% меньше чем полная.

Грузоподъёмностью называют массу различного рода грузов, которые может перевести судно. Единицей измерения служит регистровая тонна, равная 2,83м3 (100 куб. футов).

7. Аварийное и спасательное снабжение

Комплект аварийного снабжения -- это набор инвентаря и материалов, находящийся в постоянной готовности и предназначенный для борьбы с аварийным поступлением воды внутрь судна. В комплект входят: пластыри разных типов, аварийный инвентарь, аварийные материалы и инструменты. Все предметы, входящие в комплект аварийного имущества, маркируют синим цветом. На палубе и в проходах указываются места расположения аварийного снабжения.

Повреждения корпуса судна различаются по размерам: малые -- до 0,05 м , средние до 0,2 м2 и большие -- от 0,2 до 2 м2. Трещины, разошедшиеся швы и малые пробоины заделываются, как правило, с помощью деревянных клиньев и пробок.

Аварийный инвентарь состоит из раздвижных упоров, аварийных струбцин, крючковых болтов, болтов с поворотной головкой, подушек с куделью и шпигованных матов. Конструкция приспособлений позволяет ускорить работы по ликвидации аварийных повреждений корпуса судна при высокой надежности. (Рис.1)

Рис. 1

Рис. 2

Аварийные материалы: доски сосновые - для изготовления щитов и пластырей; брусья сосновые - для подкрепления палуб, переборок и прижатия щитов; клинья сосновые и березовые - для заделки небольших трещин, щелей и расклинивания упоров и щитов; пробки сосновые разных диаметров для заделки отверстий и иллюминаторов; песок, цемент и отвердитель цемента - для установки цементных ящиков; войлок грубошерстный, пакля смоляная, парусина, резина - для уплотнения щитов и пластырей; скобы строительные, болты с гайками разных размеров, гвозди; сурик и жир технический и др.

Аварийный инструмент - наборы такелажного и слесарного инструмента: кувалда, молоток, мушкель такелажный, пробойное зубило, свайка, долото, клещи, просечки, бурав стержневой.

Аварийный пластырь - устройство для временной заделки пробоин в подводной части корпуса судна. По конструкции пластыри подразделяются на мягкие, жесткие и полужесткие. Пластырь представляет собой несколько слоев парусины, обшитой вокруг стальной сетки, деревянного или стального каркаса.

Кольчужный пластырь размером 3х3 или 4,5х4,5 м входит в аварийное снабжение судов неограниченного района плавания длиной более 150 м, кроме танкеров. Состоит из сетки-кольчуги, изготовленной из оцинкованного металлического каната с квадратными ячейками и выполняющей роль основы пластыря. Сетка-кольчуга окантована стальным канатом, соединенным бензелями с ликтросом пластыря. На основу с каждой стороны нанесены по два слоя водоупорной парусины, прошитой насквозь по всему пластырю. Ликтрос пластыря изготовлен из смоляного пенькового каната с четырьмя заделанными по углам каплевидными коушами и с четырьмя круглыми коушами - посередине каждой стороны. К коушам крепятся подкильные концы, шкоты, оттяжки и контрольный штерт. Пластырь обладает высокой прочностью и позволяет закрывать большие пробоины, обеспечивая высокую плотность прилегания.

Облегченный пластырь размером 3х3 м, входит в аварийное снабжение судов неограниченного района плавания длиной 70- 150 м или танкеров независимо от их длины. Состоит из двух слоев водоупорной парусины и прокладки из грубошерстного войлока между ними. (Рис. 2)

Шпигованный пластырь размером 2х2 м входит в аварийное снабжение судов неограниченного района плавания длиной 24-70 м. Состоит из двух слоев водоупорной парусины и наложенного на них по всей плоскости шпигованного мата ворсом наружу, окантован смоляным пеньковым ликтросом с коушами. По всей плоскости выполнена сквозная прошивка с размерами квадрата 400х400 мм.

Учебный пластырь размером 2х2 м имеется на судах для тренировок по заводке пластыря. Он отличается от шпигованного пластыря отсутствием шпигованного мата -- только два слоя водоупорной прошитой парусины, окантованной ликтросом с коушами. При необходимости может использоваться в качестве дополнительного боевого пластыря.

Деревянный жесткий пластырь из двух деревянных щитов с взаимно перпендикулярным расположением досок, между которыми проложен слой парусины. По периметру внутреннего щита пробиты подушки из смоляной пакли и парусины. Размер не превышает размера одной шпации. Заделка пробоины постановкой мягкого пластыря -- надежный способ устранения водотечности, так как пластырь прижимается гидростатическим давлением воды. Недостатки способа: остановка судна, потеря управляемости, а так же - разворот судна лагом к волне, приводящий к заливаемости района работ.

Аварийное снабжение, необходимое для постановки пластыря на пробоину, хранится рядом с ним в аварийном посту или специальном ящике.

Подкильные концы. Изготовляются из стальных тросов или такелажной цепи прочностью на 10% выше прочности ликтроса пластыря. Подкильные концы присоединяются к нижним углам пластыря, проходят под днищем судна и выходят на палубу противоположного борта, имеют на концах коуши.

Шкоты. Изготовляются из растительного троса для всех пластырей, кроме кольчужного, для которого шкоты изготовляются из стального троса. В оба конца шкота вплеснены коуши. Присоединяются подкильные концы и шкоты к пластырю при помощи такелажных скоб. Оттяжки. Изготовляются из растительного, а также из гибкого стального троса. На концах оттяжек должны быть коуши для присоединения скобами к боковым шкаторинам пластыря. Длина каждой оттяжки берется равной двойной длине шкота, но не менее половины длины судна. Оттяжки предназначаются для растяжки и наводки на пробоину кольчужных и облегченных пластырей.

Контрольный штерт из растительного линя закладывается в средний коуш ликтроса при помощи быстроразъемного соединения (гак-храпца) и по длине своей равен длине шкота. Контрольный штерт разбивается через каждые 0,5 м от центра пластыря и маркируется подобно лотлиню. У кольчужных пластырей в качестве контрольного штерта используется средний шкот с указаной маркировкой. Тали для пластырей имеют вертлюжные гаки.

Канифас-блоки. Изготовляются с вертлюжными захватами для крепления на палубе, исключающими возможность самопроизвольного выкладывания.

Список использованной литературы

1. Жинкин В.Б. «Теория и устройство корабля». С-Петербург, Судостроение, 2002.

2. Мирихин Б.В., Жинкин В.Б., Зильман Г.И. «Теория корабля», Л.: Судостроение, 1983.

3. Фрид Е.Г. «Устройство судна», Л.: Судостроение, 1990.

Размещено на Allbest.ru