Файл: Теория и устройство судна.pdf

44
Рис. 25 Поперечный разрез нефтеналивного судна: 1 – угольник стрингерный,
2 – шпангоут рамный, 3 – переборка продольная, 4 – стойка доковая, 5 – ребро продоль- ное, 6 – карлингс, 7 – бимс рамный, 8 – переборка поперечная, 9 – стойка переборки, 10
– шпангоут, 11 – стрингер бортовой, 12 – шельф, 13 – киль горизонтальный, 14 – киль вертикальный, 15 – флор, 16 – кница скуловая, 17 – пояс скуловой, 18 – распорка, 19 – кница бимсовая, 20 – ширстрек
Наружная обшивка представляет ряд поясьев, состоящих из отдельных листов, расположенных длинной кромкой вдоль корпуса судна. Ширина поясьев – 1,5–2,5 м, а на крупных судах – 3,0–3,2 м.
Длина листов – до 16 м.
Размеры стальных листов наружной обшивки по длине судна неодинакова. В средней части длины корпуса толщина обшивки выбирается из условий обеспечения достаточной прочности и устойчивости листов при продольном изгибе, а также из соображе- ний износа обшивки при эксплуатации судна. К оконечностям об- щая толщина может постепенно уменьшаться на 10–40%, в зависи- мости от длины судна. Некоторые листы обшивки в оконечностях делают толще. Например, утолщенными являются листы обшивки в районе якорных клюзов, в районе установки кронштейнов греб- ных валов и работы гребных винтов. У ледоколов толщины листов носовой оконечности и в районе ледового пояса увеличиваются на
60–80%, а в кормовой оконечности – на 20%.

45
3.1 Прочность корпуса
В процессе эксплуатации корпус судна и отдельные его кон- струкции должны быть достаточно прочны, чтобы в течение задан- ного срока эксплуатации не разрушалась их целостность и форма.
При проектировании судов прочность характеристики корпуса определяется в соответствии с требованиями «Правил классифика- ции и постройки морских судов» Морского Регистра Судоходства.
Прочность корпуса судна – это способность отдельных кор- пусных конструкций, а также всего корпуса судна в целом выдер- живать действие различных эксплуатационных нагрузок, не полу- чая остаточных деформаций и не разрушаясь.
В общем случае на корпус судна действуют силы тяжести, гидростатические и гидродинамические силы, силы инерции, виб- рационные нагрузки, усилия взаимодействия корпуса судна со льдом, усилия, возникающие от навала при выполнении шварто- вочных операций в отрытом море и т.д.
Все эти нагрузки вызывают весьма сложную деформацию корпуса судна, которую принято разделять на общую и местную.
Прочность корпуса при общем его деформировании называют об- щей прочностью судна, а прочность отдельных его конструкций
(борта, палуб, днища и т.д.) при местном деформировании – мест- ной прочностью.
Общую прочность с позиции общей прочности судна рассмат- ривают как пустотелую составную балку, имеющую переменные по длине поперечные сечения и претерпевающую в общем случае де- формации изгиба в горизонтальной и вертикальной плоскостях, деформацию сдвига и кручения. Деформацию корпуса судна в вер- тикальной продольной плоскости принято называть общим про- дольным изгибом, а прочность при общем продольном изгибе – общей продольной прочностью. Поскольку в эксплуатации судно может быть нагружено различными способами, при расчётах необ- ходимо рассматривать самые выгодные с точки зрения прочности случаи.
Правила регистра России требуют обязательно следующие случаи нагрузки для судов различных типов:
– судно в полном грузу с 50% судовых запасов;
– судно в балласте с 50% судовых запасов.

46
Рис. 26 Кривые сил веса (а), сил поддержания (б), нагрузка
(в), перерезывающих сил (г) и изгибающих моментов
Вертикальные нагрузки, т.е. силы веса и силы поддерживания, условно приводятся к плоской системе сил, приложенных в вертикальной плоско- сти, проходящей вдоль судна через середину его ширины. Рассмотрим распределение этих сил по длине судна и результат их действия.
Сила веса по длине судна распределе- ны неравномерно. Их распределение зависит от типа судна, расположения
МКО по длине судна, количества груза в разных грузовых трюмах, количества и распределения судовых запасов и т.д.
При расчётах общей продольной прочности корпус судна по длине раз- бивают на 20 теоретических отсеков.
Подсчитывают вес корпуса, механиз- мов, оборудования, грузов и т.д., при- ходящихся на каждый теоретический отсек, а затем строят график весовой нагрузки. Полученная ступенчатая кривая веса (Рис. 26, а) в отдельном масштабе дает величину интенсивно- сти нагрузки в каждом теоретическом отсеке и характер распределения этой нагрузки по длине судна.
Силы поддержания на тихой воде, величина которых зависит от объёма подводной части корпуса судна, также можно изобразить ступенчатой кри- вой, вычислив значения этих сил для каждого теоретического отсека. Бла- годаря плавности обводов корпуса ступенчатую кривую можно заменить плавной кривой (Рис. 26, б).
Кривые сил веса и сил поддержания строятся в одном масшта- бе. На Рис.26 видно, что силы веса и силы поддержания в одних и тех же теоретических отсеках имеют разную величину и разные знаки. Если их сложить, т.е. наложить эпюру сил поддержания на

47 эпюру сил веса, то оставшиеся неуравновешенные силы с соответ- ствующим знаком и будут являться той нагрузкой, которую должно выдерживать судно – «балка», находясь на тихой воде (Рис. 26, в).
Прогиб, перегиб. Силы поддержания в условиях тихой воды постоянны, а в условиях волнения непрерывно меняются, в зависи- мости от того, на вершине или подошве волны в данный момент находится судно.
Рис. 27 Перегиб
Когда вершина волны находится посредине длины судна и си- лы поддержания сосредоточены в его средней части, то в оконеч- ностях образуется избыток сил тяжести. Судно изгибается средней частью вверх. В этот момент палуба растягивается, а днище – сжи- мается. Происходит перегиб.
В следующий момент судно средней частью попадает на по- дошву волны, силы поддерживания здесь (в средней части судна) уменьшается, но образуется избыток сил тяжести. В этот момент палуба сжимается, а днище – растягивается. Получается прогиб корпуса.
Рис. 28 Прогиб
Местная прочность – это способность корпуса выдерживать нагрузки, действующие на отдельные его перекрытия и связи. Спо- собность балок, составляющих поперечное сечение судна (так

48 называемой шпангоутной рамки), выдержать эти нагрузки называ- ют поперечной прочностью. Иногда расчёты поперечной прочно- сти производят для особых эксплуатационных условий, в которые может попасть судно (например, постановка в док широких судов на малое количество доковых дорожек).
При рассмотрении местной прочности корпус судна следует разбить на отдельные конструктивные элементы – перекрытия, балки, шпангоутные рамки. При расчёте перекрытия полагают, что нагрузка воспринимается наружной обшивкой, затем передаётся балкам главного направления, а те передают её на перекрестные связи.
Местная прочность элементов и конструкций рассчитывается на ту нагрузку, которая характерна для данного участка корпуса судна.
3.2 Системы набора корпуса судна
Корпус судна во всех случаях эксплуатации должен обладать водонепроницаемостью, которая обеспечивается оболочкой и настилом верхней палубы. Водонепроницаемая оболочка корпуса судна, которая вместе с додерживающим её набором образует бор- та, днище и оконечности судна, называются наружной обшивкой судна.
Между собой листы наружной обшивки соединяют сваркой встык. В виде исключения иногда прибегают к клёпке в месте со- единения палубного стрингера с ширстреком. Поперечное соеди- нение листов называется стыками, а продольные пазами.
Ряд листов наружной обшивки судна в продольном направле- нии, имеющих общие стыки, называется поясом наружной обшив- ки.
Участок перехода подводной части от бортов к днищу назы- вают скулой судна, а пояс наружной обшивки в районе скулы – скуловым поясом. Наружную обшивку, расположенную выше ску- лового пояса, называют бортовой, а нижнюю часть обшивки, вклю- чающую листы скулового пояса – днищевой обшивкой.
Пояс наружной обшивки, примыкающий к брусковому килю
(при отсутствии горизонтального киля) называется шпунтовым. На небольших судах вертикальный киль соединяется внизу с утол-

49 щённой полосой, называемой брусковым килем (из бруска или не- скольких полос, подходящих между форштевнем и ахтерштевнем по всей длине судна).
Рис. 29 Элементы обшивки и настилов: 1 – стык, 2 – паз
Верхний пояс бортовой обшивки называется ширстреком.
Центральный пояс днищевой обшивки называется горизон- тальным килем.
Край пояс палубного настила называется палубным стринге- ром. Утолщенные листы наружной обшивки в районе действия ле- довой нагрузки называются ледовым поясом.
Рис. 30 Конструкция брускового киля
Набор корпуса представляет собой каркас из продольных и поперечных металлических балок и рёбер, который придаёт кор-

50 пусным конструкциям судна заданную форму и вместе с обшивкой и настилами обеспечивает им необходимую жесткость и прочность.
Судовыми перекрытием называется система продольных и поперечных связей, поддерживающая пластины обшивки и опира- ющаяся на жесткий опорный контур. Иначе говоря, перекрытием называется совокупность пластины с подкрепляющими её балками.
Различают следующие перекрытия:
Рис. 31 Основные перекрытия корпуса судна: 1 – днищевое, 2 – бортовое, 3 – палубное
В перекрытии обычно несколько более жестких балок, идущих в одном направлении, поддерживают большее количество менее жестких балок другого направления. Первые являются перекрест- ными связями, а вторые балками главного направления.
Балками главного направления в перекрытиях считаются часто расположенные балки одного направления; они могут быть распо- ложены вдоль или поперек судна. Перекрестные связи – это мощ- ные балки, пересекающие и поддерживающие балки главного направления.
В зависимости от ориентации балок главного направления различают продольную и поперечную системы набора судовых пе- рекрытий. Иногда выделяют так называемую «клетчатую» систему, в которой преимущество продольных или поперечных связей труд- но определить.
Следует подчеркнуть, что система набора характеризует пере- крытие в составе корпуса судна, а не корпус в целом, где разные

51 перекрытия могут иметь разную систему набора (что на практике часто и встречаются).
Рис. 32 Днищевое перекрытие танкера
Естественно, что если все перекрытия судна набраны по одной и той же системе, то можно определить и систему набора корпуса в целом; если же система набора перекрытий различна, система набора корпуса будет комбинированной (так называемая «смешен- ная» система). Поперечную систему набора всех перекрытий (а, следовательно, и корпуса) имеют многие суда морского и рыбного флота, в особенности небольшого размера.
Что касается только продольной системы набора корпуса, то таких судов в гражданском флоте практически не существует. Даже если у какого-либо судна не только днище и палуба, но и борт набраны по продольной системе, всё равно оконечности будет иметь поперечную систему набора.
При поперечной системе набора балки главного направления идут поперек судна (от борта к борту на днищевых и палубных пе- рекрытиях; или от днища к палубе на бортовых перекрытиях). Пе- рекрестные связи располагают вдоль судна. Поперечная система набора выгодна на небольших или относительно коротких судах, где продольные изгибающие моменты сравнительно невелики, и большое значение имеет поперечная прочность.
При увеличении размеров судна и отношения длины корпуса судна к высоте борта становится все труднее обеспечить продоль- ную прочность и жесткость корпуса, так как толщина наружной обшивки возрастает, и масса корпуса увеличивается. Поперечная система набора верхней палубы и днища становится невыгодной.

52
Рис. 33