Чижиумов С.Д. Примеры конструкций судов : Учеб. пособие - файл n1.doc

приобрести
Чижиумов С.Д. Примеры конструкций судов : Учеб. пособие
скачать (11879.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc11880kb.08.09.2012 23:38скачать

n1.doc

  1   2   3   4


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.




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).

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 присваивается класс, который определяется формулой, состоящей из нескольких символов, например,

КМ ЛУ3 I А3 буксир

где 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/:
  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации