Длина
|
L
|
108,0 м
|
Ширина
|
B
|
14,0 м
|
Высота борта
|
D
|
7,6 м
|
Осадка
|
d
|
5,3 м
|
Коэффициент общей полноты
|
д
|
0,718
|
Дедвейт
|
DW
|
3700 тонн
|
Скорость хода
|
u
|
13 уз
|
Дальность плавания
|
r
|
4000 миль
|
Автономность
|
А
|
40 сут.
|
Экипаж
|
n
|
22 чел
|
Категория ледовых усилений
|
Ice2
|
|
Тип двигателя
|
МОД
|
|
Количество гр. винтов
|
nв
|
1
|
Продольные переборки
|
nпрX lпр
|
1
|
Двойной борт
|
lдб
|
Поверх палубы
|
Тип переборок
|
Гофрированные с непосредственным креплением к второму дну и
палубе
|
Количество марок стали
|
1
|
Рисунок 1 - Общий вид прототипа
Архитектурно-конструктивный тип судна определяется назначением судна:
прежде всего родом груза, который судно должно перевозить, условиями
эксплуатации, особенностями проведения грузовых операций.
Архитектурно-конструктивный тип судна характеризуется совокупностью признаков,
определяющих структуру конструктивного мидель-шпангоута судна:
формой и количеством корпусов;
количеством, расположением и протяженностью надстроек;
положением машинно-котельного отделения (МКО) по длине судна;
высотой надводного борта;
количеством и конструкцией палуб;
системой набора отдельных перекрытий;
числом и степенью раскрытия палуб;
установкой внутренних бортов, продольных переборок;
размерами и общей протяженностью грузовых помещений и др.
Указанные факторы не только формируют структуру конструктивного
мидель-шпангоута, но и определяют прочностные характеристики корпуса и
эксплуатационные качества судна.
Объектом разработки данной работы является танкер-химовоз DW= 3700т.
Судно проектируется на класс Правил РМРС (Российский Морской Регистр
Судоходства) КМ Iсe 2. Район плавания судна: неограниченный.
Длина между перпендикулярами- 108 м; ширина - 14 м; высота борта - 7,6 м,
осадка - 5,3 м.
Танкер представляет собой одновинтовой теплоход с баком, кормовым
расположением машинного, насосного отделений и жилой рубки.
В соответствии с требованиями международных конвенций судно имеет двойное
дно между пиковыми переборками и двойные борта в грузовой части. Его наличие -
важный фактор повышения живучести при повреждении наружной обшивки днища, а
образованные им объёмы междудонного пространства служат ёмкостями для приёма
водяного балласта, хранения топлива.
В районе цилиндрической вставки расположена одна продольная переборка в
ДП. Гофрированная конструкция.
Продольная и поперечные переборки делят грузовые отсеки на 5 танков.
Грузовая часть отделяет от МО и форпика коффердамам (короткими пустыми отсеками
длиной обычно в одну шпацию).
Тип двигателя - МОД. В качестве главного двигателя используется дизель
«МАН» K6SZ52/105CL максимальной мощностью 5300 кВт при 165 об/мин, работающий
на топливе вязкостью 800 сСт непосредственно на винте регулируемого шага.
Электроэнергия вырабатывается валогенератором мощностью 720 кВт, двумя
дизель-генераторами мощностью по 600 кВт и одним аварийным дизель-генератором
мощностью 80 кВт. Валогенератор имеет привод от повышающего редуктора,
установленного на валу главного двигателя. Мощность валогенератора достаточна для
обеспечения электроэнергией потребителей на ходу судна, включая систему
подогрева груза.
. Выбор шпации и система набора
Выбор шпации и системы набора производим согласно Правилам Регистра.
Нормальная шпация (расстояние между балками основного набора) в средней части
судна определяется по формуле:
где:
а0 - нормальная шпация, м; - расчётная длина корпуса судна, м.
В носовой оконечности судна (форпике) и кормовой оконечности (ахтерпике)
шпация должна быть не более 0,6 м, в переходном районе, т.е. между переборкой
форпика и сечением 0,2L в корму от носового перпендикуляра - не более 0,7 м. Во
всех случаях шпация основного набора не должна превышать 1 м.
После определения расчётной шпации необходимо выбрать практическую,
стандартную шпацию из установленного отраслевым стандартом ряда: 0,4; 0,5;
0,55; 0,6; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1 м. В транспортном судостроении
шпацию выбирают по экономическому критерию, т. е. по минимуму суммарных затрат
на материал и изготовление конструкции. Оптимальная шпация обычно превышает
нормальную на 10% и более.
Для заданных исходных данных определяем расчетную нормальную шпацию в
средней части судна
принимаем
практическую шпацию в средней части:
а0
= 0.7м.
В
носовой оконечности судна (форпике) и кормовой оконечности (ахтерпике)
принимаем шпацию: аф = аахт = 0.6 м.
В
переходном районе: ап.р = а0 = 0.7 м;
В
районе машинного отделения принимаем шпацию: ам = 0.7 м;
Исходя
из практики современного судостроения, в отношении конструкции, рамная шпация
на судах в переходном районе принимается равной 2-5 обычных шпаций, для танков
в переходном районе ар.н=2а0.
Система
набора перекрытий в средней части - продольная, в оконечностях - поперечная.
Поперечное сечение проектируемого танкера приведено
Балки
рамного набора устанавливаются через рамную шпацию. Определим размер рамной
шпации для различных районов рассматриваемого судна, приняв ее равной трем
обычным шпациям, т.е.
ар.н.
= 3а0.
Имеем
в
средней части судна и машинном отделении:
ар.н.
ср.ч. = 3а0 ср.ч = 3×0.7 =2,1 ;
в
оконечностях:
ар.н.
окон. = 2а0 окон = 2×0.6 = 1.2 м;
для
танков в переходном районе принимаем шпацию равную 0,7 м ,что дает совпадение с
нормальной шпацией в среднем районе :
ар.н.
п.р. = 2а0 п.р = 2×0.7 = 1.4 м.
Размер рамной шпации необходим при принятии решения о длине отсеков при
расстановке поперечных переборок по длине судна.
3. Деление на отсеки и конструирование поперечного сечения
После выбора практической шпации судна необходимо определить длину
каждого из районов, на которое разделено судно согласно Правилам Регистра.
Район возможного положения пиковых переборок на судне с учётом требований
международных конвенций согласно Правилам Регистра:
оконечностей = (0.05 ¸ 0.08)L, м.
В соответствии с этим принимаем длину форпика:ф £ 0.06L = 0.06×108 = 6,48 м.
Принимаем длину форпика равной 11 шп.
Lф = a ф × nр.шп. ф = 0,6*11 =7,2м.
Принимаем длину ахтерпика равной 9 шпациям:
Lахт= aр.н. ахт.×10 шп. = 0,6*6 = 6
Машинное отделение располагается в корме и длина МО может быть определена
как:
MO = 0.14×L
=0,14*108=15,12
Определим число р. шп. в МО
р.шп. МО = LMO / aр.н. МО = 15,12/1,4 =11 р.
шп.
Принимаем в машинном отделении 11 р. шп. Тогда
MO = aр.н. МО×11 р.шп. = 1,4*11 = 15,4 м.
Длина района переходной шпации:
п..p. » 0.2L - Lфорпика=0.2×108- 7,2=14,4м.
п..p=11*1,4=15,4
Принимаем длину кофердама =1,4п..p.=15,4-1,4=14м-10р.шп
Согласно Правилам [1] длина танка(или расстояние между соседними
водонепроницаемыми переборками ) не должна превышать 0,2Lм:
Длина танков в средней части судна
ср.ч.= L - (Lф + Lп.р + LМО +2* Lкоф +Lахт).
Lср.ч.= 108 - (7,2+14+15,4+6+2*1,4) =62,6м.
Число переборок, включая переборки форпика и ахтерпика не должно быть
менее 6.
Число рамных шпаций на оставшейся длине судна
р шп. ср.ч.= Lср.ч/aр.н.ср.ч.=62,6/2,1=29,8 р.шп
Длинна этой грузовой части =30 рамным шпациям , разместим на ней 4 танка
равных 9 р. шпациям (Lт=9*2,1=18,9м)и перед кормовым коффердамом отстойный
танк (слоп танк)длинной 3 р.шп (Lт=3*2,1=6,3м)
С учетом округлений по числу рамных шпаций длина средней части получается
равнойгр.ч=3*18,9+6,3=63моткорр=108,4
Определение местоположения миделевого сечения:
Теоретическое местоположение мидель-шпангоута находится посередине судна
Устанавливаем водонепроницаемые переборки на границах танках и отсеков и
определяем их положение по длине судна в зависимости от номера шпангоута.
Конструктивные шпангоуты по длине судна располагаются через одну практическую шпацию.
Местоположение начального шпангоута совпадает с носовым перпендикуляром и имеет
нулевой номер, последний находится на кормовом перпендикуляре.
Расположение помещений в привязке к системе практических шпангоутов
приведено в таблице 2 и рисунке 2.
Определяем местоположение миделевого сечения.
Теоретическое местоположение мидель-шпангоута находится посредине длины
судна, т.е.:L/2 = 108,4/2 =54,2 м.
Искомый шпангоут находится в 3 танке.
Номер этого шпангоута: 60,4-54,2=6,2;6,2/0,7=8,8
Ближайший к миделю шпангоут находится на расстоянии 9 шпаций от кормовой
переборки 3 танка.=88-9=79 шпангоут
Ближайший к миделевому сечению шпангоут будет иметь номер 80
Рисунок 2 - Размеры и расположение отсеков по длине судна
Таблица 2 - разбивка судна на отсеки
Наименование отсека
|
Длина отсека, м
|
Число практических шпаций
|
Расположение по длине судна (номера концевых шпангоутов)
|
Отстояние кормовой переборки отсека от носового
перпендикуляра, м
|
Форпик
|
7,2
|
7,2/0.6= 12
|
0 - 12
|
7,2
|
Носовой коффердам
|
1,4
|
1,4/0,7=2
|
12-14
|
8,6
|
1 танк
|
14
|
14/0,7=20
|
14-34
|
22,6
|
2 танк
|
18,9
|
18,9/0,7=27
|
34-61
|
41,5
|
3 танк
|
18,9
|
18,9/0,7=27
|
61-88
|
60,4
|
4 танк
|
18,9
|
18,9/0,7=27
|
88-115
|
79,3
|
Слоп танк
|
6,3
|
6,3/0,7=9
|
115-124
|
85,6
|
Кормовой коффердам
|
1,4
|
1,4/0,7=2
|
124-126
|
87
|
МО
|
15,4
|
15,4/0,7=22
|
126-148
|
Ахтерпик
|
6
|
6/ 0,6= 10
|
148-158
|
108,4
|
ИТОГО
|
108,4
|
158
|
|
|
Исходя из практики современного судостроения в отношении конструкции
нефтеналивных судов, выбираем для проектируемого судна продольную систему
набора для всего корпуса, а также устройство двойного дна и двойных бортов
Радиус закругления скулы определим по формуле:
Принимаем R = 1,9 м.
Высота двойного дна определена по п. 2.4.4.1 Правил [1]:
Принимаем
высоту двойного дна:
По рекомендациям MARROL для танкеров дедвейтом DW≤5000
д.б.=0,4+DW/20000м, но не менее 0,76м.
д.б.=0,9м
Корпус судна должен быть спроектирован на класс ICE2, предполагающий
самостоятельное плавание в замерзающих неарктических морях в мелкобитом
разряженном льду толщиной до 0,55 метра.
Рамные балки набора (вертикальный киль, днищевые стрингеры, рамные стойки
переборок, карлингсы, бимсы, рамные шпангоуты, флоры, бортовые стрингеры и
горизонтальные рамы переборок) в районе танков образовывают замкнутые рамы. При
этом поперечные рамные связи устанавливаются на каждом втором шпангоуте.
Роль рамных шпангоутов выполняют вертикальные диафрагмы, несущих
стрингеров - платформы.
Расстояние между продольными ребрами жесткости по днищу, двойному дну и
палубе - 0,7 м.
Расстояние между горизонтальными ребрами жесткости по вертикальному килю
и стрингерам - 0,7 м.
Согласно требованиям Регистра, расстояние между днищевыми стрингерами при
продольной системе набора не должно превышать 5 м. Принимаем расстояние между
днищевыми стрингерами - 2,8м.
Сплошные флоры в средней части судна устанавливаются через 4 нормальных
шпации, расстояние между ними - 2,8 м.
В машинно-котельном отделении и в носовой оконечности в районе 0,25L
сплошные флоры устанавливаются через 2 нормальные шпации (в МО - 1,4м; в носу
-1,2 м).
Определим систему набора для днищевого, бортового и палубного перекрытия
для 3 танка (61-88шп.) в котором находится мидель-шпангоут.
а) Днище. Конструкция днища - двойное дно. Расстояние между первым и
вторым дном 1 м. Система продольная, шпация 0,7 м. Расстоянием между флорами
2,1м.
Рис. 3. Продольная система набора днища
б) Борт. Конструкция борта - двойной борт. По высоте 1 платформа. Система
продольная, шпация 0,7 м. Рамные шпангоуты расположены в одной плоскости по
сплошным флорам (ар.н.=2,1 м).
Рис. 4. Продольная система набора борта
Рис. 5 Поперечное сечение проектируемого танкера
4. Определение водоизмещения судна
Принимаем дедвейт для проектируемого судна согласно заданию DW =3700т,
который складывается из массы корпуса, надстроек, массы перевозимого груза;
механизмов; силовой установки, грузовых устройств.
Водоизмещение судна теоретическое рассчитываем по формуле:
D = r×сb×L×B×d, м3;
где: r = 1.025 т/м3
- плотность воды;
сb = 0.718 - коэффициент полноты судна;= 108.4 м;
В = 14 м;= 5.3м;
D = 1.025×0,718×108.4×15×5.3=5897,61м3.
5. Выбор судостроительной стали
Для изготовления элементов конструкций корпуса судна применяются
специальные судостроительные стали, изготовляемые под надзором РС.
В качестве основной характеристики прочности стали принимается верхний
предел текучести.
Выбор стали для элементов конструкции корпуса осуществляется исходя из
принятой для данного элемента толщины, расчетной температуры при эксплуатации и
степени ответственности согласно графикам.
В соответствии с заданием рассматриваемое судно проектируется на класс с
категорией ледового усиления Ice2.
Расчетная температура окружающего воздуха для данной ледовой категории
может быть принята равной TA= -10°C.
Толщина связей судов с аналогичными размерениями составляет 10¸15 мм.
Учитывая тяжесть условий эксплуатации судна для изготовления корпусных
конструкций, относящихся к III и II группам ответственности можно прининять
сталь повышенной прочности. Категория стали А. Марка стали А32 с ReH
= 315 МПа.
Для связей I группы ответственности также может быть принята сталь
категории А, A32 с ReH = 315 МПа.
Технические условия на стальной прокат для судостроения, изготовляемый
под надзором РС, определяются межгосударственным стандартом ГОСТ 5521-93.
Толстолистовой прокат марки А32 изготовляют в виде листов и резаных листов
(из рулонов) толщиной 5¸50 мм. Листы толщиной от 4 до 20 мм изготовляют с интервалом 0,5 мм,
свыше 20 мм - с интервалом 1,0 мм.
Технические требования для стали А32:
Химический состав стали А32 по плавочному анализу ковшевой пробы должен
соответствовать, в %, следующим требованиям:
С - не более 0,18; Мn - 0,9-1,6; Si - 0,15-0,50; Р - не более 0,035; S -
не более 0,035; Сr - не более 0,20; Ni - не более 0,40; Сu - не более 0,35; Мo
- не более 0,08;
Аl - растворимый в кислотах - 0,015-0,06; Nb - 0,02-0,05; V - 0,05-0,1.
Раскисление - сталь спокойная.
Механические свойства толстолистового, широкополосного универсального,
полосового и фасонного проката при испытании на растяжение приведены в таблице
3.
Таблица 3 - Механические свойства стали А32
Временное сопротивление Rm, МПа
|
Предел текучести ReН, МПа, не менее
|
Относительное удлинение A5, %, не менее
|
Работа удара KV, Дж, при температуре испытаний -20°С и толщине проката до 50 мм, не
менее
|
440-590
|
315
|
22
|
31
|
В качестве расчетных характеристик материала конструкции корпуса
принимаются:
-
расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям, который
рассчитывается по формуле:
-
коэффициент использования механических свойств стали.
Расчетный
нормативный предел текучести по касательным напряжениям:
6. Конструирование наружной обшивки
Корпус судна - это сложная система, которая может быть разделена на две
структуры: листовую (обшивки, настилы) и балочную (судовой набор). Из листовых
структур особую роль в обеспечении технико-эксплуатационных качеств судна
играет внешняя металлическая оболочка корпуса, состоящая из наружной обшивки
днища и борта и настила верхней палубы. Полотнище обшивки или настила
изготавливают из простых конструкций - металлических листов объединенных в
поясья.
Листы обшивки в поясьях располагают длинной стороной вдоль судна,
последовательно соединяя их между собой короткими сторонами. Размеры листов,
используемых при изготовлении обшивки морских судов колеблются от 1-2,5 м по
ширине до 4-10 м по длине при толщине 8-20 мм. Число типоразмеров листового и
профильного проката, применяемого для изготовления корпуса судна, должно быть
минимальным.