Вопрос 3 Расчет нагрузки судна на начальных этапах разработки проекта

Задачи

1. Рассчитайте массу корпуса траулера полным водоизмещением 700 т.

2. Рассчитайте массу стального корпуса рефрижератора полным водоизмещением 10000 т.

3. Рассчитайте массу оборудования универсального сухогруза полным водоизмещением 15000 т.

4. Рассчитайте массу механизмов (ПТУ) танкера полным водоизмещением 40000 т.

5. Рассчитайте массу груза универсального сухогруза полным водоизмещением 10000 т.

6. Рассчитайте массу топлива траулера полным водоизмещением 400 т.

7. Рассчитайте массу снабжения рефрижератора полным водоизмещением 7000 т.

1. Рассчитайте дедвейт танкера полным водоизмещением 30000 т.
2. Рассчитайте дедвейт траулера полным водоизмещением 3000 т.
3. Рассчитайте дедвейт рефрижератора полным водоизмещением 6000 т.
4. Рассчитайте дедвейт универсального сухогруза полным водоизмещением 8000 т.
5. Рассчитайте запас водоизмещения для траулера полным водоизмещением 900 т.
6. Определите водоизмещение рефрижератора, если Р_кр= 5000т.
7. Определите водоизмещение универсального сухогруза, если Р_ст= 1400т.
8. Определите водоизмещение танкера, если Р_об= 2000т.
9. Определите водоизмещение траулера, если Р_мх= 100т.
10. Определите полное водоизмещение универсального сухогруза, если D_пор=4000 т.
11. Определите водоизмещение танкера, если Р_гр= 21000т.
12. Определите водоизмещение траулера, если Р_тп= 20т.
13. Определите водоизмещение рефрижератора, если Р_сн= 500т.

Расчет нагрузки судна на начальных этапах разработки проекта выполняется укрупненным способом – по составляющим нагрузки проектируемого судна с использованием зависимостей (формул), связывающих массу каждой составляющей нагрузки с характеристиками судна.

Например

Масса составляющей нагрузки	Измеритель	Модуль
Ркр =	gк *	LBH
Рмх =	рм *	N

Измеритель выбирается по статистическим данным или по нагрузке судна-прототипа. При этом очень важен выбор судна-прототипа (или нескольких близких прототипов) и учет его особенностей (так, на массу корпуса оказывает большое влияние использование СПП, категория ледового усиления судна и т.д.).

Определение массы корпуса

На массу корпуса оказывает влияние большое число факторов, поэтому существует большое число расчетных зависимостей с различными модулями и измерителями. Принято эти зависимости делить на 4 группы.

1. Формулы первой группы, наиболее простые (но и грубые), удобны на начальных стадиях проектирования

Р_кр = р_к * D

Р_кр = g_к * LBH

Здесь р_к = 0,20-0,50; g_к = 100-190 – измерители, определяемые по статистическим данным или по судам-прототипам;

LBH – так называемый кубический модуль.

Точнее можно выполнить расчет массы корпуса по составляющим

Р_кр

Р_ст Р_об

Р_ст = р_ст * D Р_об = р_об * D^2/3

Р_ст = g_ст * LBH Р_об = g_об * (LBH)^2/3

2. Формулы второй группы специализированы по типам судов, отличаются тем, что параметры (модули) выбираются в зависимости от типа судов (характерные для данного типа судна).

Например, для универсальных сухогрузных судов

Р_ст = g_ст’ * А₁ * А₂ * А₃ * δ^1/3 * (L/H)^1/2 * LBH²

Здесь g_ст’ – измеритель, определяемый по судну – прототипу;

А₁ – коэффициент, учитывающий конструктивный тип судна (1 – для полнонаборных судов, 0,96 – для судов с избыточным надводным бортом);

А₂ - коэффициент, учитывающий число палуб (1 – одна палуба, 1,6 – две палубы, 1,12 – три палубы);

А₃ - коэффициент, зависящий от длины судна (1 - при L ≥ 70 м, А₃=2,9/L^0,25 – при L< 70 м.).

3. Формулы третьей группы выведены на основе учета требований, предъявляемых к общей прочности судна

Р_ст = g_ст * δ^1/3 * D * L^1/2 * (L/H)

Здесь g_ст – измеритель, определяемый по судну – прототипу.

4. Формулы четвертой группы – постатейный пересчет масс отдельных конструкций – для каждой составляющей по судну – прототипу подбирают модуль и определяют соответствующий измеритель. При этом значительно возрастает трудоемкость расчетов, но и увеличивается точность.

Использование указанных способов определения Р_кр целесообразно осуществлять в следующем порядке:

1. на начальных этапах разработки проекта – по формулам 1 группы (простым), т.к. отсутствуют подробные сведения о проектируемом судне;

2. при сопоставительном анализе вариантов проекта судна – по формулам 2 или 3 группы;

3. для выбранного варианта проекта (с учетом выбранного прототипа) – по формулам 4 группы.

Определение массы механизмов и топлива

К разделу «Механизмы» относятся массы главной и вспомогательной энергетических установок, включая оборудование их помещений, валопровод и движители, а также системы СЭУ.

При определении массы раздела Р_мх исходят из предположения о том, что эта масса пропорциональна мощности главного двигателя (двигателей)

Р_мх = р_мх * N^k

k – в большинстве случаев равен 1, а для установок со сравнительно легкими главными двигателями (паровыми или газовыми турбинами большой мощности) – 2/3.

р_мх – измеритель – удельная масса механизмов зависит от типа и мощности главного двигателя (см. табл. 5).

Таблица 5 Удельная масса различных механизмов

Тип установки	рмх, кг/кВт
Установки с МОД (n=50-350 об/мин)	90 – 110
Установки с СОД (n=350-750 об/мин)	70 – 90
ПТУ	60 – 80
ГТУ	40 - 60

Масса судовых запасов по разделу «Топливо» Р_тп складывается из масс собственно топлива, питательной воды для котлов и смазочного масла. Этот раздел нагрузки зависит от удельного расхода топлива q, мощности N и длительности работы механизмов и может быть рассчитан по формуле

Р_тп = kq(r/v)N

где q – удельный расход всех составляющих топлива (у судов с дизельными СЭУ- 175 – 190 г/кВт-ч);

k – коэффициент морского (эксплуатационного) запаса, вводится для учета дополнительных расходов топлива в рейсе вследствие задержек из-за штормовой погоды, обрастания корпуса и пр. (значения k обычно оговариваются в задании и могут быть равны 1,15 или 1,20.

(r/v) – длительность работы механизмов, ч.

Для некоторых типов судов вводят дополнительные судовые запасы: для обогрева и освещения пассажирских помещений на пассажирских судах, для работы рефрижераторной установки на рефрижераторах, для подогрева и выкачки груза на танкерах и др.

Определение массы снабжения и балласта

Масса снабжения Р_сн складывается из двух частей

Р_сн = Р’_сн + Р’’_сн

Р’_сн – масса экипажа и пассажиров с багажом, запасами пресной воды и провизии, которая определяется в зависимости от комплектации экипажа, пассажировместимости и автономности судна по действующим нормативам (см. табл. 6).

Таблица 6 Нормы снабжения судов

Норма	Значение
Масса одного человека с багажом, кг: члена команды комсостава пассажира круизного судна делового пассажира	100-120 150-180 100-150 150-200
Пресная вода (по требованиям Санитарных правил)^*, л/сутки: питьевая мытьевая на пассажира	50^** 100^**
Запас провизии кг/сутки: члена команды пассажира	2,5-3,5 4 - 5
^*при наличии опреснителя может быть уменьшено ^** минимально

Р’’_сн – масса инвентарного снабжения и расходных материалов – предметы оборудования и имущества (брезенты, тросы, плотницкий и слесарный инструмент, камбузное, каютное и прочее снабжение; топливо и масло для катеров и шлюпок, краски, лекарства и т.д.). Определяется по данным судна-прототипа или рассчитывается пропорционально водоизмещению

Р’’_сн = р’’_сн * D^2/3

Масса балласта Р_бл определяется расчетом остойчивости и посадки судна.

Обеспечение запаса водоизмещения и запаса остойчивости

В процессе расчетов нагрузки возможны неточности, при разработке проекта и постройке судна могут появиться неучтенные ранее в нагрузке элементы (конструкции, механизмы, предметы оборудования). Фактические массы поступающего на судно оборудования могут отличаться от проектных значений. Это обычно приводит к утяжелению судна. Чтобы избежать увеличения водоизмещения судна по сравнению с расчетным значением в нагрузку вводится специальный раздел «Запас водоизмещения» - Р_зв – фиктивная масса.

Величина запаса водоизмещения зависит от стадии проектирования(по ходу разработки проекта она уменьшается) и наличия или отсутствия близкого прототипа.

На начальных стадиях разработки проекта удобнее пользоваться следующей зависимостью

Р_зв = р_зв * D

где р_зв = 0,010 – 0,015

При расчетах по близкому судну-прототипу можно использовать формулу

Р_зв = р’_зв * D_пор

Таблица 7 Значения измерителя р’_зв

Этап разработки проекта	Dпор
100-1000 т	1 – 100 тыс.т	>100 тыс.т
Техническое предложение	2,5-2,0	2,0	1,5
Эскизный проект	2,0-1,5	1,5	1,0
Технический проект	1,5-1,0	1,0	0,8

Указанная перегрузка обычно приводит к снижению остойчивости судна. Поэтому в расчет вводится так называемый запас остойчивости Δh, т.е. ЦТ судна искусственно повышается на величину Δh, которая принимается равной 10-25 см (при разработке проекта с использованием близкого прототипа) или 20-35 см (при отсутствии прототипа). Положение ЦТ запаса водоизмещения по длине и ширине судна совмещают с ЦТ водоизмещения порожнем.

Контрольные вопросы

1. Что такое модули и измерители масс?

2. В чем достоинства и недостатки постатейного пересчета массы корпуса?

3. Для чего в расчеты нагрузки вводят запас водоизмещения?

4. Как обеспечивается запас остойчивости проектируемого судна?

Дата добавления: 2014-12-16