Креслення поздовжнього розрізу судна

ЕПЮРА ЄМНОСТІ

Після визначення головних розмірів та коефіцієнтів повноти судна треба перевірити його вантажомісткість. Ця перевірка є остаточною і виконується з достатньою для цього точністю за допомогою епюри ємності.

Епюрою ємності називається крива, по осі абсцис якої відкладають довжину судна, а по осі ординат – площі теоретичних шпангоутів до рівня другого дна, палуби або платформи.

Епюра ємності призначається для розрахунку об’ємів під вантаж, паливо і баласт і абсцис центра ваги. Епюра ємності і поздовжній розріз судна викреслюються з використанням формату А1. Для цього обирають такі масштаби, щоб максимально використати площу креслення.

Поздовжній розріз викреслюється над епюрою ємності. На основній лінії роблять розбивку практичних шпацій, нумерують шпангоути, визначають за Правилами Регістру кількість поперечних перебірок (табл.4.1) і розставляють їх на шпангоути. Потім визначають висоту другого дна, палуб і платформ.

Таблиця 4.1. Загальна кількість перебірок, включаючи перебірки фор- і ахтерпіка на суховантажних суднах.

Довжина судна, м	до 65	65–85	85–105	105–125	125–145	145–165	165–185
Положення МВ	Середнє
Кормове

Шпації обираються відповідно до вимог Правил Регістру:

– у форпіку та архтерпіку – 600 мм;

– перехідна шпація між перебіркою форпіка і перерізом 0,2L до корми від носового перпендикуляра – 700 мм;

– на решті довжини судна – за формулою, м

a = 0,002L + 0,48 ± 25 % але не більше 1 м.

На суховантажних суднах перебірки розставляються наступним чином:

– положення перебірки форпіка визначається його довжиною lф = 0,05L від носового перпендикуляра;

– положення перебірки ахтерпіка визначається за умови забезпечення зручності обслуговування сальника дейдвудної труби – це становить приблизно
lа = 0,06L від кормового перпендикуляра;

– положення носової перебірки машинного відділення визначається його довжиною від перебірки ахтерпіка. Довжина МВ визначається за прототипом в залежності від довжини головного двигуна lгд

;

– решта перебірок розставляється так, щоб об’єми трюмів були приблизно рівними, за винятком носового, який повинен бути на 15...20 % меншим ніж інші. При середньому розташуванні МВ – теж саме відносно кормового трюму;

– довжина будь-якого відсіку не повинна бути більшою 30 м.

Перебірки форпіка, ахтерпіка і машинного відділення на наливних суднах встановлюються аналогічно суховантажним суднам. Решта перебірок встановлюється відповідно до регламентованої Правилами довжини відсіку в залежності від наявності поздовжніх перебірок і довжини судна:

lвідс £ 0,1L – за відсутності поздовжніх перебірок;

lвідс £ 0,15L – за наявності однієї поздовжньої перебірки;

lвідс £ 0,2L – за наявності двох поздовжніх перебірок.

При цьому відстань між сусідніми перебірками, враховуючи відбійні, не повинна перевищувати 16 м (на поздовжньому розрізі відбійні перебірки не викреслюються). Число поздовжніх перебірок встановлює проектувальник за умов забезпечення остійності.

Висота трюму суховантажного судна не повинна бути більше 6 м з тим, щоб попередити руйнування нижніх шарів вантажу.

Для забезпечення можливості роботи у твіндеках автонавантажувачів висота твіндеку не повинна бути меншою 3 м.

Висота платформи диптанка обирається в залежності від його об’єму. У диптанку відсутнє друге дно.

Наливні судна завжди однопалубні. У трюмній частині вони можуть мати вантажне насосне відділення, яке розташовується поруч з МВ, і два відстійних танки загальною ємністю 2...3 % від повної вантажомісткості.

Певна кількість поперечних і поздовжніх перебірок, а також палуб і платформ утворюють трюми, твіндеки, танки, диптанки, форпік, ахтерпік, машинне відділення, вантажне насосне відділення, цистерни подвійного днища. Крім цього, на сучасних танкерах передбачається розташування танків ізольованого баласту (ТІБ), а іноді замість поздовжніх перебірок – ще і підпалубні цистерни для зменшення ширини вільної поверхні вантажу.

4.2 Креслення епюри ємності і розрахунки по ній. Таблиця ємності

Епюра ємності викреслюється під поздовжнім розрізом судна у такому масштабі площ, щоб лінія площ теоретичних шпангоутів по верхню палубу була якомога ближче до основної лінії корпусу. Масштаб площ і лінійний масштаб повинні бути зручними для користування. Відкладені площі теоретичних шпангоутів сполучаються пологою лінією, яка утворює епюру ємності. Лінії поперечних перебірок з поздовжнього розрізу переносяться на епюру ємності і виділяють окремі відсіки, приміщення, цистерни тощо.

Крім надписів найменувань приміщень на епюрі проставляють значення теоретичного об’єму Wт і об’єму під вантаж Wв у кожному приміщенні під вантаж, паливо або баласт у вигляді .

Об’єм під вантаж визначають як Wв = Wт kв, де kв – коефіцієнт використання теоретичного об’єму під вантаж.

Для УСВ приймають – kв = 0,9...0,92, для наливних суден – kв = 0,95, для цистерн – kв = 0,98.

Епюра ємності з поздовжнім розрізом з усіма надписами і розмірами на ній наведена на рис. 4.1.

Розрахунок об’ємів і абсциси центра об’ємів виконується наступним чином. Будь-яке приміщення, зображене на епюрі ємності, розбивається на елементарні фігури – прямокутники і трикутники. Сума площ цих фігур дає об’єм приміщення, а сума їх статичних моментів, поділена на загальну площу, дає абсцису центра об’єму відносно обраної осі I-I. Якщо до розрахункової абсциси додати її відстань до мідель-шпангоута, то будемо мати абсцису центра об’єму, або центра маси вантажу для цього об’єму. Схема розрахунку наведена на рис. 4.2.

Площі визначаються: ; ; .

Величини lвідс, а1, а2 і a3 підставляються в формули у натуральному вигляді. Абсциса центра ваги визначається як

Аплікати центрів об’ємів розраховуються по двом поперечним перерізам для носової і кормової перебірки відсіку, які викреслюються в масштабі по ординатам теоретичного креслення. На перерізах наноситься положення другого дна, палуб і платформ. Частини площ у межах трюму твіндека або диптанка поділяються на елементарні фігури, розраховуються їх площі і статичні моменти площ відносно основної лінії – рис. 4.3. Аплікати площ перерізів у межах трюму або твіндека отримують діленням суми статичних моментів площ на їх суму ( і ).

Рис. 4.2. Схема розрахунку площ і абсцис х' відносно осі I-I

Рис. 4.3. Схема розрахунку аплікати центра відсіку zвідс. по двох поперечних перерізах
а) – носова перебірка; б) – кормова перебірка; в) – схема визначення аплікати центра об’єму zвідс

Після цього на кінцях відрізку АВ, який визначає у масштабі довжину відсіку, встановлюють перпендикуляри, на яких відкладають відповідні аплікати з носового перерізу і з кормового і кінці їх з’єднують прямою. Від кормової (носової) перебірки відкладають абсцису х' і встановлюють перпендикуляр до перетинання з лінією, яка з’єднує кінці аплікат. Виміряна на ньому величина і буде аплікатою центра відсіку zвідс.

Дещо простіше можна розрахувати аплікату об’єму відсіку по одному поперечному перерізу, побудованому на відстані х' від кормової (носової) перебірки в залежності від того, яка з них використовувалася як вісь порівняння (I-I рис.4.2). Апліката центра, розрахована по цьому перерізу, буде аплікатою центра об’єму відсіку.

Розраховані об’єми і координати центрів об’ємів записуються у таблицю ємності судна у тому порядку, який наведений в табл. 4.2.

Таблиця 4.2. Таблиця ємності відсіків суховантажного судна.

№з/п	Назва приміщення і район розташування, шп.	Теоретич-ний об’єм, м3	Перехідний коефіцієнт, k	Об’єм під вантаж, м3	Плече, м
х	z
. .	Трюм №1 (10-25 шп.) Твіндек №1 (10-25 шп.) . .		0,9-0,92 0,9-0,92
	Сума	S1		S2
. .	Вантажний люк №1 (15-20 шп.) Вантажний люк №2 (30-40 шп.) .
	Сума	S1		S2

Продовження табл. 4.2

№з/п	Назва приміщення і район розташування, шп.	Теоретич-ний об’єм, м3	Перехідний коефіцієнт, k	Об’єм під вантаж, м3	Плече, м
х	z
. .	Цистерна днищова №1 (10-25 шп.) Цистерна днищова №2 (25-35 шп.) .		0,98   0,98
	Сума	S1		S2
. .	Форпік (5-10 шп.) Ахтерпік (130-140 шп.) ..

За наявності диптанка або бункерів вони записуються в таблицю після ахтерпіка і суми об’ємів по ним не підраховуються.

Для наливних суден після днищових цистерн записуються танки ізольованого баласту. Їх об’єми підсумовуються окремо.

Контрольні запитання

Які розрахунки і як виконуються по епюрі ємності?

Від чого залежить кількість водонепроникних перебірок на суховантажному і наливному суднах?

Від чого залежить і як розраховується довжина машинного відділення?

Як розраховується апліката центра об’єму відсіку?

5. ЗВ’ЯЗОК МІЖ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРОЕКТОВАНИХ СУДЕН І ОПОРОМ ВОДИ

Проектувальник повинен уміти обрати елементи судна, які забезпечують окрім усього іншого мінімальну потужність ЕУ, і при цьому мати чітку уяву про те, до яких наслідків може привести зміна попередньо обраних елементів.

Як відомо, опір води R рухові судна складається з опору тертя Rт, опору форми Rф і хвильового опору Rхв [15]

R = Rтр + Rф + Rхв.

При розрахунках опору його звичайно розбивають на дві складові частини – опір тертя Rт і залишковий опір Rз

R = Rт + Rз.

Слід зауважити, що, як відомо, у тихохідних суден у загальному опорі в процентному відношенні переважає опір тертя; а у швидкохідних внаслідок підвищення хвильового опору, – залишковий.

5.1 Взаємний зв’язок елементів судна і опору тертя.

Як відомо, формула для визначення опору тертя має вигляд [15]

.

Значення густини води r і швидкості руху v не залежить від форми судна, тому впливати на опір тертя можна тільки за рахунок коефіцієнта тертя zf = f(Re) і змоченої поверхні Ω.

При варіюванні елементів судна його довжина змінюється не більше ніж на 15...20 %, що визначає відносну сталість чисел Рейнольдса Re. Крім того, залежність zf від Re достатньо слаба, що дає можливість приймати zf = idem для усіх варіантів проекту.

Тому можна записати, що Rт = f(Ω), а сама змочена поверхня Ω за формулою Тейлора визначається, як , де k – числовий коефіцієнт, D – водотоннажність, L – довжина судна.

Використовуючи формулу для відносної довжини можна записати, що L = lD1/3, тоді Ω = kl1/2D2/3.

У цьому випадку для двох варіантів проекту судна, один з яких позначимо індексом "нуль", у припущенні, що D = D0 = idem, є справедливим відношення

5.1

Користуючись цим співвідношенням, можна записати ланцюжки взаємозв’язків [2], які наочно вказують на залежність Rт від елементів проекту судна:

d­ ® l¯ ® Ω¯ ® Rт¯;

L/B­ ® l­ ® Ω­ ® Rт­;

B/T­ ® l­ ® Ω­ ® Rт­.

Таким чином, аналіз приводить до висновку, що найбільш значущою у даному випадку є залежність (див. 5.1)

Rт = f(Ω) = f(l) = f(L/B).

5.2 Взаємний зв’язок елементів судна і залишкового опору

У попередніх розділах урахування вимог до ходовості визначалося вибором значень l і L/B. Взагалі цих параметрів замало, бо в різних діапазонах чисел Фруда Fr діють різні закономірності впливу параметрів форми корпусу на залишковий опір. Для пояснення цих закономірностей поділимо усі судна на 3 групи [3] (рис.5.1.)

I група суден – тихохідні судна з Fr < 0,25.

ІІ група – середньошвидкісні судна з 0,25 < Fr < 0,35.

ІІІ група – швидкохідні судна з Fr > 0,35.

Рис.5.1. Швидкісні режими і приблизні межі Fr.

Для суден різних призначень діапазони швидкостей у вузлах можна показати наступним чином:

Компоненти залишкового опору (опір форми і хвильовий опір) не можуть бути відображені простими одночленними залежностями від елементів судна. У цьому випадку треба використовувати положення і рекомендації гідромеханіки.

Основним компонентом опору форми Rф є опір, обумовлений появою вихорів у кормі під час порушення ламінарного обтікання корпусу. Геометричним параметром, який визначає інтенсивність вихороутворення, є кривизна кормових гілок ватерліній, яка безпосередньо пов’язана з довжиною кормового загострення Lк (рис. 5.2).

Для визначення мінімального допустимого значення Lк, який гарантує відсутність інтенсивного вихороутворення, використовується формула Бекера [2]

Рис. 5.2.Схема визначення загострення кінцевих частин.
Lцил – довжина циліндричної вставки; Lк, Lн – відповідно довжина кормового і носового загострення.

Відносна мінімальна довжина кормового загострення Lк пов’язана з основними елементами судна

.

Таким чином ,

при чому, якщо ,

,

.

Знання цих співвідношень дозволяє виконати найбільш придатним способом умову, згідно з якою довжина кормового загострення повинна бути більшою мінімально допустимого її значення.

Друга складова опору форми обумовлена опором носової підпірної хвилі. Для зменшення цього опору треба відпрацьовувати форму носової кінцевості судна, шляхом зміни її загостреності в районі вантажної ватерлінії та використання носового бульба.

Для тихохідних суден хвильовий опір практично відсутній, а залишковий опір складається тільки з опору форми Rф, який залежить в основному від коефіцієнта поздовжньої повноти j і в меншій мірі – від відносної довжини судна l.

Так, наприклад, при Fr = 0,24 і відносній довжині l = 6,29 (див. рис.5.3) збільшення j від 0,68 до 0,75 (на 12 %) приводить до збільшення zз на 95 %. При збільшенні відносної довжини від l = 5,5 до l = 6,29 (на 15 %) опір зменшується на 2 % [3] (див. рис. 5.4).

Рис.5.3. Залежності zз = f(Fr, j) при B/T = 2,25 і l = 6,29

Рис.5.4. Криві zз = f(Fr, l), B/T = 2,25

Зазначене вище дає змогу приймати для тихохідних суден порівняно немалі значення відносної довжини для того, щоб зменшити змочену поверхню і опір тертя. При цьому майже пропорційно зменшуються витрати на побудову судна.

У середньошвидкісних суден (Fr = 0,25...0,35) зміна j і l викликає більш істотний вплив на zз.

У швидкісних суден при Fr ³ 0,40 zз в основному залежить від l, а зміна j чинить малий вплив на zз.

Друга особливість кривих залишкового опору полягає у тому, що зі зменшенням повноти судна j несприятливий вплив інтерференції корабельних хвиль зменшується. Тому на практиці доводиться вибирати коефіцієнти d і j так, щоб у найбільшій мірі зменшити шкідливий вплив інтерференції хвиль.

Третя особливість суден різних швидкісних груп зводиться до наступного. З гідродинамічної точки зору вигідно проектувати обводи тихохідних суден, концентруючи водотоннажність у середній частині судна і загострюючи кінцевості. Відповідно до цього коефіцієнти b стають близькими до одиниці, а j і d такими, що мало відрізняються один від одного.

Для зниження опору середньо- та високошвидкісних суден вигідно розподіляти водотоннажність по всій довжині судна при зміщенні центра величини до корми від міделя. У даному випадку коефіцієнти d і j будуть значно відрізнятися один від одного.

5.3 Гідродинамічний і проектний підходи до визначення оптимальних елементів судна

Розглянемо вплив зміни елементів проектованого судна [2] на повний опір води його рухові. При цьому будемо виходити з постійності водотоннажності, швидкості руху та відношень L/B i B/T. Як і в попередньому випадку (п. 5.1) величини з індексом "нуль" віднесемо до одного з двох варіантів суден.

Вплив зміни коефіцієнта d на опір тертя буде виражений як

і (5.2)

Звідси видно, що зміна d має незначний вплив на Rт: при Dd = ± 10 % одержуємо DRт = ±1 %. Але спрямованість цього впливу завжди одна і та ж– збільшення d призводить до зменшення Rт і навпаки, тобто

d¯ Rт­

Більш диференційовано слід підходити до аналізу наслідків змінювання d стосовно залишкового опору суден різних швидкісних груп.

Особливістю тихохідних суден є те, що вони мають великі значення коефіцієнта b, близькі до одиниці. Отже , тому вплив d на хвильовий опір рівнозначний впливу j. Зміна d впливає на хвильовий опір через зміну довжини судна і відносної швидкості:

Оскільки зміна d практично не впливає на опір форми, зміну хвильового опору можна ототожнювати зі зміною залишкового опору.

У відносно швидкохідних суден b ¹ 1 і d ¹ j. Але зміна d викликає зміну відносної довжини l, яка суттєво впливає на хвильовий опір. У цьому випадку мають місце такі закономірності:

Оскільки частка хвильового опору у швидкохідних суден значно вища ніж у тихохідних, позитивний вплив зменшення d виявляється для цих суден значно інтенсивнішим.

Вплив зміни відносної довжини судна l на опір має наступний характер. У відповідності з (5.2) збільшення l завжди призводить до збільшення опору тертя

l­ ® Rт­.

Крива повного опору, побудована для тихохідних суден у функції від l, повинна мати мінімум, що підтверджується відповідними розрахунками (рис.5.5)

У швидкохідних суден спостерігається інша картина. У зв’язку з іншим співвідношенням між Rт і Rхв і більш інтенсивним впливом l на Rхв мінімум кривої R = f(l) зміщується в область дуже високих значень l, біля l = 14–15, далеко виходячи за допустимі для проектування межі.

У цьому випадку значення l оптимальні з точки зору прикладної гідромеханіки і проектування суден виявляються несумісними, оскільки не враховується вплив цього параметра на масу корпусу.

Вплив L/B при незмінних значеннях B/T і d повністю збігається з раніше визначеним впливом l на опір судна.

Рис.5.5. Зміна питомого опору в залежності від відносної довжини l

При зміні B/T залишковий опір змінюється з тим же знаком, що і B/T

Крім того, збільшення B/T збільшує опір рухові на хвилюванні. Ці обставини заставляють дуже обережно підходити до збільшення B/T вище необхідного значення за умов забезпечення остійності.

При зміні d, l, L/B і інших елементів судна змінюється не тільки опір води, але і маси деяких компонентів навантаження. З цієї точки зору можна виділити дві основні групи розділів навантаження, які залежать або від опору води R: маси енергетичної установки і палива; маси корпусу Pк (від величини згинального моменту). Вплив таких елементів судна, як, наприклад, d і l на масу цих розділів навантаження може бути представлений таким чином:

Спрямованість цього впливу на розділи навантаження протилежна, тому повинні існувати значення d, l, які будуть відповідати мінімуму кривих D = f(d) і D = f(l) (рис.5.6).

Рис. 5.6. Вплив відносної довжини на складові навантаження і водотоннажність D

Характер кривих на рис.5.6 дає відповідь на питання, чому значення l, оптимальні з точки зору гідромеханіки, не співпадають з прийнятими значеннями l, тобто з такими, які відповідають D _min.

Таким чином, можна зробити висновок про те, що до вибору оптимальних значень елементів проекту судна необхідно підходити комплексно, з системних позицій, враховуючи всі очікуванні наслідки рішень, які приймаються, і їх вплив на техніко-експлуатаційні і економічні показники кожного конкретного судна.

Дата добавления: 2014-01-07