Системы набора корпуса судна

Системы набора корпуса судна.

 

1. Понятие общей и местной прочности корпуса судна.

Ранее было рассмотрено действие на судно сил при плавании на волнении. При таких условиях плавания возникает дополнительная внешняя нагрузка на корпус судна, вызывающая его деформацию. Конструкции корпуса также воспринимают различные местные нагрузки, деформирующие их. Например, набор и настил палубы воспринимают вес расположенных на палубе грузов, днище и борта – давление забортной воды и т.д.

Деформацию корпуса и его составных элементов принято разделять:

- на деформацию общего изгиба в продольной и поперечной плоскостях;

- на местные деформации составных элементов корпуса.

Соответственно рассматривают:

- общую продольную прочность корпуса судна;

- общую поперечную прочность корпуса судна;

- местную прочность корпуса судна.

Прочностью корпуса судна называют его способность противостоять внешним усилиям, возникающим в процессе эксплуатации судна, без нарушения целости как всего корпуса, так и отдельных его конструктивных элементов.

Прочность корпуса обеспечивается его конструктивными элементами.

 

2. Основные конструктивные элементы корпуса судна.

Большинство транспортных судов в конструктивном отношении представляют собой сочетание собственно корпуса судна и надстроек, размещаемых на нём.

Корпус стального судна – это тонкостенная водонепроницаемая оболочка формы, симметричной относительно ДП. Она подкрепляется изнутри балками и рамами и разделяется палубами, платформами, продольными и поперечными переборками.

 

Внешняя непроницаемая поверхность корпуса образуется наружной обшивкой. Наружная обшивка в сочетании с подкрепляющим её набором подразделяется на отдельные перекрытия:

- палубы;

- днище;

- борта.

Главная (или верхняя) палуба замыкает корпус судна в единую водонепроницаемую конструкцию.

На некоторых судах устанавливаются одна или несколько промежуточных палуб, а также второе дно.

 

Горизонтальные перекрытия – палубы, платформы, второе дно – принято называть настилами.

Конструктивные элементы (балки), подкрепляющие обшивку и настилы, в зависимости от их ориентации к судну подразделяют на продольные и поперечные.

Совокупность продольных и поперечных конструктивных элементов (балок) принято называть соответственно продольным и поперечным набором.

 

Конструктивные элементы продольного набора.

Днищевые и бортовые продольные балки носят название днищевых и бортовых стрингеров. Центральный стрингер, проходящий вдоль всего судна в ДП, именуют вертикальным килем. Продольные мощные подпалубные балки называют карлингсами.

 

Конструктивные элементы поперечного набора, лежащие в плоскостях шпангоутов, объединяют в шпангоутные рамы.

Шпангоутная рама:

3 – флор; 7 – шпангоут; 8 – кница; 10 – бимс; 13 - пиллерс

 

Подпалубные элементы шпангоутной рамы называют бимсами, днищевые – флорами, бортовые – шпангоутами. Жёсткость шпангоутных рам обеспечивается связыванием элементов рамы в углах с помощью книц – накладок различной конфигурации. Наличие таких жёстких узлов связи обеспечивает совместную работу всех балок рамы. Кницы устанавливаются в местах соединения шпангоутов с бимсами, а иногда и шпангоутов с флорами.

Шпангоутные рамы устанавливаются параллельно друг другу вдоль судна на расстоянии шпации. Шпация (или практическая шпация) в отличие от теоретической шпации теоретического чертежа выбирается исходя их условий прочности судна. Её величина зависит от размеров судна и определяется в соответствии с требованиями правил РМРС.

Для уменьшения пролётов палубных перекрытий в судовых конструкциях используют вертикальные стойки – пиллерсы.

Конструкции, ограждающие люковые вырезы в палубах, называют комингсами.

 

3. Системы набора корпуса.

Пересекающиеся конструктивные элементы (балки) набора днищевого, бортовых и палубных перекрытий разбивают каждое перекрытие в общем случае на прямоугольные панели, ориентированные своими длинными сторонами либо вдоль (рис. а), либо поперёк судна (рис. б).

Принято считать, что в первом случае перекрытие имеет продольную систему набора, а во втором – поперечную систему набора. В некоторых случаях указанные прямоугольники могут оказаться близкими к квадратам (рис. в). Такую систему набора называют клетчатой.

Среди пересекающихся балок набора перекрытий различают балки главного направления и перпендикулярные им перекрёстные связи. Балки главного направления определяют систему набора каждого перекрытия: при продольной системе набора их располагают вдоль судна, при поперечной – поперёк судна. Перекрёстные связи служат, как правило, для поддержания балок главного направления, и число их относительно невелико.

Система набора перекрытий определяет систему набора корпуса в целом, т.е. различают продольную систему набора корпуса и поперечную систему набора корпуса. Помимо них получила распространение смешанная система набора корпуса, при которой обычно палубу и днище выполняют по продольной системе, а борта – по поперечной.

 

 

Основной недостаток поперечной системы набора современных судов заключается в том, что при расположении длинных сторон балок днищевых и палубных перекрытий поперёк судна трудно обеспечить их устойчивость под действием сжимающих напряжений от общего изгиба корпуса.

Однако и продольная система набора в применении к транспортным грузовым судам имеет ряд недостатков. Так, сокращение числа флоров и бимсов приводит к уменьшению поперечной прочности корпуса, в связи с чем приходится устанавливать больше поперечных переборок, а следовательно, и увеличивать число грузовых люков, что для сухогрузного судна нежелательно. На судах с концентрированными нагрузками на днище (руда, металл) продольная система набора с широко расставленными флорами может оказаться недостаточно жёсткой.

И всё же корпус, набранный по продольной системе набора, легче корпуса, набранного по поперечной системе, главным образом потому, что при большем числе продольных балок наружная обшивка, настилы палуб и внутреннего дна эффективнее вовлекаются в работу при общем изгибе корпуса.

С учётом преимуществ и недостатков продольной и поперечной систем набора корпуса транспортных судов (сухогрузных и наливных) набирают преимущественно по смешанной системе.

При этом днище и палубы с целью наилучшего обеспечения общей продольной прочности выгодно набирать по продольной системе, а бортовые перекрытия (поскольку длина трюма обычно больше его ширины) – по поперечной системе с большим числом вертикальных шпангоутов. В этом случае бортовой набор лучше сопротивляется местным нагрузкам, которым чаще всего подвергаются борта судна.

 

3. Наружная обшивка днища и бортов, настил палуб.

Наружная обшивка корпуса судна выполняется из отдельных листов и состоит из обшивки бортов, верхней палубы и днища. Наряду с обеспечением водонепроницаемости корпуса наружная обшивка играет важную роль в обеспечении общей и местной прочности судового корпуса совместно с подкрепляющими её балками. В зависимости от нагрузки на ту или иную часть корпуса, наружная обшивка выполняется из листов различной толщины. На выбор её толщины влияют также опасность повышенного износа и местной коррозии листов.

Обшивка днища, бортов, палуб и платформ формируется из сваренных встык листов, расположенных, как правило, вдоль судна. Такие конструкции принято называть поясьями. Соединения поясьев между собой называют пазами, а соединение листов в каждом поясе – стыками. Поясья наружной обшивки носят специальные названия:

- бортовой пояс в районе переменной ватерлинии называют ледовым поясом. Он выполняется обычно из листов повышенной толщины;

- верхний бортовой пояс, примыкающий к верхней палубе, носит название ширстрек. Он также выполняется из листов повышенной толщины для обеспечения общей продольной прочности корпуса;

- в районе скулы судна располагается скуловой пояс; он соединяет днищевую и бортовую части обшивки;

- в ДП судна по днищу проходит горизонтальный киль. Его приваривают перпендикулярно вертикальному килю судна.

 

Обшивка палубы обеспечивает водонепроницаемость корпуса сверху и участвует в обеспечении продольной и местной прочности судна.

Обшивка верхней палубы:

1 - люковый вырез; 2- палубный стрингер; 3 - поясья палубного настила

 

Стальные листы обшивки палубы располагаются длинной стороной вдоль судна, параллельно диаметральной плоскости. Крайние поясья левого и правого бортов, примыкающие к борту (к ширстреку), называются палубными стрингерами.

Для листов наружной обшивки используют стальные листы стандартных размеров (1,6×6,0 м; 4,5×16,0 м; 3,2×14,0 м).

В оконечностях судна ширина некоторых поясьев уменьшается. При чрезмерном сужении отдельные поясья обрывают; такое место в обшивке называют потеряем.

 

 

4. Особенности набора оконечностей судна.

Оконечности судна представляют собой сложные конструкции с разнообразными функциями. В оконечностях размещают различные цистерны и помещения, устанавливают оборудование и судовые устройства. Геометрическая форма оконечностей, как правило, очень сложная, диктуется условиями ходкости, мореходности, особенностями движителей и рулевого устройства. В конструктивном отношении оконечности судна должны обеспечивать постепенный переход от штевней к средней части корпуса, а также крепление продольных балок судового набора.

 

Особенности набора форштевня.

Носовая оконечность судов заканчивается форштевнем, к которому крепятся обшивка и вертикальный киль.

Конструкция носовой оконечности судна:

1 - бортовой стрингер; 2 - форпиковая (таранная) переборка; 3 - настил диптанка; 4 - вертикальный киль;

5 - платформа; 6 - форштевень; 7- верхняя палуба; 8 - палуба бака; 9 - стенка цепного ящика;

10 - отбойная переборка в ДП; 11 - основной шпангоут; 12 - промежуточный шпангоут; 13 - бимсы;

14 - промежуточный ряд бимсов между бортовыми стрингерами (холостые бимсы); 15 – кница; 16 - брештук

 

Внутри форпика устанавливают несколько платформ, служащих опорами для форштевня. Между платформами устанавливаются горизонтальные фигурные пластины, называемые брештуками, к которым крепятся бортовые стрингеры.

Носовая оконечность ограничивается поперечной таранной переборкой. Внутри носовой оконечности размещается цепной ящик.

 

Конструкция форштевня во многом определяется назначением судна. Форштевни исполняются литыми, коваными, сварными или комбинированными (лито-сварными).

Сварные форштевни выполняют из гнутых листов, подкрепляя их горизонтальными бракетами (брештуками), согласованными с набором носовой оконечности

На судах с бульбовыми наделками конструкция носовой оконечности существенно осложняется.

Бульб выполняется в виде вытянутого или полусферического тела, обшивка которого подкрепляется внутри шпангоутами, вертикальными и горизонтальными диафрагмами. В отдельных случаях бульб выполняется в виде отдельной конструкции, привариваемой к носовой оконечности.

Самостоятельная конструкция бульба, присоединяемая к носовой оконечности судна:

1 - форштевень; 2 - продольная переборка бульба; 3 - обшивка бульба; 4 - стрингер бульба;

5 - вертикальная диафрагма; 6 - распорка; 7 - шпангоут бульба; 8 - разделительная переборка цепного ящика;

9 - переборка форпика; 10 - главная палуба; 11 - бимс

 

Конструкция кормовой оконечности судов во многом зависит от количества гребных валов и рулей, а также от архитектурного типа кормы.

У одновинтовых судов в районе расположения дейдвуда устанавливают поперечные переборки с уменьшенной шпацией, выполняющие роль диафрагм. Аналогично подкрепляется обшивка в районе подзора кормы и в месте расположения руля.

Кормовая оконечность с дейдвудом, старнпостом и опорами для пера руля и ледовым зубом:

1 - ахтерштевень; 2 - яблоко ахтерштевня; 3 - старнпост; 4 - гельмпортовая труба; 5 - ледовый зуб; 6 - транец;

7 - бимс; 8 - ахтерпиковая переборка; 9 - дейдвудная труба; 10 - киль; 11 - башмак; 12 – пятка

 

На двухвинтовых судах гребные валы проходят через специальные подкрепления – мортиры. В месте выхода валов из корпуса судна имеются выкружки. Внутри каждой выкружки размещён дейдвудный подшипник.

Устройство мортир двухвальной установки: 1 - мортира; 2 - кронштейн	Различные формы мортир двухвинтового судна: 1 - кронштейн; 2 - подшипник вала; 3 – выкружки

 

 

Ахтерштевень одновальных судов – мощная литая или сварная конструкция, играющая важную роль в обеспечении местной прочности кормовой оконечности судна. К ахтерштевню крепят руль и кормовой конец дейдвудной трубы. На рисунке показан литой ахтерштевень одновинтового судна, образующий замкнутую раму.

Ахтерштевень одновинтового судна:

1 - старнпост; 2 - яблоко; 3 - подошва; 4 - пятка;

5 - рудерпост; 6 - петли руля; 7 - окно; 8 – арка

 

Передняя часть рамы называется старнпостом, задняя – рудерпостом, верхняя – аркой, нижняя – подошвой. В старнпосте на уровне линии вала делается утолщение – яблоко, в отверстие которого пропускают конец дейдвудной трубы. Рудерпост имеет петли и пятку, на которые навешивается руль. Подошва ограждает гребной винт от удара о грунт и другие препятствия. Винт располагается в окне ахтерштевня.

На двухвинтовых судах ахтерштевни служат только для поддержания руля и обеспечения прочности кормовой оконечности судна, поэтому их конструкция более проста.

 

 

 

 

5. Особенности днищевого набора машинного отделения.

Конструкция днища в МО во многом зависит от мощности устанавливаемого на судне главного двигателя. С увеличением размеров судов осложняется центровка валопровода из-за деформаций днищевых перекрытий. Для обеспечения необходимой жёсткости конструкции увеличивают размеры вертикального киля, днищевых стрингеров и флоров.

Днищевое перекрытие воспринимает при качке местные инерционные нагрузки от двигателя через фундаментную раму.

Установка фундамента под главный двигатель в МО:

1 - ширстрек; 2 - кница; 3 – настил палубы; 4 – ребро жёсткости палубы; 5 - карлингс; 6 – карлингс-комингс;

7 – карлингс-бимс; 8 – шахта МО; 9 - рамный бимс; 10 - пиллерс; 11 - рамный шпангоут;

12 - обыкновенный шпангоут; 13 - бортовой стрингер; 14 – настил второго дна; 15 - днищевые стрингеры;

16 - вертикальный киль; 17 - флор; 18 – днищевая обшивка; 19 - подкрепления фундамента; 20 - платформа; 21 - поперечная переборка; 22 – крайний междудонный лист; 23 – днищевой стрингер; 24 – фундаментный поясок

 

Фундамент выполняют их двух продольных вертикальных стенок с поясками. Конструкция фундамента должна обеспечить доступ для осмотра второго дна.

 

Фундаменты: верху - фундамент главного двигателя на настиле второго дна; внизу - фундамент главного двигателя на одинарном дне   1 - кницы (с полками); 2 - флор; 3 - днищевой стрингер; 4 - вертикальный киль; 5 - поперечные бракеты; 6 - продольные балки; 7 - опорные горизонтальные полосы; 8 - фундамент вспомогательного двигателя