2015-05-10
1893Часть 1. Определение основных элементов
1.1. Назначение судна. Класс РС. Информация о перевозимых грузах.
Тип судна определяет его назначение. Тип проектируемого судна указывается в задании на курсовой проект. Поскольку многие задачи студенту предстоит решать по средствам программы Tribon, работать от будет с одним из следующих семи типов судов:
1) нефтерудовоз;
2) рефрижератор;
3) универсальный сухогруз;
4) контейнеровоз;
5) накатное судно;
6) танкер;
7) навалочное судно.
Чтобы узнать больше об особенностях тех или иных типов судов необходимо пользоваться дополнительной литературой. Методические указания не могут в себя вместить этот большой объем информации.
Класс РС необходимо присвоить судну, согласно части I Правил.
Студент сам выбирает, какой груз будет перевозить его судно. Необходимо использовать справочную литературу, где указана кубатура грузов. На данном этапе, располагая грузоподъемностью и удельной кубатурой перевозимого груза, целесообразно оценить необходимую вместимость трюмов и, возможно, в связи с этим предопределить возможность перевозки груза на палубе (лес, контейнеры, трейлеры, вагоны).
1.2. Выбор и обоснование АКТ.
Знаний, полученных по дисциплине «Конструкция судов и плавучих сооружений», достаточно для формирования этого раздела. На эту тему написано множество литературы, например. Однако обратите внимание, что вы описываете архитектурно-конструктивный тип проектируемого вами судна. Не нужно писать о том, какие бывают АКТ сухогрузных судов, достаточно описать только то, что относится к вашему судну:
− количество, расположение и протяженность надстроек;
− положение МКО по длине судна;
− число и степень раскрытия палуб;
− установки внутренних бортов, продольных переборок;
− размеры и общая протяженность грузовых помещений и др.
Каждый момент, упомянутый в вышеприведенном списке, должен быть разумно обоснован. Так, например, широкое раскрытие палуб контейнеровоза связано с тем, что его груз обрабатывается только вертикально, или количество продольных переборок данного танкера выбрано с тем, чтобы с одной стороны уменьшить площадь свободной поверхности жидкости, а с другой – уменьшить вес металлического корпуса. Нужно представить, что вы находитесь на совещании с заказчиком и в ответ на его техническое задание выступаете с техническим предложением. Он должен поверить, что его судно будет экономически выгодным, рациональным, надежным. Если вы в классе РС указали наивысший уровень автоматизации, то ему сложно будет понять, зачем вы надстройку поместили в кормовой части судна, а машинное отделение в средней части судна.
1.3. Определение основных элементов проектируемого судна.
1.3.1. Исходная информация. Нагрузка судна.
Водоизмещение судна – 
, с точки зрения веса, обычно разбивается на две основных составляющих:
– водоизмещение порожнем – 
, т;
– дедвейт – 
, т.е. 
, т.
Если величину в течение рейса судна можно считать величиной постоянной, то этого нельзя сказать о дедвейте. Поэтому, прежде чем приступить к решению задачи, необходимо зафиксировать, какой случай нагрузки принять в качестве расчётного.
Для транспортного судна – это случай наибольшего водоизмещения – 100% груза и 100% судовых запасов.
Водоизмещение судна порожнём можно по тем или иным признакам разбить на ряд составляющих: 
,
где 
– масса голого корпуса, т;
– масса оборудования корпуса, т;
– масса энергетической установки, т;
– масса специального оборудования, т;
– запас водоизмещения, т.
Очень часто две первых составляющих 
объединяют и принимают 
– вес оборудованного корпуса, т.
Составляющие DW представим в виде: 
,
где 
– полезная грузоподъемность судна, т;
– масса экипажа со снабжением, т;
– масса топлива, котельной воды, т, масла;
– масса судового снабжения, т;
– масса жидкого балласта, т;
– масса специального снабжения, т.
Составляющие и 
у транспортных судов обычно отсутствуют.
У промысловых судов:
– это масса морозильных камер, консервного цеха, рыбомучной установки и т.д., т;
. – масса промыслового и технологического снабжения, т.
Твердый балласт входит в статью 
, т.
Жидкий балласт 
включается в 
, т.
Прежде чем приступить к составлению уравнения масс проектируемого судна, необходимо разбить и судна-прототипа на те же составляющие, что и для проектируемого судна. Количество статей нагрузки должно быть одинаковым.
Расчетный случай нагрузки проектируемого судна и судна прототипа должен быть одинаков. При этом следует руководствоваться следующими отчетными документами по прототипу:
– расчет нагрузки масс и положения центра тяжести (ЦТ) судна порожнем;
– расчет дедвейта.
В отдельных проектах оба этих документа могут быть сведены в один.
Принятое водоизмещение судна прототипа 
, должно соответствовать его главным размерениям 
, 
, 
, т(1.1)
где 
– длина судна, м;
– ширина судна, м;
– осадка судна для принятого случая нагрузки, м;
– коэффициент общей полноты;
= 1,025 т/м 3 или 10,06 кН/м3 – удельный вес морской воды, кН/м3.
Далее данные прототипа сводятся в отдельные таблицы представленные ниже.
Независимые массы прототипа определяются по соотношению
(1.2)
Таблица 1.1 – Основные данные по судну-проекту
| № проекта для судна-проекта 573 | Хар-ка | Значение |
| Назначение судна-проекта | Танкер | - |
| Архитектурно – конструктивный тип | - | |
| Класс Регистра | - | |
| Тип энергетической установки | - | |
| Автономность по запасам топлива |  , сут
| |
| Число членов экипажа и пассажиров | 
| 18/5 |
| Расчетная скорость хода |  , узл
| 18,3 |
| Грузовместимость |  , м3
|
Таблица 1.21 – Основные данные по судну-прототипу
| № проекта для судна-прототипа 573 | Хар-ка | Значение |
| Назначение судна-проекта | Танкер | - |
| Архитектурно – конструктивный тип | - | |
| Класс Регистра | - | |
| Тип энергетической установки | - | |
| Мощность энергетической установки |  , кВт
| ГТЗА |
| Дальность плавания |  , миль
| |
| Автономность по запасам топлива | , сут
| |
| Автономность по запасам воды и провизии |  , сут
| - |
| Число членов экипажа и пассажиров |
| 35/5 |
| Расчетная скорость хода | , узл
| 18,7 |
| Грузовместимость |  , м3
| - |
| Удельно–погрузочная кубатура груза |  м3/т
| - |
| Производительность технологического оборудования по сырью |  , т/сут
| - |
| Главные размерения судна – прототипа | - | - |
| Длина по КВЛ |  , м
| |
| Ширина на миделе |  , м
| 25,8 |
| Высота борта на миделе |  , м
| 13,7 |
| Осадка, соответствующая заданному варианту нагрузки |  , м
| 10,65 |
| Коэффициент общей полноты для этой осадки | 
| 0,75 |
Таблица 1.3 – Нагрузка масс судна-прототипа
| Нагрузка масс судна – прототипа | Хар-ка | Значение |
| Корпус с оборудованием |  , т
| |
| Энергетическая установка |  , т
| |
| Специальное оборудование |  , т
| - |
| Запас водоизмещения |  , т
| |
| Итого водоизмещение порожнем |  , т
| - |
| Полезная грузоподъемность |  , т
| |
| Топливо |  , т
| |
| Экипаж со снабжением |  , т
| |
| Судовое снабжение |  , т
| |
| Специальное снабжение |  , т
| - |
| Жидкий балласт |  , т
| |
| Итого дедвейт |  , т
| - |
| Полное водоизмещение |  ,т
|
Таблица 1.4 – Основные данные по судну-прототипу
| № проекта для судна-прототипа | Хар-ка | Значение |
| Назначение судна-прототипа | Танкер | - |
| Архитектурно – конструктивный тип | - | |
| Класс Регистра | - | |
| Тип энергетической установки | - | |
| Мощность энергетической установки | , кВт
| ДВС |
| Дальность плавания | , миль
| |
| Автономность по запасам топлива | , сут
| |
| Автономность по запасам воды и провизии | , сут
| - |
| Число членов экипажа и пассажиров |
| 30/10 |
| Расчетная скорость хода | , узл
| 16,6 |
| Грузовместимость | , м3
| - |
| Удельно–погрузочная кубатура груза | м3/т
| - |
| Производительность технологического оборудования по сырью | , т/сут
| - |
| Главные размерения судна – прототипа | ||
| Длина по КВЛ | , м
| |
| Ширина на миделе | , м
| 21,4 |
| Высота борта на миделе | , м
| 11,4 |
| Осадка, соответствующая заданному варианту нагрузки | , м
| 8,99 |
| Коэффициент общей полноты для этой осадки |
| 0,747 |
Таблица 1.2 – Нагрузка масс судна-прототипа
| Нагрузка масс судна – прототипа | Хар-ка | Значение |
| Корпус с оборудованием | , т
| |
| Энергетическая установка | , т
| |
| Специальное оборудование | , т
| - |
| Запас водоизмещения | , т
| |
| Итого водоизмещение порожнем | , т
| - |
| Полезная грузоподъемность | , т
| |
| Топливо | , т
| |
| Экипаж со снабжением | , т
| |
| Судовое снабжение | , т
| |
| Специальное снабжение | , т
| - |
| Жидкий балласт | , т
| - |
| Итого дедвейт | , т
| - |
| Полное водоизмещение | ,т
|
1.3.2. Алгебраическое (кубическое) уравнение масс.
Решение кубического уравнения масс производится с использованием двух судов-прототипов. Полученные результаты водоизмещения проектируемого судна сравниваются в виде:
от 
,
где 
− водоизмещение проектируемого судна, полученное с использованием данных первого судна-прототипа, т;
− водоизмещение проектируемого судна, полученное с использованием данных второго судна-прототипа, т.
Для дальнейших расчетов окончательно принимаем то судно-прототип, которое наиболее близко по водоизмещению к проектируемому судну
,
где 
− водоизмещение первого судна-прототипа,
− водоизмещение второго судна-прототипа/
В общем случае уравнение масс представляется в виде
, (2.1)
При использовании формулы мощности вида
(2.2)
где 
– коэффициент, являющийся функцией числа Фруда 
, относительной длины судна – 
, коэффициента продольной полноты – 
, соотношений главных размерений 
, 
и 
– показатели степени при и 
.
Тогда уравнение (2.1) можно привести к виду
, (2.3)
, (2.4)
(2.5)
Величины 
вычисляются по близкому судну-прототипу (таблица 1.2). В отдельных случаях, когда нет близкого судна-прототипа, измерители масс можно принимать по обобщенному прототипу или по статическим данным. Измерители определяются следующим образом
, (2.7)
В формулах (2.7) имволом «0» обозначены соответствующие статьи нагрузки судна-прототипа.
Измеритель запаса водоизмещения 
вычисленный по прототипу – 
, обычно в расчетах не используется.
Запас водоизмещения необходим для компенсации отступлений от первоначального проекта, просчетов в определении масс, замене материала, избытке массы в заготовках и т.п. Запас водоизмещения – 
, который приводится в отчетных нагрузках масс прототипов – это уже остаток от заложенного в начале разработки проекта.
Поэтому на начальном этапе проектирования следует принимать в пределах 1,5 – 5% расчетного водоизмещения, причем меньшая величина относится к большим судам т.е. 
.
Необходимость приема жидкого балласта при нормальных условиях эксплуатации судна должна быть обоснована. Жидкий балласт, включаемый в нагрузку судна, принимают с целью обеспечения необходимой остойчивости, например, для универсальных лесовозов при перевозке палубного лесного груза.
Коэффициент морского запаса 
обычно принимается в пределах = 1,05…1,15.
Коэффициент принимается или по рекомендациям для отдельных типов судов, или вычисляется по близкому судну-прототипу: 
. Ходовое время 
или автономность по топливу, если оно не задано, определяется по формуле
, (2.8)
где 
– коэффициент использования скорости.
Составляющие независимых весов 
определяются следующим образом:
– обычно заданная величина.
и , если они не заданы, определяются пересчетом с прототипа в зависимости от производительности технологического оборудования Q или других параметров, не зависящих от водоизмещения судна. В ряде случаев значения этих величин берутся из справочной литературы.
Вес экипажа со снабжением может быть задан или определен по формуле
, (2.9)
где 
и 
– масса 1 члена экипажа и пассажира;
и 
– масса провизии на 1 члена экипажа и пассажира в сутки;
и 
– масса воды на 1 члена экипажа и пассажира в сутки.
Значения 
и в практике проектирования обычно принимаются в пределах
кН (масса 0,11 – 0,16 т);
кН (масса 0,12 – 0,20 т).
Количество пресной (питьевой и мытьевой воды на одного человека в сутки) и принимается согласно «Санитарным правилам для морских судов»
кН/чел*сут (масса 0,1 т/чел*сут),
кН/чел*сут (масса 0,1 – 0,15 т/чел*сут).
Однако, при расчетах необходимого количества пресной воды следует учитывать наличие на судне опреснительной установки. Для судов, ею оборудованных
кН/чел*сут (масса 0,03 – 0,06 т/чел*сут).
Для небольших судов, например, сейнеров, буксиров и т.п. где запасы воды обычно ограничены, значения 
и 
следует принимать не менее рекомендуемых «Санитарными правилами».
Запасы провизии на 1 человека в сутки рекомендуется принимать
кН/чел*сут (масса 0,0036 т/чел*сут);
кН/чел*сут (масса 0.0045 т/чел*сут).
Вычислив 
, 
и уравнение (2.3) можно привести к виду
, (2.10)
Используя подстановку А.Н. Крылова 
и соответственно 
, где 
. и приняв, что 
, получим уравнение
, (2.11)
При использовании кубического уравнения (2.11) формула мощности принимает вид
, (2.12)
При использовании уравнения мощности в виде
, (2.13)
уравнение масс можно привести к виду
.
Данное уравнение можно привести к виду
.
Произведя подстановку и приняв, что 
, получим следующее уравнение
, (2.14)
где , 
.
Таким образом алгебраическое уравнение весов позволяет определить водоизмещение проектируемого судна. Причем это можно сделать, не имея конкретного прототипа. В этом случае измерители весов и необходимые коэффициенты принимаются по статистическим данным.
| Прототип №1 (573) | Прототип №2 (1559) | |||||||
| ||||||||
| 
| |||||||
 ;  ;  ;  ;  ;
| ||||||||
 ;
 ;
 ;
 ;
 ;
|  ;
 ;
 ;
 ;
| |||||||
 ;
| ||||||||
 ;
|  ;
| |||||||
| ||||||||
| 
| |||||||
 , где  , а 
| ||||||||
| 
| |||||||
| ||||||||
 =3,93
|  =3,825
| |||||||
| ||||||||
 = = 
|  =185,891
| |||||||
| ||||||||
 26264
|  26286
| |||||||
| ||||||||
| 
| |||||||
| ||||||||
| 
| |||||||
| ||||||||
| 
| |||||||
| 8,187 | 8,3 | 8,5 |
| 8,448 | 8,6 | 8,8 | |
| 67,033 | 68,89 | 72,25 |
| 71,372 | 73,96 | 77,44 | |
| 548,829 | 571,787 | 614,125 |
| 602,971 | 636,056 | 681,472 | |
| 481,796 | 502,897 | 541,875 |
| 531,598 | 562,096 | 604,032 | |
| ||||||||
| 
| |||||||
| ||||||||
| 
| |||||||
| ||||||||
| 
|
