Обеспечение запаса водоизмещения

Запас водоизмещения представляет собой фиктивную массу, которую прибавляют к сумме масс, составляющих водоизмещение (массовое) судна. Такое увеличение полученной расчетом массы судна делается на случай возможных просчетов нагрузки, что, в принципе, возможно из-за большего числа ее составляющих и, как следствие этого, – значительной трудоемкости расчетов. Кроме того, возможно отклонение теоретически рассчитанных масс от фактических их значений. Причиной этого может быть, например, «недокат» или «перекат» стальных листов и балок набора, приводящий к отклонению фактических их толщин и масс от номинальных значений. Также фактические массы, поступающих на судно механизмов и оборудования, могут отличаться от величин, зафиксированных в соответствующих технических условиях. И, наконец, в процессе проектирования и постройки судна по тем или иным причинам может возникнуть необходимость замены одних материалов, механизмов или оборудования, предусмотренных ранее в проекте, другими, отличающимися, в том числе и массой.

Не имея запаса водоизмещения, указанные выше ситуации привели бы к изменению водоизмещения судна, как правило, в большую сторону, увеличению его осадки, что часто, особенно при проектировании судов внутреннего плавания, совершенно неприемлемо. Кроме того, при этом уменьшится величина надводного борта, которая строго регламентируется Правилами Регистра.

Величина запаса водоизмещения уменьшается, чем подробнее разработан проект судна, т.е. чем выше стадия проектирования. В отчетной документации запас водоизмещения не значится.

В соответствии с СТП 1.15-75 запас водоизмещения принимается в процентах от водоизмещения порожнем: в эскизном проекте – 5%, в техническом проекте – 3%, при разработке рабочей документации – 1¸1,5%.

Более дифференцировано регламентируется запас водоизмещения по ОСТ 520206-2602 в соответствии с которым его величина назначается в зависимости от стадии проектирования, размеров судна (его водоизмещения) и наличия или отсутствия близкого прототипа, используемого при расчете нагрузки.

Так, при расчетах по близкому судну-прототипу принимают значения запаса водоизмещения, приведенные в табл. 3.4.

 

 

Таблица 3.4

Значения величины запаса водоизмещения, %

Этапы разработки проекта	Водоизмещение порожнем, т
от 100 до 1000	от 1000 до 10^5	свыше 10^5
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

 

При отсутствии близкого прототипа запас водоизмещения увеличивается примерно в полтора раза.

Перегрузки, возникновение которых возможно в процессе проектирования и постройки судна и на компенсацию которых предусматривается запас водоизмещения, относятся, как правило, к высокорасположенным составляющим нагрузки. Это приводит к повышению центра тяжести судна и снижению его остойчивости. Для компенсации этого нежелательного, а порой и опасного, явления в проектные расчеты согласно упомянутого стандарта вводится так называемый запас остойчивости Dh. Этот запас обеспечивается путем повышения расчетной аппликаты центра тяжести судна на величину DZ_g = Dh. Нормативный запас остойчивости в проектах, разработанных с использованием близкого прототипа, составляет 10–25 см, увеличиваясь с размерами судна.

На начальных этапах проектирования, соответствующих стадиям выбора основных элементов и характеристик судна, когда искомой величиной является полное водоизмещение судна, запас водоизмещения принимается в долях от него. Для судов внутреннего плавания эта доля составляет 2¸5%.

 

Предварительная проектная удифферентовка судна

 

3.5.1. Определение положения центра тяжести судна

Ряд важнейших навигационных качеств судна требуется оценивать, хотя бы приближенно, уже на начальных стадиях проектирования. К таким качествам можно, например, отнести остойчивость судна, плавучесть и другие (в зависимости от типа и назначения судна). Количественная оценка этих качеств требует знания координат центра тяжести судна. При этом отметим, что для начальных этапов проектирования, как правило, достаточно контролировать две координаты из трех – по длине судна и его высоте.

Если нагрузка масс еще с той или иной степенью подробности не рассчитывалась, координаты ЦТ могут быть оценены

 

zg = a H; xg = b L,

(3.49)

 

где L, H – расчетная длина и высота борта.

Численные значения коэффициента а и b наиболее достоверно можно принять по данным близкого судна-прототипа, имеющего одинаковый архитектурно-конструктивный тип. Для этих же целей могут быть использованы статистические зависимости. Так, для пассажирских судов внутреннего плавания аппликата центра тяжести ориентировочно может быть оценена, используя следующую зависимость:

 

zg = a 1 å Hi – a1å^¢ Hi.

(3.50)

 

Здесь

å H_i = Н + H ₁ + H ₂ + …Н_i,

å¢ H_i = Н ₁ + H ₂ + … Н_i,

где Н, Н_i – высота борта и i -го яруса надстройки соответственно, м.

Коэффициент а ₁ и а ₂, найденные по статистическим данным, имеют следующие значения (табл. 3.5).

 

Таблица 3.5

Значения коэффициента а₁ и а₂

 

Число ярусов надстройки	а 1	а 2
Три яруса Два яруса Один ярус	0,5 0,5 0,5	0,25 0,15

 

Аппликата центра тяжести буксирных судов и толкачей может быть найдена по формуле

 

zg = a 3 H (1 – 0,1 Н) + 0,15å^¢ Hi,

(3.51)

 

где а ₃ – коэффициент, принимаемыйравным для буксирныхсудов – 0,95, для толкачей – 1,1.

Результаты расчетов координат центра тяжести будут более точными, если их определять не сразу для всего судна в целом, а сначала отдельных его составляющих, используя при этом среднестатистические величины, данные по судну-прототипу, эскиз общего расположения проектируемого судна. В этом случае с помощью эскиза удается найти координаты центра тяжести перевозимого груза, массы экипажа и пассажиров, запасов воды, продовольствия, топлива. Составляющие разделов: корпус, механизмы, системы удобнее на этих стадиях определять пересчетом с наиболее подходящего судна-прототипа.

 

(3.52)

 

где величины со штрихом относятся к судну-прототипу.

Одновременно отметим, что для ряда судов, у которых энергетическая установка размещена в одном отсеке, приемлемый результат может быть получен определяя координаты центра тяжести всего раздела МЕХАНИЗМЫ, либо основных его составляющих с использованием эскиза общего расположения.

При соответствующем состоянии нагрузки (в грузу, порожнем и т.д.) координаты центра тяжести судна в этом случае находятся

 

 

3.5.2. Проектная удифферентовка судна

Под проектной удифферентовкой понимают обеспечение требуемой посадки судна относительно поверхности воды для рассматриваемых случаев его загрузки.

Применительно к судам внутреннего и смешанного плавания обычно бывает достаточно обеспечить требования по посадке для двух случаев нагрузки: 1. Судно в полном грузу. 2. Судно порожнем. Полагают при этом, что в других промежуточных состояниях нагрузки требования будут обеспечиваться. Рассмотрим эти случаи отдельно, поскольку требования по посадке и способы их обеспечения в каждом из них во многом различаются.

Удифферентовка судна в полном грузу. Плавание в полном грузу является основным режимом работы транспортного судна. Считается, что хорошо удифферентованное водоизмещающее судно не должно иметь дифферента и, следовательно, должно плавать на ровный киль, т.е.

 

Т н = Т к = Т,

(3.53)

 

где Т _н, Т _к, Т – осадка носом, кормой и средняя осадка судна в полном грузу.

Это связано с тем, что при плавании на ровный киль водоизмещающее судно, как правило, имеет минимальное гидродинамическое сопротивление и меньшую осадку (дифферент равен нулю).

Условием плавания судна без дифферента, как известно, является выполнение следующих равенств:

 

D¢ = r gd LBT,

(3.54)

 

Хg = X c

(3.55)

 

где D¢ – сила тяжести судна; Х _с – абсцисса центра величины.

Не касаясь вопросов плавания судна по заданную осадку, удифферентовка в полном грузу сводится к обеспечению равенства (3.55). Сделать это, в общем случае, можно либо за счет соответствующего изменения Х_g, выбрав предварительно нужное значение абсциссы центра величины Х _с, либо, наоборот, за счет Х _c, получив предварительно из общепроектных соображений Х_g. Первый случай соответствует проектированию относительно быстроходных судов, для которых весьма важно обеспечить нужное значение Х _с, так как оно оказывает существенное влияние на гидродинамическое сопротивление движению судна.

Второй подход характерен для тихоходных судов, для которых положение абсциссы центра величины Х _с в достаточно большом диапазоне не оказывает заметного влияния на ходкость. Это позволяет «подогнать» ее под необходимые с общепроектной точки зрения значения Х_g.

Достижение нужного значения Х_g при проектировании судов различного типа обеспечивается по-разному. Так, например, требуемую удифферентовку сухогрузного судна чаще всего удается обеспечить за счет соответствующего распределения груза по длине. При проектировании негрузовых судов (буксиров-толкачей, пассажирских и т.п.) посадка на ровный киль достигается за счет размещения по длине машинного отделения, цистерн запасов топлива и воды, надстроек, устройств и т.д. При этом сложность состоит в том, что эти суда при состоянии нагрузки «порожнем», как правило, удифферентовываются без приема балласта, т.е. также, благодаря соответствующего положения перечисленных выше составляющих массы.

Удифферентовка судна порожнем. При этом состоянии нагрузки обеспечиваются минимально необходимые осадки носом и кормой. Минимальная осадка кормой винтового судна принимается исходя из достаточного заглубления движительно-рулевого комплекса, и связывается с диаметром гребного винта

 

(3.56)

 

где К _т – коэффициент, учитывающий степень заглубления винта в зависимости от формы корпуса кормовой оконечности судна; D _в – диаметр винта.

Коэффициент К _т принимает в диапазоне от 0,8 до 1,2, при этом меньшие значения соответствуют тунельным и полутунельным обводам кормовой оконечности.

Диаметр винта может быть определен по одной из приближенных методик, например, по формуле В.М. Лаврентьева

 

(3.57)

 

где r – плотность воды, т/м³; n – частота вращения гребного винта, мин^-1; Р – упор винта, кН.

Минимальная осадка носом назначается исходя из стремления уменьшить удары волны в носовую оконечность судна при ходе в штормовую погоду, поскольку это приводит к увеличению изгибающего момента и, следовательно, нежелательно с точки зрения общей прочности. Кроме того, при значительном дифференте на корму ухудшается управляемость судна, особенно при ветре. Исходя из этого, минимальную осадку носом можно рекомендовать равной

 

(3.58)

 

где h _в – расчетная высота волны водных бассейнов соответствующих разрядов.

Данная норма не противоречит требованиям Речного Регистра по минимально допустимым осадкам носом судов классов «М-СП», «М-ПР» и «О-ПР», величина которых соответственно составляет 1,7 м, 1,4 м, 0,9 м.

В случае если имеется на судне носовое подруливающее устройство, осадка носом должна обеспечить достаточное погружение входного и выходного отверстий его межбортовой трубы.

Вопрос о необходимости удифферентовки судна порожнем решается после сравнения полученных осадок носом и кормой с минимально допустимыми. Должны быть выполнены условия

 

(3.59)

 

Осадка носом и кормой при порожнем состоянии судна может быть найдена

 

(3.60)

 

где Т – осадка судна в полном грузу; DТ _ср – разность между средней осадками судна в полном грузу и порожнем; DТ _н, DТ _к– приращение осадок носом и кормой вследствие наличия дифферента.

Величина DТ _сррассчитывается на основе известной задачи об изменении осадки при приеме (снятии) малого груза, понимая под последним разность между водоизмещением в грузу и водоизмещением порожнем

 

(3.61)

 

где D, D_о – масса судна в грузу и порожнем соответственно; S – площадь конструктивной ватерлинии.

Приращение осадок носом и кормой можно определить

 

(3.62)

 

где х_f – абсцисса центра тяжести площади конструктивной ватерлинии; l _диф – плечо дифферентующего момента; Н_mо – большая метацентрическая высота.

Плечо дифферентующего момента l _дифравно расстоянию между направлениями действия силы тяжести и силы поддержания

 

(3.63)

 

где – абсцисса центра тяжести судна порожнем; – абсцисса центра величины судна порожнем.

Отметим, что на стадиях проектирования, когда теоретический чертеж еще не разработан, величина х_f может быть принята равной нулю, а определяются по известным приближенным формулам.

Если значения осадок, полученные по выражению (3.60), не удовлетворяют условию (3.59), следует принять меры для обеспечения минимально необходимых осадок судна носом и кормой.

На негрузовых судах эта задача, как правило, решается соответствующим перемещением по длине тех или иных составляющих нагрузки масс, например, машинного отделения, надстройки, цистерн запаса топлива и воды и пр. Величина такого перемещения может быть найдена, рассмотрев соответствующее уравнение равновесия судна относительно поперечной оси.

Что касается грузовых судов, то их удифферетовка порожнем, вследствие значительного изменения средней осадки при переходе к этому водоизмещению от полного, как правило, возможна только путем приема балласта.

Для того чтобы обеспечить минимально необходимые осадки , судно должно иметь среднюю осадку:

 

(3.64)

 

Поскольку средняя осадка судна порожнем равна

 

Т о = Т – DТ ср,

(3.65)

то изменение средней осадки при приеме балласта составит

 

DТd = Тd – То.

(3.66)

 

Количество балласта, прием которого приводит к изменению средней осадки на величину DТ_d, будет равняться

 

Qd = r S DТd.

(3.67)

Так как за счет баллас,тировки необходимо не только увеличить среднюю осадку судна до величины DТ_d, но и получить нужный дифферент, следует определить абсциссу центра тяжести балласта. Использовав аналитическое условие равновесия судна, плавающего с произвольной посадкой, В.В. Половинкин получил формулу

 

(3.68)

 

где Х_d – абсцисса центра тяжести балласта; D_d, – водоизмещение и абсцисса центра величины судна после приема балласта; – большая метацентрическая высота судна порожнем с балластом.

Прием балласта на судно производится в специальные цистерны. На грузовых судах, имеющих вторые борта и второе дно, балласт принимается в междудонные и межбортовые отсеки. Использование последних в ряде случаев оказывается более предпочтительным, поскольку эти отсеки более удобны с точки зрения их технической эксплуатации (осмотра, зачистки и т.п.). Однако надо иметь в виду, что при этом повышается аппликата центра тяжести судна, что может сказаться соответствующим образом на его остойчивость и параметрах бортовой качки.

Как правило, балласт размещают в нескольких цистернах, что позволяет в эксплуатационных условиях более свободно управлять посадкой судна, влиять на величину изгибающего момента при общем изгибе его корпуса. При распределении балласта по цистернам необходимо выполнить условия

 

(3.69)

 

где Р _{d i}, X _{d i} – массабалласта в i -ой балластной цистерне и абсцисса ее центра масс; n – количество балластных цистерн.

Конкретные размеры балластных цистерн определяются с учетом их размещения в корпусе судна.

После разработки теоретического чертежа, расчета по нему элементов плавучести и начальной остойчивости и уточнения нагрузки масс выполняется окончательная удифферентовка судна.

Вместимость

4.1. Основные понятия и определения

 

Вместимость является одним из важнейших качеств судна, определяющих его как транспортное средство, как на этапе проектирования, так и во время эксплуатации.

Под вместимостью понимается возможность размещения в корпусе судна, его надстройках и рубках экипажа, пассажиров, грузов, механизмов и оборудования, запасов, балласта и всего остального, что должно быть на судне для обеспечения его нормальной эксплуатации в соответствии с назначением.

Полная теоретическая вместимость помещений судна W в пределах, ограниченных теоретическими линиями корпуса, надстроек и рубок складывается:

 

W = V + W в + W p, или W = W к + W p

(4.1)

 

где V – объемное водоизмещение судна по расчетную ватерлинию, м³; W _в – теоретический объем основного корпуса над расчетной ватерлинией, м³; W _р – теоретический объем надстроек и рубок, м³; W _к – теоретическая вместимость корпуса, м³.

Из выражения (4.1) видно, что первые два слагаемых соответствуют теоретическому объему основного корпуса (без надстроек и рубок). При оценке его величины на стадиях, когда отсутствует теоретический чертеж, основные проблемы возникают с определением объема корпуса над расчетной ватерлинией W _в. Его можно представить

 

W в =k в S (H – T),

(4.2)

 

где S – площадь КВЛ; НТ – высота борта и осадка; k _в – коэффициент полноты объема W _в.

Коэффициент k _в, по-существу, учитывает влияние на надводный объем корпуса развала бортов и может быть найден из рассмотрения данных по проектированным судам. В случае, когда судно имеет большую цилиндрическую вставку и вертикальный борт (грузовые суда внутреннего и смешанного плавания) в первом приближении можно принимать коэффициент k _вравным коэффициенту полноты водоизмещения d.

Для определения теоретической вместимости корпуса судна W _кпри отсутствии теоретического чертежа может быть использован подход,аналогичный применяемому при расчете объемного водоизмещения

 

W к = d п LBH,

(4.3)

 

где d _п – коэффициент полноты водоизмещения корпуса по палубную линию.

В этом случае проблема сводится к определению коэффициента d _п, поскольку по нему обычно отсутствуют какие-либо статистические данные. Величина этого коэффициента зависит как от формы подводной части корпуса, характеризующейся коэффициентом полноты d, так и от геометрических особенностей надводного корпуса. Для начальных стадий наиболее существенными факторами, влияющими на форму надводной части корпуса однотипных судов, могут быть приняты длина цилиндрической вставки и отношение высоты борта к осадке . То есть d _п может быть определен

 

d п = f (d, C m, H/T).

(4.4)

 

В частности для грузовых судов внутреннего и смешанного плавания получено

 

,

(4.5)

 

где С _т – относительная длина цилиндрической вставки.

Применительно к транспортным судам выделяют, в первую очередь, объемы помещений, необходимые для размещения перевозимого груза либо пассажиров. В этой связи различают следующие два вида вместимости: пассажировместимость и грузовместимость.

Грузовместимость определяется суммарным объемом всех помещений судна, предназначенных для перевозки грузов. Объем грузовых помещений, ограниченный внутренними поверхностями палубы, бортов (наружного и внутреннего) и двойного дна называют теоретической грузовместимостью W _т. В зависимости от характера груза этот объем используется не полностью. Поэтому различают грузовместимость по тарно-штучному W _ш и сыпучему W _с грузу. Последняя равна теоретической грузовместимости за вычетом объема набора и различных конструкций, (трапы, пиллеры, вентиляционные трубы и т.п.), расположенные внутри трюма. То есть

W _c = W _т – DW,

где DW – объем набора и конструкций, расположенных внутри грузовых помещений.

При перевозке тарно-штучных грузов при отсутствии вторых бортов остаются незаполненными пространства между набором (бимсами, шпангоутами, стойками переборок). Если учитывать потери этих объемов при размещении указанных грузов, то вместимость по штучным грузам на начальных стадиях проектирования может быть определена W _ш = W _c – DW¢.

Величина вычетов DW DW¢ зависят от типа судна, конструктивного типа его корпуса. Их средние значения составляют

 

DW = ( 3¸5%) W _т и DW¢ = ( 9¸10)% W _c.

 

Полезная грузовместимость грузовых танков судов, перевозящих жидкие грузы наливом, также определяется с учетом вычетов из теоретической грузовместимости объема DW², приходящегося на телесность набора внутри танка, а также объемов, занимаемого неудаляемыми остатками груза («мертвый груз») и связанного с расчетным недоливом груза исходя из необходимости обеспечения температурного расширения перевозимой жидкости. Значения вычетов DW² для грузовых танков достигает (5¸6)% от их теоретической вместимости.

Условия грузовместимости во многом определяются массогабаритными характеристиками груза и, прежде всего, величиной удельного погрузочного объема m _гр, под которым понимают отношение объема, занимаемого грузом к его массе. Его величина в зависимости от вида груза колеблется в значительном диапазоне. Так, например, удельный погрузочный объем пуха, перевозимого в тюках, составляет 11,2 м³/т, металлолома – 0,6¸0,8 м³/т, стального проката 0,24¸0,34 м³/т. Значения m _гр, основных грузов, перевозимых судами внутреннего и смешанного плавания, можно найти в справочной литературе. Естественно, что размещения на судне заданного количества груза будет возможно, если занимаемый им объем будет меньше или равен объему грузовых помещений на судне

 

W гр £ W тр,

(4.6)

 

где W _гр – объем занимаемый грузом, м³; W _тр – объем грузовых помещений на судне, м³.

Разделим левую и правую части неравенства (4.6) на грузоподъемность судна Р _гр

или

m _гр £ m _с

где m _с – удельная грузовместимость судна или его удельная марочная кубатура, м³/т.

Таким образом, отношение объема грузовых помещений (трюмов) к спецификационной грузоподъемности называют удельной марочной кубатурой судна. В эксплуатационной практике, когда решается вопрос грузовместимости при условии использования полной грузоподъемности судна, удобно пользоваться относительными характеристиками грузовместимости. Рассмотрим возможные случаи их соотношения:

1). m _гр = m _с – судно с полным грузом загружено на полную осадку, его грузовместимость использована полностью;

2). m _гр < m _с – судно загружено на полную грузоподъемность и, следовательно, полную осадку, однако объем грузовых трюмов (грузовместимость) использованы не полностью;

3). m _гр > m _с – судно из-за недостатка объема грузовых трюмов не может принять груз в количестве, равном его грузоподъемности, допускаемая осадка судна не используется.

Вторую ситуацию, когда грузовместимость используется не полностью, в принципе нельзя считать положительной, так как это обусловлено завышенными размерами судна, а именно излишней высотой борта.

Вопрос назначения m _спри проектировании судна не простой. Если речь идет не о специализированном для перевозки конкретного груза судне, то удельную марочную кубатуру следует принимать на основе изучения грузопотоков на возможных линиях эксплуатации, оценив наиболее вероятностную величину удельного погрузочного объема груза.

Если грузовместимость судна обеспечивает заданную грузоподъемность при минимальном значении высоты надводного борта, нормируемом Речным Регистром по условиям безопасности плавания, то такое судно называют судном с минимальным надводным бортом; такие суда предназначены для перевозки тяжелых грузов. Для перевозки грузов с большой погрузочной кубатурой строят суда с избыточным надводным бортом, высота которого определяется необходимой для размещения груза кубатурой трюмов.

В проектные документы грузовых и грузо-пассажирских судов обычно входит эпюра емкости (рис. 4.1).

 

 

Рис. 4.1. Эпюра емкости

 

При построении эпюры емкости по горизонтали откладывают длину судна и длины отсеков, по вертикали – площадь поперечных сечений корпуса по палубную линию либо по палубу надстроек. Полученные точки соединяют плавными кривыми. После нанесения на эпюру емкостей всех помещений подсчитывают их объемы и координаты центров тяжести, которые записывают на эпюре. На эпюре можно отметить три вида объемов (теоретический, по сыпучему и тарному грузу), которые определяют путем детальных расчетов по теоретическому, конструктивным чертежам и чертежам оборудования трюмов сланями, рыбинсами и т.п. Эпюрой емкости удобно пользоваться в процессе проектирования судна.

Понятие вместимости, как качества судна, применяется не только при решении вопросов, связанных с размещением на судне груза либо пассажиров. Величина судовых объемов (вместимость) в эксплуатационной практике используется как количественный показатель размеров судна, в зависимости от которого ведется учет флота, взимаются различные налоги, пошлины, штрафы и т.п.

В связи с этим различают так называемую валовую (брутто) и чистую (нетто) вместимости. Валовая включает в себя объемы корпуса, надстроек и рубок, которые могут быть использованы для размещения механизмов, устройств, грузов, пассажиров, экипажа, запасов и другого оборудования и снабжения, что позволяет использовать судно в соответствии с его назначением. Чистая вместимость включает в себя объемы корпуса и надстроек (рубок), которые могут быть использованы для размещения в них грузов или пассажиров, перевозка которых приносит доход. Поскольку приведенные формулировки содержат в себе некоторую неконкретность («объемы …, которые могут быть использованы…»), поэтому в мировой практике морского судоходства используются единые правила расчета вместимости (Правила обмера судов приняты Международной Конвенцией по обмеру судов 1969 года). В них оговорена процедура расчета, и какие судовые объемы можно не учитывать при расчете вместимости. Применительно к судам, не совершающим международные рейсы, каждая страна может иметь свои национальные правила. Так в России под вместимостью судов внутреннего плавания понимается только валовая вместимость. Она рассчитывается в регистровых тоннах (1 рег.т. равняется 2,83 м³).

 

GT = V/2,83, рег.т .,

где V – валовая вместимость, м³, определяется путем обмера всех помещений судна или подсчитывается по формуле

V = d LBT +LBa (H – T) + S l b h,

 

где L, B, T – расчетные длина, ширина и осадка судна, м; H – высота борта; d, a – коэффициенты полноты водоизмещения и конструктивнойватерлинии соответственно; l, b, h – средние длина, ширина и высота надстроек или рубок, м.

 

Уравнения грузовместимости

 

При обосновании главных элементов судна необходимо чтобы выбранные его размерения удовлетворяли, среди прочих требований, в том числе и условию грузоподъемности.

Грузовместимость судна при заданной его грузоподъемности будет обеспечена, если выполняется условие (4.6)

W _гр £ W _тр.

Задача состоит в том, чтобы при выборе главных размерений обеспечить на судне возможность размещения необходимых по объему грузовых помещений (трюмов), что позволит принять в них заданное техническим заданием количество груза. Для этого надо ввести в условие (4.6) характеристики груза и главные размерения судна.

Объем, необходимый для размещения заданного количества груза, имеющего удельный погрузочный объем m _гр равен

 

W гр = m гр Р гр.

(4.8)

 

Подавляющее большинство грузовых судов внутреннего и смешанного плавания однопалубные и имеют архитектурно-конструктивный тип, характеризующийся кормовым расположением машинного отделения и находящимися в средней части корпуса грузовые трюма. Последние, как правило, имеют вторые борта и второе дно. В этом случае объем грузовых трюмов можно найти вычитанием из объема корпуса объемов машинного отделения W _МО, объемов межбортовых W_d и междудонных отсеков W_q плюс дополнительный объем трюмов W _км, создаваемый за счет комингсов люковых вырезов

 

W тр = W кп – W МО – Wd – Wq + W км.

(4.9)

 

Исключая из теоретического объема корпуса объемы пиков, коффердамов, диптанков и т.п. отсеков, полезный объем корпуса будет

 

W кп = k п d п LBH,

(4.10)

 

где k _п – коэффициент, учитывающий объем корпуса, приходящийся на пики, коффердамы и т.п; d_n – коэффициент полноты корпуса по палубную линию.

Объем корпуса, занимаемого машинным отделением можно записать

 

W МО = d МО LМО BH,

(4.11)

 

где d _МО–коэффициент полноты корпуса в районе машинного отделения; L _МО – длина машинного отделения.

Объем корпуса, занимаемый межбортовыми W_d и междудонными W_q отсеками

W_d + W_q = W _кт – W _тр,

где W _кт – объем корпуса судна в районе грузовых трюмов

W _кт = d _тр L _тр ВН,

d _тр – коэффициент полноты корпуса в районе грузовых трюмов.

Тогда

 

Wd + Wg = d тр L тр ВН – k тр L тр B тр H тр,

 

B _тр – ширина трюма; k _тр – коэффициент, учитывающий форму корпуса трюма и не полное использование его объема из-за возможного наличия в трюме трапов, проходов и т.п.

Подставляя полученные выражения в (4.9) и считая дополнительный объем трюма от комингсов в виде параллелепипеда

 

W тр = kп dп LBH - d МО L МО BH – d тр L тр ВН+ k тр L тр B тр H тр + L к В к Н к

(4.12)

 

где L _к В _к Н _к – длина продольного и поперечного комингса и его высота соответственно.

Введем обозначения для следующих относительных величин

Тогда выражение (4.13) примет вид

W _тр = LBH (k_п d_п - d _МО l _МО - d _тр l _тр + k _тр l _тр b _тр h _тр + l _к b _к h _к ).

Подставляя полученное выражение и (4.8) в условие (4.6), характеризующее обеспечения необходимого объема грузовых трюмов для размещения заданного количества груза и решая его относительно кубического модуля, получим

 

(4.13)

 

Данное выражение называют уравнением грузовместимости. Оно показывает величину главных размерений судна (в виде их произведения), при которых на нем можно предусмотреть грузовые трюма, объемом, позволяющим разместить в них заданное количество груза Р _грс удельным погрузочным объемом m _гр.

Входящие в него относительные величины должны приниматься по судну-прототипу либо обобщенным статистическим данным. Число таких величин существенно сокращается, если объем грузовых помещений записать в следующем виде

 

W тр = d тр l тр LBH ( 1 – cн) + Lк Bк Hк,

(4.14)

 

где c_н – коэффициент, учитывающий потери объема трюма на набор, вторые борта и второе дно.

После преобразований, аналогичных приведенным выше, получаем

 

(4.15)

 

где x – коэффициент, учитывающий проходы, трапы, подпалубные «карманы» и прочие места в трюме, не занятые грузом.