Проектные решения, направленные на повышение

Эффективности грузовых судов

 

Эффективность грузовых судов может быть повышена, прежде всего, за счет сокращения их нерациональных простоев, которые в ряде случаев достигают до 40% и более от всего времени навигации. Основная величина простоев приходится на ожидание погрузочно-разгрузочных работ в портах и на само их проведение. Поэтому, проектируя самоходные грузовые суда необходимо обращать особое внимание на реализацию решений, способствующих ускорению грузовых операций на нем.

Общепроектные решения, направленные на повышение эффективности судна, принимаются уже на этапе обоснования его архитектурно-конструктивного типа. Об учете при этом условий проведения грузовых операций говорилось выше. О возможности ускорения грузовых операций необходимо думать и при принятии других решений, прямо или косвенно связанных с этим вопросом.

Опыт проектирования и эксплуатации речных грузовых судов позволил разработать специальные требования по обеспечению их ускоренной погрузки и выгрузки. Подготовлены они применительно к универсальным судам и предназначаются к использованию при их проектировании, модернизации и переоборудовании. Остановимся на основных положениях этих требований.

Интенсивная грузообработка предъявляет к судну в целом и отдельным его конструкциям определенный уровень прочности. Так, с точки зрения наиболее благоприятных условий работы конструкций, обеспечивающих общую продольную прочность, целесообразно грузить (разгружать) судно равномерно по длине, поводя так называемую многослойную загрузку (рис. 11.3).

 

 

Рис. 11.3. Схемы погрузки судна навалочным грузом:

а) – многослойная; б) – однослойная

 

однако такая равномерная погрузка (разгрузка) нерациональна с позиции производительности выполнения грузовых работ, так как требует постоянного продольного перемещения грузового механизма, например, берегового крана. наиболее выгодна в этом отношении однослойная погрузка, что и рекомендуется обеспечивать названными выше требованиями. выполнение этих рекомендаций связано с очевидными трудностями обеспечения общей прочности судна. Следует исследовать все возможные варианты загрузки судна и выявить наиболее опасные. При этом величина изгибающего момента может уменьшаться за счет соответствующей, проводимой одновременно с грузовыми операциями, балластировкой судна. Это должно быть отражено в инструкции по проведению погрузочно-разгрузочных работ, где также указывается допускаемая производительность и последовательность выполнения работ одной или несколькими машинами, допустимая неравномерность размещения грузов в трюме и грузовой палубе, их максимально допустимые массы и габариты, способы укладки и крепления, допустимые величины удельных и сосредоточенных нагрузок.

В этом разделе требований указываются также минимально необходимые толщины настила 2-го дна и грузовой палубы, допускаемые интенсивную грузообработку судна.

Значительное место в вопросе обеспечения ускоренной погрузки и выгрузки отводится требованиям к грузовым помещениям и палубам. основные из них следующие:

при оценке грузовместимости по тарно-штучным грузам следует учитывать, что пакеты штучных грузов и лесных должны размещаться с зазорами в горизонтальной плоскости по 10–25 см, а контейнеры по 25–70 см, в зависимости от габаритов контейнера и между какими сторонами (длинной или короткой) это расстояние измеряется;

размеры грузовой палубы, а также трюмов и просветов люков должны быть кратными размерам контейнеров, крупноштучных и лесных грузов, если их перевозка предусматривается;

одинарное дно и борта допускаются на малых судах грузоподъемностью до 300–400 т при наличии обоснования целесообразности выбора такой конструкции;

грузовые трюмы судов с двойными бортами не должны иметь каких-либо подпалубных пространств. На судах, не имеющих двойных бортов и с двойными бортами, при отсутствии технической возможности бортовые подпалубные пространства должны быть не более 1,0–1,2 м, а торцевые не более 2-х шпаций;

грузовые трюмы должны быть без перегородок и иметь форму прямоугольного параллелепипеда;

настил второго дна должен быть горизонтальным на всем протяжении, наличие уступов не допускается. В случае крайней необходимости допускается местный продольный уклон второго дна в носовой или кормовой части трюма, не превышающей 12°;

размещение в трюмах пиллерсов, раскосов и других конструктивных элементов, препятствующих размещению грузов и механизации перегрузочных и зачистных работ, не допускается.

Интенсивность грузовых операций зависит также от типа люковых закрытий, имеющихся судовых грузовых устройств, способов крепления грузов. Поэтому в рассматриваемых Требованиях сформулированы соответствующие рекомендации по их выбору и проектированию. Однако эти вопросы не имеют прямого отношения к общепроектным задачам начальных стадий проектирования, и поэтому здесь их подробно не рассматриваем.

 

11.3. Особенности определения главных элементов

Сухогрузных судов

 

главные элементы сухогрузного судна, как и любого другого, находятся путем совместного решения системы уравнений, отражающих те или иные качества. На начальных стадиях в соответствии с методом последовательных приближений бывает достаточных учесть основные уравнения и неравенства:

 

(11.6)

 

,

(11.7)

 

(11.8)

 

N=N (x);

(11.9)

 

(11.10)

 

d min £ d £ d max,

(11.11)

 

(11.12)

 

,

(11.13)

 

где D – масса судна, т; P_i (x) – i- ясоставляющая нагрузки масс, зависящая от вектора X_i, характеризующего искомые главные элементы судна, т; Q_j – j- я независимая составляющая нагрузки масс, т; L, B, H, T – главные размерения, м; d – коэффициент полноты водоизмещения; D', r – вес судна и 1 м³ м воды соответственно, кН; W(x) – объем грузовых помещений на судне, м³; m – удельный погрузочный объем перевозимого груза, м³/т; P _гр– грузоподъемность судна, т; N –мощность главных двигателей, кВт.

Первые четыре выражения являются уравнениями баланса масс, плавучести, вместимости и мощности. Последние три неравенства характеризуют условия задания коэффициента полноты и соотношений главных размерений как параметров, необходимых для замыкания решаемой совместно системы из 4-х уравнений с семью неизвестными (D, S, L, B, T, H, N). Значением этих параметров либо задаются и тогда

 

d = d min = d max,

(11.14)

 

(11.15)

 

,

(11.16)

 

либо перебирая в том или ином порядке все их возможные значения, решают вариантную оптимизационную задачу.

Кроме того, полученные главные элементы должны обеспечивать судну и ряд других навигационных качеств, достаточность уровня которых оценивается уже на начальных стадиях проектирования. В связи с этим главные элементы должны также удовлетворять ограничениям, отражающим требования к остойчивости, прочности, непотопляемости, посадке, плавности качки, соответствия габаритам судового хода. На начальных стадиях проектирования эти ограничения могут быть оценены на основе методов, излагаемых в теории проектирования судов.

Водоизмещение судна заданной грузоподъемности на начальных стадиях проектирования может быть определено используя любой из известных способов, рассматриваемых в теории проектирования судов. Наиболее оперативно, но отметим не всегда достаточно точно, водоизмещение можно определить, используя коэффициенты утилизации. При проектировании речных судов для этого, как правило, используется коэффициент утилизации водоизмещения по грузоподъемности:

 

,

(11.17)

 

где D – масса судна в грузу, т; Р _гр – грузоподъемность, т; h _гр – коэффициент утилизации водоизмещения по грузоподъемности.

Величина коэффициента h _гр принимается по судну-прототипу, либо расчетом по уравнению Поздюнина. Для самых приближенных оценок коэффициент утилизации может быть найден с использованием статистических данных, что позволило получить следующие статистические выражения:

 

D = 1,5 Р гр D = 1,33 Р гр + 100 D = 1,33 Р гр + 250

класс «Р»; класс «О»; класс «М».

(11.18)

 

Данные выражения можно использовать для оценки водоизмещения судов класса «Р» грузоподъемностью до 1000 т и класса «О» и «М» грузоподъемностью до 5000 т.

На величину главных размерений грузовых судов существенное влияние оказывает род перевозимого груза. Это влияние связано, прежде всего, с величиной удельного погрузочного объема m различных грузов, входящей в уравнение грузовместимости. Если проектировать судно для перевозки тяжелых грузов, то при перевозке на нем более легких грузовместимость будет недостаточной, а поэтому грузоподъемность будет недоиспользоваться. И, наоборот, если проектировать судно под легкий груз, при перевозке более тяжелых грузовместимость будет избыточной. И в том и другом случаях это отрицательно скажется на экономических показателях работы судна. В этой связи важно иметь в виду, что при проектировании универсального сухогрузного судна, предназначаемого для перевозки различных грузов, величину удельного погрузочного объема следует принимать по наибольшему из значений тех грузов, перевозка которых предусматривается на судне. Однако следует отметить, что если груз с наибольшим удельным погрузочным объемом составляет незначительную долю в составе всех перевозок грузов на рассматриваемой линии или воднотранспортном бассейне, то величина удельной кубатуры судна должна обосновываться специальным технико-экономическим расчетом. Для универсальных судов, предназначенных для перевозки тарно-штучных грузов, удельный погрузочный объем следует принимать не менее 2,3¸2,4 м³/т, а при перевозке контейнеров – порядка 4 м³/т. однако следует при этом учитывать, что часть контейнеров может перевозиться на люковых крышах.

Одним из частных решений системы уравнений (11.6)–(11.3) с целью определения главных элементов грузового судна является путь, в соответствии с которым масса судна первого приближения определяется по уравнению масс, в котором масса корпуса выражена с использованием кубического модуля, а мощность главных двигателей – по формуле адмиралтейского коэффициента.

где Y _к – измеритель массы корпуса, м³/т; L, B, H – расчетная длина, ширина и высота борта, м; – измеритель массы механизмов, т/кВт; q – удельный расход топлива главными двигателями за время между бункеровками, т/кВт; v – скорость хода судна, км/ч; Са – адмиралтейский коэффициент; DW ° – чистый дедвейт, т; D – относительная величина запаса водоизмещения.

Величина кубического модуля LBH предварительно находится из одной из разновидностей уравнения грузовместимости, например:

 

 

где Р _гр – грузоподъемность судна, т; m – удельный погрузочный объем груза, м³/т; x – коэффициент, учитывающий неравномерность размещения груза; l _тр – относительная длина трюма; c _н – коэффициент, учитывающий потери объема трюмов в связи с наличием набора, второго дна и двойных бортов; d _тр – коэффициент полноты корпуса в районе грузовых трюмов; l _к, b _к, h _к – относительная длина, ширина и высота комингсов грузовых люков.

Определив водоизмещение (массу) судна, его главные размерения L, B, T находят по уравнению масс и плавучести (11.7). высоту же борта следует вычислять исходя из полученного значения кубического модуля

 

(11.19)

 

Далее, исходя из общих принципов, следует рассчитать мощность главных двигателей, составляющие нагрузки масс и уточненное водоизмещение судна.

Суда для перевозки лесных грузов следует проектировать с учетом «Технических условий погрузки и выгрузки лесных грузов». Важным моментом при проектировании этих судов так же, как и других, перевозящих подобные грузы на палубе, является обеспечение достаточной видимости из ходовой рубки. Длина непросматриваемой зоны может быть определена из очевидных геометрических представлений (рис. 11.4):

 

(11.20)

 

где L _м – величина непросматриваемой зоны, м; h _ш – высота штабеля леса (груза), размещенного на палубе, м; Н _нб – высота надводного борта, м.

 

 

Рис. 11.4. К расчету величины непросматриваемой зоны

 

Смысл остальных величин, входящих в формулу (11.20), ясен из рис. 11.3 и определяются они по эскизу бокового вида судна. Возвышение глаза судоводителя над штабелем палубного груза h _б равняется

 

h в = n л h л + 1,7 – h ш ,

(11.21)

 

где n _л h _л –число ярусов надстройки и высота одного яруса.

Здесь принято, что возвышение глаза судоводителя над палубой рубки составляет 1,7 м.

Зависимость (11.20) позволяет определить при заданной длине непросматриваемой зоны L _м необходимое возвышение рубки проектируемого судна над штабелем палубного груза или допустимую высоту последнего h _ш.

Значение непросматриваемой зоны характеризуется так называемым критерием видимости:

 

(11.22)

 

где К _вд – критерий видимости; L – расчетная длина судна.

Численные значения наибольшей величины критерия видимости судов внутреннего плавания составляют: 0,75 ¸ 1,0; 1,0 ¸ 1,25; 1,25 ¸ 1,5 соответственно для судов классов «Л», «Р» и «О» (а также «М»). Нижний предел относится к пассажирским судам, верхний – к сухогрузным. Для танкеров рекомендуется принимать значения, близкие к нижнему пределу. Для грузовых судов при оценке К _вд можно использовать зависимости, приведенные на рис. 11.2.

Для составных теплоходов так же, как и для толкаемых составов, величина К _вд исчисляется исходя из суммарной длины входящих в них судов.

Ограничения, накладываемые габаритами судового хода, лимитируют размеры и грузоподъемность судов внутреннего плавания. В соответствии с Правилами шлюзования длина судна должна быть меньше длины шлюзовой камеры. Правилами шлюзования на каждых гидротехнических сооружениях устанавливаются максимальные размеры шлюзуемых судов. При отсутствии таких данных максимальную длину судна в зависимости от длины шлюзовой камеры можно принять, руководствуясь данными табл. 11.2.

Таблица 11.2