Определение главных размерений и водоизмещения

 

Выбор главных размерений буксиров и толкачей является одним из важных вопросов проектирования. От правильного решения этого вопроса зависят компоновка помещений, тяговые, маневренные и мореходные качества судов, их стоимость постройки и эксплуатационно-экономические показатели.

Определяющим фактором при выборе главных размерений буксиров и толкачей является необходимость размещения главных двигателей, жилых и служебных помещений. Такой подход к определению главных размерений объясняется тем, что сопротивление воды движению буксира (и тем более толкача) в полном сопротивлении состава является незначительным. Вместе с тем буксиры и толкачи должны обладать необходимым упором ДРК, обеспечивающим движение состава. С этой точки зрения главные размерения и особенно форма корпуса влияют на ходкость состава. Именно поэтому на буксирах и толкачах делаются плавные кормовые обводы корпуса, обеспечивающие хорошее подтекание воды к движителю, а, следовательно, и его упор.

Главные размерения буксиров и толкачей могут быть определены традиционным способом – решением уравнения масс и плавучести. Однако, учитывая, что сопротивление буксиров и толкачей существенно не влияет на полное сопротивление состава, то их главные размерения, как правило, определяют из условия размещения на судах необходимых помещений. Поэтому на начальных стадиях проектирования для определения главных размерений буксирных судов можно воспользоваться эмпирическими зависимостями, полученными в результате обработки данных по построенным и спроектированным судам.

Ориентировочная длина буксиров-толкачей и толкачей, предназначенных для работы на магистральных реках, может быть определена в зависимости от мощности СЭУ по формуле [15]:

 

, м

(13.20)

 

где N_т – мощность СЭУ, л.с.; А – коэффициент, зависящий от выбранного типа главных двигателей: для высокооборотных двигателей он равен 9–15, для среднеоборотных двигателей (275–500 об/мин) с наддувом – 18–24 и без наддува – 25–28.

Ширину буксиров-толкачей и толкачей можно вычислить по формуле:

 

, м

(13.21)

 

где С – коэффициент, зависящий от выбранного типа двигателей: для высокооборотных двигателей он равен 4–5,7, для среднеоборотных двигателей (275-500 об/мин) с наддувом – 5–6 и без наддува, а также дизель-электрических установок – 6–7. Большие значения С относятся к буксирам-толкачам.

Ширина толкача может быть определена и из соотношения L/B, принятого для данного типа буксирного судна.

Для толкачей и буксиров внутреннего плавания, у которых диапазон изменения В/Т довольно значительный, величину осадки (Т) можно оценить в первую очередь по мощности на валу, с учетом установки гребных винтов оптимального диаметра. Полученное значение осадки следует сравнить с гарантированными глубинами реки, на которой планируется эксплуатация судна, с учетом требований по запасу воды под днищем.

За расчетное значение следует принимать осадку максимально допустимую условиями плавания, поскольку от ее значения во многом зависят тяговые характеристики буксирного судна.

Для буксиров и буксиров-толкачей, предназначенных для плавания на малых реках, длину и ширину корпуса можно определить по следующим формулам [15]:

 

, м , м

(13.22)

 

где S _эк – минимально необходимая площадь жилых помещений, приходящаяся на одного члена экипажа; n _эк – численность экипажа; а _м – коэффициент, зависящий от типа главных двигателей: для высокооборотных двигателей – 0,48; для среднеоборотных двигателей без наддува – 1,3, а с наддувом – 1,05.

Высота борта буксирных судов во многом зависит от расположения в корпусе служебных помещений или от вертикального габарита главных двигателей. Ее расчетное значение принимается минимально возможным с учетом обеспечения необходимой высоты надводного борта, установленной Правилами РРР.

Полученные главные размерения уточняются при разработке эскиза общего вида и расположения помещений.

Исходя из мощности СЭУ и выбранных главных размерений, ведется постатейный расчет водоизмещения буксирного судна.

 

Особенности формы корпуса

 

Сложность выбора формы корпусов заключается в том, что ходовое время буксирных судов включает разные режимы движения: свободный ход без состава, движение с порожними и гружеными составами.

Каждому режиму движения соответствуют определенные относительные скорости : для свободного хода до 0,29–0,36; при движении с порожними составами до 0,1–0,11; с груженными составами до 0,08–0,1. При таком широком диапазоне скоростей, а также при движении судов на различных глубинах, включая мелководье, буксирные суда должны иметь соответствующую форму корпуса.

Решая эту задачу, проектанту необходимо обеспечить соответствие формы корпуса буксирных судов району плавания и назначению, а также специфическим условиям эксплуатации.

Анализ показывает, что коэффициенты полноты корпуса у буксирных судов изменяются в незначительном диапазоне и он существенно меньше, чем у грузовых судов. Например, коэффициент полноты водоизмещения буксиров и толкачей внутреннего плавания изменяется в пределах от 0,45 до 0,69. Такие, сравнительно небольшие, значения коэффициента d обусловлены наличием туннельных и полутуннельных обводов в корме.

Для определения коэффициента полноты водоизмещения на начальных стадиях проектирования можно воспользоваться одной из эмпирических формул, например:

 

,

(13.23)

гдеv – скорость свободного хода, узл.; k – числовой коэффициент, равный: для рейдовых и шлюзовых буксиров – 0,17–0,23; для толкачей и буксиров класса «О» – 0,17–0,20; для толкачей и буксиров класса «Р» и «Л» – 0,15–0,20.

Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута линейных буксиров и толкачей изменяется в пределах от 0,84 до 0,94, а рейдовых судов классов «Р» и «Л» – от 0,93 до 0,99.

Коэффициент полноты площади ватерлинии для буксиров и толкачей изменяется в диапазоне от 0,77 до 0,95. Цилиндрическая вставка речных буксирных судов незначительная. Она составляет от 5 до 35% расчетной длины корпуса.

Формы носовой и кормовой оконечностей буксиров и толкачей определяются условиями эксплуатации. Как правило, корпуса буксиров и толкачей имеют лекальные плавные обводы.

По сравнению с буксирами форма носовых оконечностей толкачей характеризуется большим развалом шпангоутов выше КВЛ. Это конструктивное решение вызвано необходимостью размещения в носовой оконечности упоров.

Специфика условий эксплуатации буксирных судов влияет и на обводы кормовой оконечности, связанные с компоновкой различных типов движителей. Например, на большинстве буксиров и толкачей кормовые обводы корпуса имеют туннельные образования. Их использование позволяет обеспечить максимальный диаметр гребного винта и защиту его от посторонних предметов.

Большинство отечественных буксиров и толкачей имеет одновальные и двухвальные ДРК. Это обстоятельство также влияет на форму кормовой оконечности.

При проектировании формы кормовой оконечности толкачей необходимо:

- обеспечить свободное подтекание воды к гребному винту как из под днища, так и с бортов. При этом для судов, работающих на малых реках необходимо обеспечить прежде всего подтекание воды с бортов;

- предусмотреть плавный сбег потока воды;

- исключить попадание воздуха в движитель как на переднем, так и на заднем ходу при всех рабочих осадках, а также при ходе судна на волнении;

- по возможности избегать применения палубной линии в корме в «виде транца».

Подводя итог рассмотрения особенностей проектирования буксиров и толкачей, необходимо выделить три главных требования, которым должны быть подчинены новые проектные решения. В первую очередь должны быть обеспечены:

- высокий упор движителей;

- управляемость судна при ходе состава как в полном грузу, так и порожнем;

- необходимая видимость из рулевой рубки при ходе с составом (для толкачей).