Уравнение вместимости

После определения водоизмещения D проектант должен выбрать в первом приближении главные размерения и форму корпуса, обеспечивающие выполнение всех требований к мореходным и эксплуатационным качествам судна.

Одним из таких качеств является вместимость W. В корпусе судна, имеющем размерения L, B, H должны разместиться помещения, объёмы которых на этой стадии проектирования можно определить достаточно точно.

К таким объёмам относятся (рисунок 11):

- объём грузовых помещений (грузовместимость);

- объём помещения судовой энергетической установки (машинного отделения);

- объём цистерн судовых энергетических запасов;

- объём цистерн пресной воды для экипажа;

- объём балластных цистерн;

- объём других помещений (сухих отсеков).

Так как главные размерения судна описывают теоретические размеры судна, вышеперечисленные объемы также должны быть представлены в виде необходимой теоретической вместимости

W_т = k_i W_треб,

где: W_треб – требуемый объём помещения;

k_i >1,0 – коэффициент, учитывающий вычеты из теоретической вместимости ΔW_i

- балласт

- СЭУ

- груз

- сухие отсеки

пресная вода

- СЭЗ

Рис. 11. Основные помещения, расположенные в корпусе судна

Теоретическая вместимость грузовых помещений W_{т гр} зависит от указанных в задании на проектирование судна полезной грузоподъёмности Р_гр и транспортной характеристики груза, определяющей его объём – удельной погрузочной кубатуры μ_гр (для сухих грузов) или плотности груза ρ_гр (для наливных грузов)

W_{т гр} = k_гр μ_гр Р_гр или W_{т гр} = k_гр Р_гр/ ρ_гр

Теоретическая вместимость помещений судовой энергетической установки W_{т сэу} может быть приближенно определена по формуле

W_{т сэу} = μ_сэуN,

где: N –мощность судовой энергетической установки, величина которой может быть первом приближении определенна после решения уравнения масс;

μ_сэу [м³/кВт] - измеритель объёма помещения судовой энергетической установки W_{т сэу}, отнесенный к мощности N. Величина μ_сэу может быть определена по данным судна-прототипа

μ_сэу = μ_сэу0 = W_{т сэу0}/ N₀

Теоретическая вместимость цистерн судовых энергетических запасов

W_{т сэз} может быть определена по формуле

W_{т сэз} = k_ц Р_сэз/ ρ_сэз,

где: Р_сэз – масса судовых энергетических запасов, определенная при решении уравнения масс;

k_ц >1,0 –коэффициент, учитывающий вычеты из теоретической вместимости;

ρ_сэз - плотность судовых энергетических запасов.

Теоретическая вместимость цистерн пресной воды W_{т пр. вод} может быть определена по формуле

W_{т пр. вод} = k_ц Р _{пр. вод} / ρ _{пр. вод}

Если учесть, что набор цистерн пресной воды, как правило, обращён наружу, поэтому k_ц = 1, а пресная вода имеет плотность ρ _{пр. вод} = 1,0 т/м³, можно в первом приближении считать, что теоретическая вместимость численно равна массе пресной воды:

W_{т пр. вод} = Р _{пр. вод}

Теоретическая вместимость балластных цистерн W_{т бл} на этом этапе проектирования судна может быть задана в долях от грузовместимости на основании исследований вместимости судов-прототипов

W_{т бл} = k_бл W_{т гр}

В среднем для транспортных судов k_бл ≈ 0,25 ÷ 0,35.

Помимо вышеперечисленных объёмов в основном корпусе судна располагаются сухие отсеки.

К ним относятся помещения судовых устройств (цепные ящики, румпельное отделение, помещение подруливающего устройства), помещения судовых систем (насосные отделения, коридоры труб и т.п.), общесудовые кладовые, сухие отсеки и коффердамы (помещения, отделяющие друг от друга такие помещения, которые не должны располагаться рядом друг с другом, например, цистерны воды и топлива).

Объёмы этих помещений на этапе выбора главных размерений можно приближённо учесть умножением суммарной теоретической вместимости ∑W_{т i} на коэффициент сухих отсеков k_со>1,0. Величина коэффициента сухих отсеков для транспортных судов колеблется в пределах k_со = 1,04 ÷1,08.

Тогда общая требуемая теоретическая вместимость корпуса судна W_т

W_т = k_со ∑W_{т i} = k_со (W_{т гр} + W_{т сэу} + W_{т сэз} + W_{т пр. вод} + W_{т бл})

Геометрическое описание формы корпуса, в котором должны быть размещены объёмы W_т может быть представлено в виде:

W = δ_ппLBH,

где δ_пп – коэффициент общей полноты подпалубного объема корпуса судна.

Величину коэффициента общей полноты подпалубного объёма δ_пп можно определить, если экстраполировать зависимость изменения коэффициента общей полноты судна δ от осадки на всю высоту борта судна Н (рисунок 12):

.

Т

Н

Z

δ

δ

δпп

Δδ

δ=f(z)

Рис. 12. Определение величины коэффициента полноты

подпалубного объёма корпуса δ_пп = δ + Δδ

Уравнение вместимости приобретает окончательный вид:

δ_ппLBH = k_со (W_{т гр} + W_{т сэу} + W_{т сэз} + W_{т пр. вод} + W_{т бл}),

где левая часть представляет собой упрощенное геометрическое описание всего корпуса судна, а правая – требуемую суммарную вместимость помещений в основном корпусе судна.

В уравнении вместимости имеется несколько неизвестных: δ_пп, L, B и H. Величины δ_пп, L и B определяют объём подводной части и непосредственно связаны с водоизмещением судна D. При известных δ_пп, L и B высота борта Н, найденная при решении уравнения вместимости, обеспечит будущему судну необходимую вместимость основного корпуса.

Так как все качества судна взаимосвязаны, для определения основных элементов судна δ_пп, L, B, Т и H наиболее целесообразным является совместное решение уравнений теории проектирования судов, описывающих мореходные и эксплуатационные качества судна.