Основные сведения о конструкциях мидель-шпангоута сухогрузного судна

В эксплуатации судно подвергается действию внешних сил [1-4]. Это силы массы судна и нагрузки на нём с одной стороны и силы поддержания - гидростатического давления - со стороны днища и бортов. Обе силы направлены в противоположные стороны и уравновешивают друг друга. По длине судна эти силы распределены неравномерно. Например, в трюмах, расположенных в средней части судна, груза больше, чем в концевых трюмах, особенно в первом. При полной загрузке судна генеральным грузом форпик и ахтерпик часто бывают пустыми. Главный двигатель занимает небольшую площадь в машинном отделении, но масса его значительна. Однако общая масса механизмов в машинном отделении обычно меньше, чем масса груза в полностью загружённом трюме.

Силы поддержания также неравномерно распределены по судну. Их интенсивность зависит от величины вытесняемых объектов, которые постепенно уменьшаются от середины судна к оконечностям при плавании судна на тихой воде и непрерывно изменяются в условиях волнения.

Под действием внешних сил (массы и поддержания) корпус судна изгибается подобно призматической балке в продольной вертикальной плоскости, поперечной горизонтальной плоскости и испытывает кручение. Наибольшую деформацию корпус судна испытывает в продольной вертикальной плоскости под действием вертикальных составляющих внешних сил. Такая деформация называется общим продольным изгибом судна, который наблюдается при плавании судна, как на тихой воде, так и на волнении. Характер деформации корпуса при общем изгибе зависит от направления и распределения действующих внешних сил.

Общую деформацию корпуса в продольной вертикальной плоскости, при которой палуба сжимается, а днище растягивается, называют прогибом. И наоборот, общую деформацию корпуса, при которой палуба растягивается, днище сжато, называется перегибом.

На тихой воде характер общей деформации корпуса обычно сохраняется в течение всего рейса, если распределение основных грузов или балласта постоянно. Изменяется только степень кривизны корпуса в диаметральной плоскости по мере расхода топлива и запасов. На волнении общая деформация корпуса изменяется циклически много раз: прогиб корпуса чередуется с перегибом. Прочность корпуса обеспечивается с учётом повторяемости нагрузок. Наибольший изгибающий момент действует в районе середины судна.

На сравнительно небольших судах (длиной до 100 метров) величина изгибающего момента от общего продольного момента изгиба корпуса сравнительно невелика. Определяющими для таких судов являются местные нагрузки: давление груза, воды, удары волн, удары льдин и другие.

Размеры основных связей корпуса таких судов определяются, в основном, из условий обеспечения местной прочности, но они достаточны для обеспечения общей прочности судна. Общая продольная прочность судов длиной до 100 метров обеспечивается при сравнительно небольших толщинах наружной обшивки и настила верхней палубы.

Местная прочность корпуса легко обеспечивается при поперечной системе набора перекрытий. (Перекрытие - конструкция, состоящая из оболочки, подкрепленной набором (балками)). При этой системе большинство балок корпуса (балки главного направления) располагаются поперёк судна на расстоянии шпации одна от другой (рис.1.1).

Размер шпации определяется по Правилам Российского Регистра Судоходства [] в зависимости от длины судна.

Поперечная система набора сравнительно проста и экономична.

С увеличением длины изгибающий момент от общего продольно изгиба судна резко возрастает. Значительно увеличиваются напряжения в листах настила верхней палубы и обшивки днища.

Для обеспечения общей продольной прочности судна длиной свыше 100 метров при поперечной системе набора требуется значительное увеличение толщин листов настила верхней палубы и обшивки днища в связи с необходимостью обеспечить устойчивость этих листов при сжатии палубы и днища. Для уменьшения массы корпуса судов длиной более 100 метров применяют обычно продольную систему набора палубы и днища (двойного дна), а иногда и борта в верхней части. При продольной системе набора большинство балок располагается вдоль судна. На таких судах для бортов, нижних палуб и оконечностей применяется поперечная система набора, так как в этих районах преобладают местные нагрузки. Система набора корпуса судна, при которой отдельные перекрытия набираются по продольной и поперечной системам, называется комбинированной.

В данной работе рассматриваются однопалубные суда, и для всех судов применяется поперечная система набора.

Пояснительная записка начинается с изложения исходных данных.

Затем указывается система набора корпуса судна и материал корпуса.

Для судов небольшой длины (до 120 м) применяется обычно сталь углеродистая судостроительная марки ВМЗспП /6/ с пределом текучести =235 МПа

2Общие методические указания

Прежде чем приступить к выполнению задания студент обязан по конспекту лекций и рекомендованной литературе ознакомиться с основными конструктивными элементами мидель-шпангоута судна.

Здесь следует обратить внимание на следующие вопросы:

1) Суда, для которых необходимо устройство двойного дна согласно требованиям Регистра Российского Судоходства.

2) Назначение двойного дна.

3) Предельное значение высоты двойного дна и его протяженность.

4) Элементы набора днищевых перекрытий судов.

5) Элементы набора бортовых перекрытий судов.

6) Элементы набора палубных перекрытий судов.

7) Поперечная, продольная и смешанная системы набора.

8) Виды флоров.

9) Выбор числа стрингеров.

10) Продольная и поперечная шпация.

1-наружная обшивка днища; 2-вертикальный киль; 3-горизонтальны киль; 4-сплошной флор; 5-днищевой стрингер; 6-вырез во флоре; 7-ребро жесткости флора; 8-скуловая кница; 9-междудонный лист настила второго дна; 10-шпангоут трюмный; 11-бимсовая кница; 12-бимс нижней палубы; 13-твиндечный шпангоут; 14-карлингс (вертикальный лист); 15-бимс верхней палубы; 16-комингс люка; 17-стенка фальшборта; 18-планширь; 19-стойка фальшборта; 20-поперечная переборка; 21-стойка переборки; 22-настил верхней палубы; 23-палубный стрингер; 24-рамная стойка переборки; 25-ширстрек; 26-наружная обшивка борта; 27-стенка комингса люка; 28-усиленный лист настила палубы; 29-стойка комингса люка; 30-ребро жёсткости комингса люка; 31-горизонтальная полоса карлингса; 32-полупереборка гофрированная; 33-пиллерс; 34-кница твиндечного шпангоута; 35-бракета; 36-кница стойки переборки; 37-бортовой стрингер; 38-настил второго дна.   Рисунок 1.1 - Поперечная система набора сухогрузного судна

3 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

3.1 Назначить прочные размеры конструктивных элементов мидель-шпангоута.

3.2 Вычертить конструктивный мидель-шпангоут в масштабе 1:25 и составить пояснительную записку.

3.3 В качестве исходных данных для выполнения задания служат главные размеры судна: - длина расчётная, м;

- ширина, м;

- высота борта, м;

- осадка, м.

Кроме главных размерений судна, выдаваемых каждому студенту индивидуально, задаётся ряд других исходных данных, а именно:

1)радиус скругления скулы , мм;

2) толщина флора , мм;

3) размер шпангоута и бимса – сталь прокатная - полособульб несимметричный для судостроения, например, (рис.2);

4) размер карлингса: вертикальный лист (высота и толщина, мм) и горизонтальная полоса (ширина и толщина, мм);

5) толщина настила палубы , мм;

6) толщина наружной обшивки борта и днища , мм;

7) размер горизонтального киля (мм): толщина и ширина ;

8) размер ширстречного листа (мм): толщина и ширина ;

9) толщина настила второго дна, , мм;

10) размер крайнего междудонного листа (мм): толщина и ширина ;

11) ширина люкового выреза ,м.

а) ; б) Рисунок 3.1 - Полособульб несимметричный

4 Расчёт основных связей конструктивного мидель-шпангоута

Расчёт производится по формулам из Правил Российского Регистра Судоходства [].

4.1 Выбираем судостроительную сталь марки ВМЗспП с пределом текучести

.

4.2 Шпацию в средней части судна определяют по формуле

, м

и округляют до ближайшей величины, равной 500; 550; 600; 700; 750; 800; 900 мм.

- длина судна, м.

Записывается принятая величина шпации.

4.3 Вертикальный киль

Вертикальный киль должен быть непрерывен и продлен как можно дальше в нос и корму к штевням.

Высота вертикального киля определяется по эмпирической формуле

, м,

где - длина судна, м.

Полученную высоту вертикального киля необходимо округлить до 50 мм и принять не менее 800 мм. Например, 800, 850, 900, 950 и т.д.

Запись производится так: Принимаем = 850 мм.

Толщина вертикального киля определяется по формуле

, мм,

где - высота вертикального киля, мм.

В эту формулу подставляется принятое значение , а результат округляется до толщины листа, выпускаемо промышленностью /3/. В настоящее время промышленность выпускает листы толщиной: 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 9,0; 10,0; 11,0; 12,0; 13,0; 14,0; 15.0; 16,0; 17,0; 18,0; 19,0; 20 мм.

Записывается принятая толщина листа .

4.3 Днищевые стрингеры

Число днищевых стрингеров определяется в зависимости от ширины судна.

При поперечной системе набора ставятся по одному стрингеру с каждого борта при 8 < В ≤ 16 и по два стрингера при 16 < В ≤ 25.

Записывается принятое число днищевых стрингеров.

Толщина днищевого стрингера равна толщине флора .

Записывается принятая толщина днищевого стрингера.

4.4 Флор

На флоре высотой более 900 мм должны быть поставлены рёбра жёсткости. При поперечной системе набора расстояние между рёбрами жёсткости должно быть не более 1,5 м. Указать размер ребер жесткости: толщину и высоту , приняв толщину ребра жесткости равной толщине флора , а высоту , но не более 90 мм.

Пример.

=8 мм. Тогда =8 мм. мм.

Указываются принятые размеры ребер жесткости.

Вырезы во флоре.

Для доступа в междудонное пространство (осмотре, ремонте) во флоре вырезаются лазы. Минимальная высота лаза 350 мм, минимальная длина 450 мм. Лазы располагаются посередине высоты флора, при этом вырезается не более 0,5 высоты флора в данном сечении. Желательно увеличение размеров лазов по сравнению с минимальными для облегчения флоров и корпуса в целом. Длину лаза можно увеличить таким образом, чтобы расстояние между лазами было не менее длины лаза. Отстояние кромки лаза от вертикального киля должно быть не менее 0,5 высоты вертикального киля. Отстояние кромки лаза от днищевого стрингера и рёбер жёсткости флора должно быть более 0,25 высоты флора в данном сечении.

Записываются принятые размеры вырезов.

Междудонное пространство используется для приёмки балласта и технической воды. Кроме того, при доковании судна проверяется непроницаемость отсеков двойного дна наливом воды. Для выхода воздуха из отсеков двойного дна в атмосферу предусмотрены воздушные трубы, выходящие на верхнюю палубу. В верхней части флоров у настила второго дна для выхода воздуха при заполнении отсека двойного дна жидкостью предусматриваются вырезы полукруглые диаметром 50 мм или овальной формы размером 50×100 мм (Приложение 1). Для возможности осушения отсека во флорах выполняются аналогичные вырезы у обшивки днища.

4.5 Скуловая кница

Скуловая кница служит для соединения шпангоута с флором.

Высота скуловой кницы

, м,

где – пролёт шпангоута, м.

,

где - высота вертикального киля, м.

Полученная высота скуловой кницы округляется до 10 мм.

Ширина скуловой кницы

, мм,

где - высота профиля шпангоута (по заданию), м.

Записываются размеры скуловой кницы в мм.

4.5.1 Фланец скуловой кницы

Если высота скуловой кницы ≥ 250 мм, необходимо предусмотреть фланец по свободной кромке кницы для обеспечения её жёсткости – отогнутую свободную кромку под углом ~ 90° шириной 100 мм.

4.6 Междудонный лист

На современных судах в трюмах междудонный лист выполняется горизонтальным. Он превышает ширину скуловой кницы на 40 мм.

Междудонный лист подвержен интенсивной коррозии, поэтому его толщина принимается на 1 мм толще остальных листов настила второго дна .

Записываются размеры междудонного листа в мм.

4.7 Бимсовая кница

Бимсовая кница служит для соединения бимса и шпангоута и имеет два одинаковых катета .

Величина катета бимсовой кницы принимается равной

, мм,

Где - высота профиля бимса (по заданию), мм.

Толщина бимсовой кницы равна толщине стенки бимса, определяемой по сортаменту в зависимости от номера профиля.

Записываются принятые размеры бимсовой кницы.

4.7.1 Фланец бимсовой кницы

Если катет бимсовой кницы ≥ 250 мм, необходимо предусмотреть фланец по свободной кромке кницы для обеспечения её жёсткости – отогнутую свободную кромку под углом ~ 90° шириной 100 мм.

4.8 Наружная обшивка

Ширстрек – верхний усиленный лист обшивки борта.

Записываются размеры ширстрека (по заданию).

Горизонтальный киль - усиленный лист обшивки днища. Располагается в диаметральной плоскости (ДП).

Записываются размеры горизонтального киля (по заданию).

4.9 Настил палубы

Если толщина обшивки борта больше толщины настила палубы, крайний лист настила, примыкающий к борту, называемый палубным стрингером, должен быть усилен, т.е. необходимо определить размеры палубного стрингера.

Ширина палубного стрингера равна ширине горизонтального киля

= .

Толщина палубного стрингера принимается равной толщине обшивки борта

= .

Примечания.

1) Остальные размеры следует принять конструктивно, как показано на чертеже (см. Приложение 1).

2) Все размеры на чертеже указываются в мм.

5 ПОСТРОЕНИЕ ЧЕРТЕЖА КОНСТРУКТИВНОГО МИДЕЛЬ-ШПАНГОУТА

Чертёж мидель-шпангоута выполняется в масштабе 1:25, либо 1:20 или 1:10 в зависимости от размеров и , чтобы чертеж разместился на листе формата А2.

Вычерчивается рамка, штамп.

На поле чертежа намечается четырёхугольник со сторонами и в принятом масштабе так, чтобы осталось место для необходимых размеров у палубы, борта и днища (см.Приложение 1).

Заданным радиусом вычерчивается скула.

В диаметральной плоскости необходимо отложить и провести горизонтально настил второго дна.

Затем намечается место установки днищевого стрингера (стрингеров): при одном днищевом стрингере – примерно посредине днищевого перекрытия; при двух – на равных расстояниях один от другого и от вертикального киля.

Рёбра жёсткости флора устанавливаются так, чтобы неподкреплённый пролёт флора не превышал 1,5 м, для чего при необходимости следует сместить стрингеры. Одно из рёбер жёсткости должно располагаться непосредственно под концом скуловой кницы.

Ширина скуловой кницы откладывается от кромки настила второго дна в районе скулы.

Катет бимсовой кницы «С» откладывается от свободных кромок шпангоута и бимса.

Горизонтальный киль проходит посредине судна. Поэтому необходимо отложить от ДП по 0,5 на оба борта.

Ширина ширстрека откладывается от линии палубы.

Остальную обшивку борта и днища необходимо разбить на листы, ширина которых может быть принята 1600 мм, 1800 мм или 2000 мм /3/, таким образом, чтобы в районе скулы оставался целым лист. Среди листов наружной обшивки один лист обшивки днища и один лист обшивки борта может быть принят меньшим 1600 мм, но не менее 500 мм. Показать условные обозначения пазов сварных швов и принятые размеры листов.

На настиле второго дна от обшивки борта откладывается междудонный лист. В средней части от ДП откладывается половина любого стандартного листа на каждый борт. Оставшийся участок настила разбивается на стандартные листы аналогично описанному выше. Проставляются условные обозначения сварных швов и принятые размеры листов.

Все необходимые построения и размеры показаны в Приложении 1.

6 НАНЕСЕНИЕ НАИМЕНОВАНИЙ И РАЗМЕРОВ ОСНОВНЫХ СВЯЗЕЙ КОРПУСА

На построенном студентом чертеже половины мидель-шпангоута сухогрузного судна нанести наименования и размеры основных связей корпуса на выносных тонких линиях, как показано на рисунке Приложения 1. Выносные линии не должны пересекаться между собой и с показанными на чертеже размерными линиями.

Например, толщина флора по заданию 8 мм. На чертеже запись будет такой:

Над выносной линией следует указать размер связи , под выносной линией записать текст «флор». Точка выносной линии показывается на связи, к которой эта запись относится.

Если связи должны обозначаться двумя размерами, они указываются рядом посредством знака умножения. Первой указывается толщина связи, затем ее высота либо ширина.

Например, высота вертикального киля =1200 мм, толщина =12 мм.

Необходимо записать

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жинкин В.Б. Теория и устройство корабля.- С.-Петербург: Судостроение, 2000. С. 295-301.

2. Горячев А.М., Подругин Е.М. Устройство и основы теории морских судов. – Л.: Судостроение, 1989. С. 43-92.

3. Российский Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. С-П.: Транспорт, 2005.

4. Фрид Е.Г. Устройство судна. Л.: Судостроение, 1989. 330 с