Проектирование судна-танкера

метки: Основа, Танкер, Кораблестроение, Толщина, Конструкция, Поперечный, Днище, Правило

Рассматриваемое в курсовом проекте судно имеет класс Регистра судоходства. Нефтеналивное судно или танкер — морское судно, предназначенное для перевозки наливом сырой нефти и нефтепродуктов с температурой вспышки 600 и выше.

Судно входит в группу неарктических категорий для плавания в замерзающих неарктических морях.

Район плавания судна неограничен.

По архитектурно-конструктивному тип танкера — однопалубное полнонаборное судно с МО, расположенным в корме. Грузовая часть находится в средней части танкера и делится поперечными переборками на грузовые отсеки, называемые грузовыми танками. Часть танка отводят для водяного балласта, который судно всегда принимает в порожнем обратном рейсе. В районе грузовых танков применяются гофрированные переборки. По сравнению с плоскими они имеют меньшую массу и трудоемкость при изготовлении, а благодаря меньшему количеству труднодоступных мест значительно облегчают мойку танков. Гофры продольных переборок располагают всегда горизонтально, поперечных — вертикально или горизонтально.

В нос от машинного отделения располагают насосное отделение с грузовыми насосами для разгрузки судна. Для сообщения между кормовой надстройкой и палубой бака, на которой расположено якорно-швартовное устройство, оборудуют переходный мостик.

Грузовые отсеки на танкерах в противопожарных целях отделяют коффердамами от МКО и сухогрузного трюма. Заменой коффердамов могут служить насосные отделения, балластные и топливные цистерны.

В качестве главного двигателя использована дизельная установка.

Объем автоматизации механической установки самоходного судна позволяет ее эксплуатацию одним оператором из ЦПУ без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях.

Грузоподъемность данного танкера 15 000 т.

Установленное оборудование, судовые устройства удовлетворяют требованиям международных конвенций СОЛАС-74/78 и МАРПОЛ-73/78. Для выполнения этих требований на танкере предусмотрены отсеки для чистого балласта, цистерны сбора льяльных вод и сепаратор для их очистки, цистерна сбора моечной воды, системы контроля и автоматического регулирования слива за борт загрязненных вод, мусоросжигательная печь и биологическая установка для обработки фановых и сточных вод.

Скорость хода танкера 12−16 уз.

Цель процесса проектирования конструкций — создание надежных технологических конструкций, обеспечивающих нормальное функционирование судна как транспортного средства и необходимые экономические показатели при его постройке и эксплуатации.

Расчёт грузового плана судна

... судна. Корпус судна разделён на некоторое количество водонепроницаемых отсеков, палубами и переборками. Переборки это стальные вертикальные стенки, идущие вдоль и поперёк судна. Корпус судна состоит из машинного отделения, грузовых ... корпуса судна и остойчивости судна, по этому погрузка руды на неспециализированные суда должна производиться с точным соблюдением грузового плана. Железорудные ...

В настоящей работе элементы основных конструкций корпуса выбираются на основании общих рекомендаций «Правил классификации и постройки морских судов» Российского Морского Судоходства 2011 года издания.

Все буквенные обозначения в настоящей работе приняты согласно Правилам Регистра.

1. Общая часть

1.1 Конструктивная специфика судна

1.1.1 Технические данные проектируемого судна

Проектируемое судно — танкер. Корпус судна должен соответствовать классу Регистра.

Главные размерения судна, основные характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Главные размерения судна, характеристики и их соотношения

Длина судна L, м	139,5
Ширина судна В, м	21,6
Высота борта судна D, м	11,2
Осадка судна d, м	8,6
Дедвейт DW, т
Водоизмещение ?, т
Коэффициент общей полноты	0,75
Класс Регистра по корпусу	ICE3
L/D, м	12,34
B/D, м	1,91
Нормальная шпация в пиках, мм
Нормальная шпация в переходном районе, мм
Нормальная шпация в цилиндрической вставке, мм

Согласно таблицы 1.1.1.1 Правил (часть II) судно с соотношениями L/D = 12.34 и B/D = 1,91 предназначено для эксплуатации в неограниченном районе плавания.

1.1.2 Определение шпации судна и разбивка судна на шпации

Рис. 1 Схема расположения районов по длине судна при определении нормальной шпации.

Согласно п. 1.1.3 Правил (часть II) нормальная шпация (расстояние между балками основного набора) в средней части судна

а0 = 0,002 L + 0,48, м,

где а0 — нормальная шпация, м; L — расчётная длина корпуса судна, м.

а0 = 0,2 139,5 + 0,48=0,759 м.

С учетом изложенного принимаем практическую шпацию:

— в средней части увеличенную по сравнению с расчетной

а0ср. ч. = 800 мм;

— в переходном районе

ап. р = а0 = 700 мм;

— шпация в пиках

аф = аахт = 600 мм.

Определим размер рамной шпации для различных районов рассматриваемого судна, приняв ее равной четырем обычным шпациям в средней части, двум в МО и переходном районе и оконечностях.

Имеем:

— в средней части судна

ар. н. ср. ч. = 4а0 ср. ч = 3800 = 3200 мм;

— в оконечностях

ар. н. окон. = 2а0 окон = 1200 мм;

— в переходном районе

ар. н. п. р. = 2а0 п. р = 2700 = 1400 мм.

Действуем согласно стандарту, рекомендующего следующие шпации в миллиметрах: 400, 500, 550, 600, 700, 800, 900, 1000, принимаем шпацию судна а0ср. ч. = 800 мм.

В форпике и ахтерпике шпация должна быть не более 600 мм, между переборкой форпика и сечением 0,2L (0,2 139 500 = 27 900?28000) в корму от носового перпендикуляра — не более 700 мм (переходный район).

1.1.3 Определение общего числа поперечных водонепроницаемых переборок и деление судна на отсеки

Согласно п. 2.7.1.3 Правил в танкере при длине 140,4 м и кормовым расположении машинного отделения должен быть не меньше 6 переборок, в том числе переборок форпика и ахтерпика.

В соответствии с п. 1.1.6.2 Правил:

1. Должна устанавливаться таранная переборка, которая должна быть водонепроницаемой до палубы надводного борта. Эта переборка должна располагаться от носового перпендикуляра на расстоянии не менее 5% длины судна или 10 м, смотря по тому, что меньше. 0,05L (0,5 139 500 = 6975мм);

2. расстояние от переборки ахтерпика до кормового перпендикуляра принимают с учетом конструкций дейдвудного устройства. Обычно на суднах данного типа оно составляет от 6 до 10 м;

7. должны устанавливаться переборки, отделяющие машинное помещение в нос и корму от грузовых и пассажирских помещений, которые должны быть водонепроницаемыми до палубы надводного борта.

Принимаем длину форпика и ахтерпика: Lфор = 9600 мм.

Lахт = 7200 мм.

Определяем длину машинного отделения по формуле:

Lмо = kL = 0,165 139 500 = 23 017,5 мм (22 400).

Коэффициент k определяем из схемы, показанной на рис.14

Чем больше длинна судна, тем менее коэффициент k.

nр. шп. МО = 23 166/ар. н. МО = 23 017,5/1600 = 14,38 р. шп.

Принимаем в машинном отделении 14 рамных шпаций.

Тогда Lмо = ар. н. МО 14 = 160 014 = 22 400 мм.

Примем длину переходного района по формуле:

Lп. р. = 0,2L-Lф = 0,2 139 500 — 9600 = 18 300 мм.

Так как ар. н. п. р. = 1400 мм., то по длине переходного района может уложиться

18 300/ ар. н. п. р. = 18 300/1400 = 13,07 р. шп.

Принимаем в переходном районе 14 рамных шпаций и соответственно:

Lп. р. = 140 014 = 19 600 мм.

Длина грузовых помещений (танков) в средней части судна:

Lср. ч. = L — (Lф + Lп. р. + LМО + Lахт) = 138 800 — (9600+19 600+22400+7200) = 80 000 мм.

Определим число и размеры танков.

Так как танкер имеет длину в промежутке 100 ч 200 м., продольная переборка не требуется, но по требованию преподавателя она все-таки будет.

Поэтому длину танка мы пересчитываем по формуле для танкеров, имеющих одну диаметральную переборку:

В соответствии с рекомендациями МАРПОЛ для двухкорпусных танкеров с одной диаметральной переборкой, максимальное расстояние между поперечными переборками, определяющее длину грузовых танков, должно быть не более

Согласно требованиям конвенций по предотвращению загрязнения с судов длина танков не должна быть более 0,2L, т. е. менее 27 760 мм.

Согласно табл.1.1.3.1 при длине L = 139,5 (138,8) м должно быть не менее 6 поперечных переборок. Этому числу переборок соответствует размещение по длине средней части четырех и более танков.

Таблица 1.1.3.1

Длина судна, м	До 65	65−85	85−105	105−125	125−145	145−165	165−185	Свыше 185
Общее число переборок	С МО в средней части								По согласованию с Регистром
	С МО в корме судна

Число рамных шпаций по длине средней части судна:

nр. шп. ср. ч =Lср. ч/ар. н. ср. ч. = 76 800/3200 =24 р. шп.

Согласно п. 2.7.1.5 если длина отсеков, предназначенных для перевозки жидких грузов и балласта более l> 0,13L (0,13 138 800 = 18 044мм) и/или b>0,6B (0,6

— 21 600=12960мм), то они являются предметом специального рассмотрения Регистра. С ними ссорится, у меня нет никакого желания, поэтому, примем по длине средней части 100 рамных шпаций. Разместим на ней 4 танка длинной 24 н. шп. и коффердам длинной 4 н. шп.

Таблица 2. Окончательно принимаем следующую длину отсеков, мм.

Наименование отсека	Длина отсека, мм	Число практических шпаций	Расположение по длине судна (номера концевых шпангоутов)	Отстояние кормовой переборки отсека от носового перпендикуляра, мм
Форпик		9600/600 = 16	0 — 16
Коффердам		2800/700 = 4	16 — 20
1 танк		16 800/700 = 24	20 — 44
2 танк		19 200/800 = 24	44 — 68
3 танк		19 200/800 = 24	68 — 92
4 танк		19 200/800 = 24	92 — 116
5 танк		19 200/800 = 24	116 — 140
Коффердам		3200/800 = 4	140 — 144
МО		22 400/800 = 28	144 — 172
Ахтерпик		7200/600 = 12	172 — 184
Итого:			;

Определяем местоположение миделевого сечения. Теоретическое местоположение мидель — шпангоута находится посредине длины судна:

XL/2 = 138 800/2 = 69 400 мм.

Практическое месторасположение определяется положением ближайшего к XL/2 шпангоута. Как видно из таблицы 2, искомый шпангоут находится в 4 танке. Определим номер этого шпангоута:

69 400 — 67 600 = 1800 мм.;

1800/800 = 2,25 шп.

Таким образом, мидель-шпангоут находится расстоянии 2 шпаций от кормовой переборки 3 танка. Следовательно,

x = 67 600 + 2 шп. = 67 600 + 8002 = 69 200 мм или

N = 92 + 2 = 94 шпангоут.

Рис. 2 Размеры и расположение помещений по длине судна

1.2 Выбор расчетного отсека и компоновка миделевого сечения судна

1.2.1 Определение положения мидель — шпангоута и расчетного отсека

Местоположение мидель — шпангоута мы определили еще в пункте 1.1.3 (см. выше).

XL/2 = 69 400 мм — теоретическое местоположение

x = 69 200 мм

N = 92 + 2 = 94 шпангоут — практическое.

Расчетным отсеком мы принимаем 4 танк.

1.2.2 Выбор системы набора перекрытий в средней части судна

Исходя из практики современного судостроения в отношении конструкции нефтеналивных судов, выбираем для проектируемого судна продольную систему набора для всего корпуса, а также устройство двойного дна и двойных бортов.

1.2.3 Компоновка и прорисовка конструкции мидель — шпангоута

Рис. 3 Вид сверху настил 2 дна условно не показан ЛБ — симметрично. Схема днищевого перекрытия.

Рис. 4 Схема ботового перекрытия

Рис. 5 Схема палубного перекрытия

Рис. 6 Схема расположения балок на судне

1.3 Выбор категории и марки судостроительной стали проектируемого судна

Выбор материала для корпуса судна имеет важное значение, так как обеспечивает его успешную работу в сложных условиях и в течение длительного времени. Правильный выбор материала позволяет избежать опасных повреждений конструкций и уменьшить вероятность катастрофических аварий, а также и последствия.

1.3.1 Выбор категории стали по Правилам Морского Регистра судоходства

Танкер проектируется с категорией ледового усиления Ice3. Выбор стали для элементов конструкции корпуса производим согласно Рис 7,8,9.

Рис. 7 группа связей

Рис. 8 группа связей II

Рис. 9 группа связей III

для различных групп связей, исходя из фактически принятой для данного элемента толщины и расчетной температуры конструкций.

Расчетная температура конструкций выражается через минимальную расчетную температуры окружающего воздуха ТА. Для ледовой категории Ice3 может быть принята температура равной TA= — 10 °C.

Правил РС

Для связей III группы ответственности (Ширстрек, палубный стрингер, скуловой пояс, листы настила верхней палубы в углах люков, непрерывные продольные комингсы ВП) TР = TA = — 10 °C по графику рис. 9 может быть принята сталь категорий А, А32, D, D32.

Для связей II группы ответственности [ледовый пояс (TР = 0,5TA = — 5°C), скуловой пояс при L > 150 м, поясья днища (TР = 0°C)] по графику рис. 8 может быть принята сталь категорий А, А32, B, D32.

Для связей I группы ответственности (Поясья бортовой обшивки, продольных переборок, за исключением верхнего пояса, обшивка и набор в виде сварных балок в районе I ледовых усилений судов, набор из катаного профиля судов ледового плавания) во всем диапазоне температур по графику рис. 7 может быть принята сталь категории А, A32.

При конструировании корпуса стали повышенной прочности (D32) будут применяться для основных связей, обеспечивающих продольную прочность. Для остальных элементов корпусных конструкций будем использовать стали категории А, А32.

Толщина элементов конструкций принята в учебных целях равной 15 — 20 мм для связей III группы и 8 — 15 для остальных связей.

С учетом этого определяем категорию стали для проектируемого судна, исходя из заданной ледовой категории судна (ICE3) и принятой толщины металла.

1 группа связей: С (толщина 8 — 15мм) — А; А32;

2 группа связей: С (толщина 8 — 15мм) — А; А32;

3 группа связей: С (толщина 15 — 20мм) — D; А32;

Исходя из возможных вариантов для всех конструкций принимаем судостроительную сталь повышенной прочности категории — А32.

1.3.2 Описание характеристик стали

Согласно Правилам Регистра данная марка стали имеет предел текучести В качестве расчетных характеристик материала конструкции корпуса принимаются:

расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям, который рассчитывается по формуле:

МПа, где

коэффициент использования механических свойств металла, определяемый в таблице (1.1.4.3) Правил Регистра.

Химический состав и механические свойства стали.

Химический состав и механические стали повышенной прочности определяются по таблице

раскисление — спокойная;

состояние поставки — с термомеханической обработкой (ТМ);

Химический состав — (см. табл.3)

Таблица 3. Химический состав в процентах (%)

Название	%	Название	%	Название	%
Cmax	0,18	Cumax	0,35	Nb	0,02 — 0,05
Mnmin	0,90 — 1,60	Сrmax	0,2	V	0,05 — 0,1
Сmax	0,18	Cumax	0,35	Nb	0,02 — 0,05
Mnmin	0,90 — 1,60	Crmax	0,2	V	0,05 — 0,1

Механические свойства при растяжении:

Временное сопротивление Rm, МПа 440 — 590;

Предел текучести ReH, МПа 315

Относительное удлинение А5, % 22;

испытания на ударный изгиб:

испытания, ;

Работа удара для продольных образцов, Дж 31;

Работа удара для поперечных образцов, Дж 22;

Минимальное относительное удлинение при испытаниях на растяжение стандартных образцов полной толщины от 10 до 30 мм находится в пределах (17 — 20) %.

2. Расчетная часть проекта — набор элементов судового корпуса по Правилам Морского Регистра судоходства 2011 г.

2.1 Конструкция и определение размеров конструктивных элементов наружной обшивки

Расчетной моделью листовых конструкций является пластина — часть полотнища, которая с четырех сторон ограничена опорным контуром, образованным балками судового набора, рис.10

Рис. 10 Пластины обшивки судовых перекрытий.

Пластины судового корпуса имеют четко выраженную прямоугольную форму с отношением большего и меньшего размеров опорного контура b/а > 2. Внешняя нагрузка на пластины представляется в виде равномерного нормального распределенного давления р, которая вызывает изгиб пластин по цилиндрической поверхности. Это дает возможность использовать при расчете пластин на изгиб упрощеннее зависимости.

2.2 Нагрузки на корпус

Нагрузки, действующие на корпус судна в условиях эксплуатации, включают нагрузки, связанные с воздействием моря, инерционных сил, вызываемых ускорениями при качке судна, нагрузки от воздействия жидких грузов.

2.2.1 Нагрузка от воздействия моря

Рис. 2.1.1 Схема распределения гидростатической и волновой нагрузки по периметру поперечного сечения судна.

Расчетное давление p, кПа, действующее на корпус судна со стороны моря, определяется по формулам:

— для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии,

p = pst + pw, кПа,

для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии,

p = pw = — 20,1 кПа,

где pst — статическое давление, кПа, определяемое по формуле:

pst = 10zi, кПа;

zi, — отстояние точки приложения нагрузки от летней грузовой ватерлинии, м;

pw — расчетное давление, обусловленное перемещениями корпуса относительно профиля волны, кПа, определяемое по формулам:

— для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии,

pw = pw0 — 1,5cw zi /d, кПа;

— для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии,

pw = pw0 — 7,5аx zi, кПа,

где

pw0 = 5cwavax = 58,70,6 = 26,1;

cw — волновой коэффициент, определяемый в зависимости от длины судна

cw = 10,75 — ((300-L) /100) 3/2 при 90 < L < 300 м;

cw = 10,75- ((300−140,4) /100) 3/2 =8,7

av= 0,8v0 (L/103 + 0,4) /+ l, 5;

av= 0,812 (140,4/103 + 0,4) /+ l, 5 = 1,93;

ах =0,267 (для средней части судна);

kx — коэффициент, равный 0,8 и 0,5 для поперечных сечений в нос и корму от миделя, соответственно;

х1 — отстояние рассматриваемого поперечного сечения от ближайшего (носового или кормового) перпендикуляра, м.

В любом случае произведение av ax должно приниматься не менее 0,6.

Расчетные нагрузки на обшивку днища:

p = pst + pw = 88+13,05 = 101,05кПа,

pst = 10zi = 108,8 = 88кПа;

pw = pw0 — 1,5cw zi /d = 26,1−1,58,78,8/8,8 = 13,05кПа.

Расчетные нагрузки на обшивку борта в районе 2-го дна:

p = pst + pw = 73+15,27 = 88,27 кПа,

pst = 10zi = 107,3 = 73 кПа;

pw = pw0 — 1,5cw zi /d =26,1−1,58,77,3/8,8 =15,27 кПа.

Внешнее давление на обшивку борта ниже летней грузовой ватерлинии (между летней ГВЛ и настилом 2-го дна):

p = pst + pw = 36,5+20,68 = 57,68 кПа,

pst = 10zi = 103,65 = 36,5 кПа;

pw = pw0 — 1,5cw zi /d =26,1−1,58,73,65/8,8 =20,68 кПа.

Внешнее давление на обшивку борта в районе летней грузовой ватерлинии:

Внешнее давление на обшивку борта выше летней грузовой ватерлинии (между летней ГВЛ и Верхней палубы):

pw = pw0 — 7,5аx zi = 26,1−7,50,71,85 = 16,38 кПа,

Внешнее давление на обшивку борта на уровне верхней палубы:

pw = pw0 — 7,5аx zi = 26,1−7,50,2672,4 = 21,29 кПа,

при этом давление должно быть не менее, кПа, определяемое по формуле:

= 0,03L+5 = 0,3 140,4+5 = 9,21 кПа. Условие соблюдается.

Распределение нагрузки pw и pst по контуру поперечного сечения судна показано на рис. 2.2.1.

2.2.2 Нагрузка от принимаемого балласта

Внутреннее давление на обшивку днища:

где = 1,025 — плотность балласта (морская вода), т/м3;

g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения;

zi — отстояние рассматриваемой связи от крыши цистерны, измеренное в диаметральной плоскости, м;

= 25 кПа — давление, на которое отрегулирован предохранительный клапан (для танков наливных судов).

Внутреннее давление на обшивку борта ниже летней грузовой ватерлинии (между летней ГВЛ и настилом 2-го дна):

Внутреннее давление на обшивку борта в районе летней грузовой ватерлинии:

Внутреннее давление на обшивку борта выше летней грузовой ватерлинии:

2.2.3 Расчетные нагрузки

Расчетные нагрузки сведем в таблицу 2.2.3

Район наружной обшивки	Расчетная нагрузка, кПа
Днище, включая скулу	101,05
Борт в районе 2-го дна	88,27
Борт между ГВЛ и настилом 2-го дна	93,62
Борт в районе ГВЛ	43,6
Борт между ГВЛ и ВП	34,25
Борт на уровне Верхней палубы	21,29

2.3 Размеры листовых элементов наружной обшивки

Толщина наружной обшивки днища и борта должна быть не менее определяемой по формуле:

где — коэффициенты изгибающего момента и допускаемых напряжений;

m = 15,8 — для наружной обшивки днища и борта;

k = 1,2 — 0,5а/b =1,2−0,50,7/2,0 = 1,025, но не более 1;

принимаем k = 1.

а и b — меньший и больший размеры сторон опорного контура листового элемента, м.; k = 0,6 — в средней части судна при продольной системе набора. — расчетный нормативный предел текучести по нормальным направлениям, определяемый по формуле:

Где — коэффициент использования механических свойств стали, определяемый по табл.2.2.3.

Таблица 2.2.3

Верхний предел текучести Reн, МПа
	1,0	0,78	0,72	0,68

Запас на износ к толщинам листовых элементов определяется для конструкций, планируемый срок службы которых превышает 12 лет, по формуле:

s = u (Т — 12),

Правил МР

Т — планируемый срок службы конструкции, годы, Т = 25 лет.

Во всех случаях толщина наружной обшивки должна быть менее

Smn = (5,5+0,04L) = (5,5+0,4 140,4) = 9,17 мм при L30 м.

2.3.1 Толщина наружной обшивки днища

s = u (Т — 12) = 0,14 (25−12) = 1,82 мм.

Окончательно принимаем толщину днища S = 12 мм.

Ширина горизонтального киля bk, мм, должна быть не менее

bk = 800+5L = 800+5140,4 = 1502 мм.

Принимаем ширину горизонтального киля 1550 мм.

Толщина горизонтального киля должна быть на 2 мм больше толщины обшивки днища.

Принимаем толщину горизонтального киля равной 14 мм.

2.3.2 Толщина наружной обшивки борта

Толщина подводной части борта:

а = 0,8 м — расстояние между шпангоутами в средней части судна;

b = 1,9 м — расстояние, измеренное от настила второго дна до середины пролета борта — места установки горизонтальных диафрагм;

k = 1,2 — 0,50,8/2 = 1;

s = u (Т — 12) = 0,18 (25−12) = 2,34 мм.

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки подводной части 12 мм. Согласно Правилам (п. 2.2.4.3 ) принимаем толщину скулового пояса равной толщине обшивки днища 14 мм.

Толщина надводного борта:

а = 0,8 м — расстояние между шпангоутами в средней части судна;

b = 1,9 м — расстояние между горизонтальными диафрагмами;

k = 1,2 — 0,50,8/1,9 = 1;

s = u (Т — 12) = 0,21 (25−12) = 2,73 мм.

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки надводной части 12 мм.

Ширина ширстрека bs, мм, должна быть не менее определяемой по формуле

bs = 800+5L < 2000, мм.

bs = 800+5140,4 = 1502 мм.

Принимаем ширину ширстрека равной 1550 мм.

Толщина ширстрека в средней части судна должна быть не менее толщины прилегающих листов обшивки борта или настила палубы (палубного стрингера).

Принимаем толщину ширстрека равной 12 мм в средней и кормовой частях судна и 14 мм в носовой части.

Листы наружной обшивки, примыкающие к ахтерштевню, должны иметь толщину S, мм, не менее:

S = 0,055L+8 = 0,55 140,4+8 = 15,72 мм. При L80.

Принимаем толщину S = 16 мм.

2.3.4 Размеры листовых элементов наружной обшивки в районе ледовых усилений

Судно категории Ice3 относится к группе неарктических категорий и предназначено для самостоятельного плавания в замерзающих неарктических морях.

Ввиду отсутствия данных о плавучести и форме корпуса проектируемого судна при определении ледовых нагрузок, а также проектировании конструкций ледовых усилений будут приняты следующие допущения:

1. Ледовая ГВЛ составляет 10,4 м;

Балластная ВЛ

3. Водоизмещение по летнюю ГВЛ составляет 23 302 т.

4. Максимальное значение коэффициента формы vm в каждом расчетном сечении полагаем равным 0,72;

5. Максимальное в пределах района значение коэффициента формы um в каждом расчетном сечении полагаем равным 0,92

Ледовая нагрузка — условная расчетная нагрузка на корпус судна от воздействия льда, определяющая уровень требований к размерам конструкций в зависимости от знака категории ледовых усилений, формы корпуса и водоизмещения судна.

Ледовая нагрузка определяется тремя параметрами:

р — интенсивностью ледовой нагрузки, характеризующей величину максимального давления в зоне силового контакта корпуса со льдом, кПа;

b — высотой распределения ледовой нагрузки, характеризующей максимальный поперечный размер зоны силового контакта корпуса со льдом;

lH — длиной распределения ледовой нагрузки, характеризующей максимальный продольный размер зоны силового контакта корпуса со льдом, м

Интенсивность ледовой нагрузки для проектируемого судна определяем по формулам, приведенным ниже. Обозначение районов ледовых усилений — согласно п. 3.10.1.3 Правил.

В районе АI:

где а1 = 0,61 — коэффициент в зависимости от ледовых усилений, принимаемый по табл.3.10.3.2.1 Правил;

— водоизмещение по летнюю грузовую ватерлинию, т;

m = 0,72.

В районе BI:

где а3 = 0,33 — коэффициент в зависимости от ледовых усилений, принимаемый по табл.3.10.3.2.1 Правил;

— водоизмещение по летнюю грузовую ватерлинию, т;

m = 0,72.

В районе CI:

где а4 = 0,63 — коэффициент в зависимости от ледовых усилений, принимаемый по табл.3.10.3.2.1 Правил;

— водоизмещение по летнюю грузовую ватерлинию, т;

m = 0,72 [20, «https:// «].

Высота распределения ледовой нагрузки, м, определяется по формулам, приведенным ниже.

В районе AI:

где C1 = 0,44 — коэффициент, принимаемый по таблице 3.10.3.3 .1 Правил в зависимости от категорий ледовых усилений;

по условию.

Принимаем k = 3,3. um = 0,92.

В районе BI:

где C3 = 0,30, С4 = 1 — коэффициентs, принимаемыt по таблицfv 3.10.3.3 .1 — 3.10.3.3 .3 Правил в зависимости от категорий ледовых усилений;

в районе CI

2.3.5 Размеры листовых элементов конструкций ледовых усилений

Толщина наружной обшивки SH, мм, в районах ледовых усилений должна быть не менее определяемой по формуле:

где

;

• p — интенсивность ледовой нагрузки в рассматриваемом районе;
• c=b — если перекрытие имеет в рассматриваемом районе поперечную систему набора, при этом не должно превышать расстояние между разносящими стрингерами или листовыми элементами;
• с = l — при продольной системе перекрытия;
• l — расстояние между соседними поперечными связями;
• a — расстояние между балками главного направления, м, для всех районов принимаем a = 0,7 м, при этом получая ошибку в безопасную сторону;

• u — среднегодовое уменьшение толщины наружной обшивки вследствие коррозионного износа и истирания, мм/год;
• u — 0,3 — для района А;
• u — 0,21 — для районов В и С;
• Т — планируемый срок службы судна, годы.

В качестве материала наружной обшивки ледовых усилений принимается сталь категории D40 с пределом текучести ReH = 390 МПа.

Толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений AI:

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки в районе Аl ледовых усилений 26 мм.

Толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений ВI:

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки в районе Вl ледовых усилений 14 мм.

Толщина наружной обшивки в районе ледовых усилений СI:

Окончательно принимаем толщину наружной обшивки в районе Сl ледовых усилений 12 мм.

2.3.5 Размеры профильных элементов днищевого перекрытия

Для подбора балок днищевого перекрытия определяем необходимый момент сопротивления балки, по моменту сопротивления подбираем наиболее подходящий стандартный профиль.

Момент сопротивления W, см3, продольных балок по днищу и второму дну, а также нижних и верхних балок бракетных флоров должен быть не менее определяемого по формуле:

W = Wk,

где — момент сопротивления рассматриваемой балки без учета запаса на износ, см3;

Q = pal — поперечная нагрузка на рассматриваемую балку;

k = 1+бkS — множитель, учитывающий поправку на износ,

где бk = 0,07+6/W 0,25 при W<200 см3;

при W 200 см³;

l — длина пролета балки;

а — расстояние между балками основного направления;

р — расчетное давление, кПа;

m — коэффициент изгибающего момента;

k — коэффициент допускаемых напряжений.

Внутри двойного дна элементы конструкций, включая балки основного набора, ребра жесткости, кницы и т. д. , должны иметь толщину Smin, мм, не менее Smin = 0,025L+2,5 =0,25 140,4+2,5 = 6,01 мм.

Момент сопротивления балок основного набора по днищу:

W = Wk = 144,61,29 = 186,53 см³.

где =;

Q = pal = 101,050,72,4 = 141,47 кН.

k = 1+бkS = 1+0,112,6 = 1,29;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/141,47 = 0,11 0,25 при W<200 см3;

S = u (Т-12) = 0,2 (25−12) = 0,213 = 2,6 мм.

ГОСТ 21 937

Момент сопротивления балок основного набора по второму дну.

W = Wk = 151,291,39 = 210,29 см³.

где =;

Q = pal = 88,270,72,4 = 148,29 кН.

k = 1+бkS = 1+0,152,6 = 1,39;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/75,45 = 0,15 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25−12) = 0,213 = 2,6 мм.

ГОСТ 9235–76

Момент сопротивления вертикальных ребер по непроницаемым участкам вертикального киля, стрингеров и флоров должен быть не менее:

W = Wk = 58,891,48 = 87,22 см³.

где =;

Q = pal = 35,050,72,4 = 58,89 кН,

р = рг gz1+pк =1,0259,811+25 =35,05 кПа, — давление на уровне середины высоты вертикального ребра;

k = 1+бkS = 1+0, 192,6 = 1,48;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/52,17 = 0, 19 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25−12) = 0,213 = 2,6 мм.

ГОСТ 21 937

Момент сопротивления горизонтальных ребер по вертикальному килю и стрингерам должен быть не менее определяемого по формуле:

W = Wk = 42,631,55 = 65,99 см³.

где =;

Q = pal = 40,10,52,4 = 48,12 кН,

р = сг gz1+pк =1,0259,811,5+25 =40,1 кПа, — давление на уровне нижнего горизонтального ребра;

k = 1+бkS = 1+0,212,6 = 1,55;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/42,63 = 0,21 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25−12) = 0,213 = 2,6 мм.

ГОСТ 21 937

2.4 Расчетные нагрузки на палубное перекрытие и определение его элементов

2.4.1 Нагрузка на палубу

Расчетное давление на участках верхней палубы должно быть не менее определяемого по формуле:

pmin = 0,015L + 7 = 0,15 140,4 + 7 = 9,1 кПа,

рW = 13,5 кПа — волновая нагрузка на уровне палубы.

р = 0,713,5 = 9,45 кПа > 9,1 кПа

Расчетное давление на конструкции палуб и платформ, ограничивающие отсеки, предназначенные для перевозки жидкостей, определяется по формулам:

где z = 2,5 м — высота воздушной трубы над палубой,

рг = рк = 25 кПа — давление. на которое отрегулирован предохранительный клапан

В качестве расчетного принимаем р = 25 кПа.

2.4.2 Размеры конструктивных элементов палубного перекрытия

2.4.2.1 Толщины листовых элементов

Толщина настила палубы должна быть не менее:

. при L>100м.

Толщина листов настила палубы Smin, мм, не должна быть меньше

Принимаем толщину листов настила палубы равной 10 мм.

Если толщина настила расчетной палубы принимается меньше обшивки борта, то должен быть предусмотрен палубный стрингер. Ширина палубного стрингера b, мм, должна быть не менее определяемой по формуле:

b=5L+800 = 5140,4+800 = 1502 мм.

а толщина палубного стрингера должна быть не менее толщины бортовой обшивки.

Принимаем ширину толщины палубного стрингера 1550 мм, а толщину 12 мм.

2.4.2.2 Палубный набор

Момент сопротивления поперечного сечения продольных подпалубных балок должен быть не менее определяемого по формуле:

W = Wk = 37,21,7 = 63,24 см³.

где =;

Q = pal = 250,72,4 = 42 кН,

k = 1+бkS = 1+0,233,25 = 1,7;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/37,2 = 0,23 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,25 (25−12) = 0,2513 = 3,25 мм.

ГОСТ 21 937

Момент сопротивления сечения рамного бимса должен быть не менее:

W = Wk = 2512,121,03 = 2593,76 см³.

где =;

Q = pal = 252,410,65 = 639 кН,

k = 1+бkS = 1+0,013,25 = 1,03;

где = при W 200 см³;

S = u (Т-12) = 0,25 (25−12) = 0,2513 = 3,25 мм.

Площадь поперечного сечения стенки бимса, см2, должна быть не менее:

fc = fcк = 28,641,03 = 29,49 см².

fc =, где

k = 0,65 — коэффициент допускаемых касательных напряжений;

n = 0,57n = 0,57 301 = 171,6МПа — расчетный нормативный предел текучести по касательным напряжениям, МПа;

Nmax = 0,5pal = 0,5252,410,65 = 171,6МПа — максимальное значение перерезывающей силы.

Для бимса принимаем сварной тавр 25б (W = 655 см³ с присоединенным пояском обшивки, fс = 39,6 см2) по ОСТ 5.9373−80.

2.5 Расчетные нагрузки на водонепроницаемые переборки и определение их элементов

2.5.1 Нагрузки переборки

Расчетное давление р, кПа, на водонепроницаемые переборки принимается равным:

p = бzn = 7,513,0 = 97,5кПа,

где б = 7,5 — для поперечных переборок, кроме форпиковой,

zn — отстояние, измеренное в диаметральной плоскости, от точки приложения расчетной нагрузки до ее верхнего уровня, м.

В любом случае расчетное давление для конструкций водонепроницаемых переборок должно быть не менее 12 кПа, а для конструкций форпиковой переборки не менее 16 кПа.

Расчетное давление на переборки грузовых танков определяется по формуле:

где

zi — отстояние рассматриваемой связи от уровня палубы, измеренное в диаметральной плоскости, м.,

аz — расчетное ускорение в вертикальном направлении, м/c2,

ka = 0 — для средней части судна.

В качестве расчетного принимаем давление рг = 155,72кПа.

2.5.2 Размеры конструктивных элементов переборок

2.5.2.1 Толщина листовых элементов

m = 15,8;

k = 0,8;

k =1,2−0,5а/b = 1,2−0,7/2,4 = 0,9<1.

Минимальная толщина обшивки переборок наливных судов Smin должна быть не менее

Smin =6,7 + 0,02L = 9,58 мм.

Принимаем толщину переборок 12 мм.

2.5.2.2 Набор переборок

Момент сопротивления стоек переборок должен быть не менее определяемого по формуле

W = Wk = 178,271,03 = 183,62 см³.

где =;

Q = pal = 155,720,72,4 = 261,6 кН,

k = 1+бkS = 1+0, 12,6 = 1,03;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/178,27 = 0,1 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,2 (25−12) = 0,213 = 2,6 мм.

Толщина стенок стоек переборок наливных судов в районе грузовых и балластных танков должна быть не менее:

Smin = 6,7+0,02L = 9,58 мм.

ГОСТ 9235–76

У горизонтальных рам переборок в конструкции которых отсутствуют рамные стойки, момент сопротивления и площадь сечения стенки должны быть:

W = Wk = 5215,81,18 = 6165,1 см³.

где =;

Q = pal = 155,722,410,65 = 3980 кН,

k = 1+бkS = 1+0, 072,6 = 1,18;

где = при W 200 см³;

S = u (Т-12) = 0,2 (25−12) = 0,213 = 2,6 мм.

Площадь поперечного сечения стенок горизонтальных рам, см2, должна быть не менее:

fc = fcк = 92,771,18 = 109,47 см².

fc =, где

k = 0,75 — коэффициент допускаемых касательных напряжений;

n = 0,57n = 0,57 301 = 171,6МПа — расчетный нормативный предел текучести по касательным напряжениям, МПа;

Nmax = npal = 0,3155,722,410,65 = 1194 кН — максимальное значение перерезывающей силы.

Для горизонтальных рам переборок принимаем сварной тавр 50б (W = 3442 см³ с присоединенным пояском обшивки, fс = 115 см2) по ОСТ 5.9373−80.

2.6 Определение элементов фальшборта судна

2.6.1 Нагрузка на фальшборт

Конструкция фальшборта в средней части судна длиной больше 65 м должна быть такой, чтобы он не участвовал в общем изгибе корпуса. Высота фальшборта должна быть не менее 1 м (принимаем hф = 1,2м).

Стенка фальшборта должна подкрепляться стойками, расстояние между которыми, а 1,8 м.

Минимальная толщина стенки фальшборта:

Smin = 0,025L+4 = 7,51 мм. 8,5 мм при L>60.

Принимаем толщину стенки фальшботра 8 мм.

Расчетной нагрузкой на фальшборт является волновое давление, определенное ранее (п. 2.1.1) р = 21,29 кПа,

pmin = (0,02L+14) цr = (0,2 140,4 + 14) 1 = 16,8 кПа15 кПа.

ц= 1 для судов неограниченного района плавания.

Принимаем за расчетное давление р = 21,29 кПа.

Момент сопротивления стойки фальшборта, примыкающей к настилу палубы, должен быть не менее:

W = Wk = 167,151,13 = 188,88 см³.

где =;

m=2; k = 0,65;

Q = pal = 21,291,21,6 = 40,88 кН,

k = 1+бkS = 1+0,11,3 = 1,18;

где бk = 0,07+6/W = 0,07+6/167,15 = 0,1 0,25 при W<200 см3.

S = u (Т-12) = 0,1 (25−12) = 0,113 = 1,3 мм.

ГОСТ 21 937

2.7 Определение перерезывающих сил и изгибающих моментов, действующих на судно на тихой воде и при статической постановке на волну

Внешние силы, вызывающие общий изгиб корпуса судна в условиях эксплуатации, и соответствующие им изгибающие моменты определяют для двух характерных случаев:

• при положении судна на тихой воде;
• при положении судна на волнении.

где — водоизмещение судна;

• m = 120 — коэффициент изгибающего момента, определяемого по табл.23;
• k1 =0,030 — по табл. (k1 = — 0,036)

r = 5,8 — полувысота волны (при длине расчетной волны = L);

• B = 23 м — ширина судна.

Суммарный изгибающий момент на вершине волны будет составлять:

= 1 040 283,76 кНм.

Суммарный изгибающий момент на подошве волны:

= — 660 542,9 кНм.

Для приближенного определения расчетных величин перерезывающих сил, как алгебраической суммы сил на тихой воде и на волнении, воспользуемся формулой:

2.8 Оценка напряжений, действующих на судно при общем продольном изгибе

Для расчета общей продольной прочности корпуса проектируемого судна необходимо найти момент инерции, момент сопротивления и статические моменты поперечного сечения корпуса, рассматривая его в целом как балку.

Расчет элементов поперечного сечения корпуса, а также напряжений в продольных связях называется расчетом эквивалентного бруса.

Расчет эквивалентного бруса выполняем в табличной форме. Ввиду симметрии судна относительно диаметральной плоскости расчет произведен для одной половины поперечного сечения.

Ось сравнения, относительно которой вычислены статические и переносные моменты инерции связей, проходит по нижней кромке днищевой обшивки.

Все продольные связи, примерно одинаково отстоящие от нейтральной оси, для упрощения расчета объединим в группы.

Собственными моментами инерции горизонтальных связей пренебрегаем ввиду их малости по сравнению с суммой переносных моментов инерции.

После заполнения таблицы суммируем площади связей, статических моментов, переносных и собственных моментов инерции и вводим обозначения:

А = Fi, B = Fi zi, C = Fizi + i0i.

Определяем характеристики эквивалентного бруса:

отстояние нейтральной оси от оси сравнения — z0 = B/A,

величину центрального момента инерции поперечного сечения судна — I = 2 (C — B2/A),

минимальный момент сопротивления поперечного сечения судна — W =1/ (H0 — z0), где Н — высота борта судна.

Во всех случаях момент сопротивления поперечного сечения корпуса в средней части судна (для палубы и днища), см3, должен быть не менее:

Wmin = CWBL2 (Cв+0,7), где

Сw — 9,28 — высота расчетной волны,

В — ширина судна,

L — длина судна,

Св — 0,77 — коэффициент общей полноты,

• 0,78 — коэффициент использования механических свойств стали.

Wmin = 9,2 823 140,42 (0,77+0,7) 0,78 =6 184 824,24 см³ = 6,184 м³.

Момент инерции поперечного сечения корпуса, см4, средней части судна должен быть не меньше:

Imin = 3CWBL3 (Cв+0,7) = 39,2 823 140,43 (0,77+0,7) = 2 605 047 971см4= 26,05 м4.

z0 =B/A = 85 221,74/14 226,49 = 5,99 м

I = 2 (C-B2/A) = 2 (928 188,66−85 221,742/14 226,49) = 835 360,11м2*см2

W = I/ (H-z0) = 835 360,11/ (12,500−5,598) = 128 319,5м*см2

W = 12,83 м³ > Wmin = 6,184 м³

I = 83,53м4 > Imin = 26,05 м4

Регистра РФ

Момент сопротивления поперечного сечения корпуса (для палубы и днища) W должен быть не менее:

W = ,

МТ — максимальный расчетный изгибающий момент.

Момент сопротивления палубы, Wn, см3, равен 12,83 м4;

Момент сопротивления днища, Wд, см4, равен:

Wд =

Регистра РФ

Нормальные напряжения, действующие в любой продольной связи равны:

На вершине волны

На подошве волны

zi — отстояние центра тяжести продольной связи от центральной оси.

Как видно из таблицы, напряжения от общего продольного изгиба много меньше допускаемых напряжений, которые составляют 0,6 Т или 141 Мпа.

Таким образом, для проектируемого судна обеспечивается условие общей прочности при продольном изгибе судна.

судно танкер судовой корпус

Заключение

В настоящей работе произведен набор корпусных конструкций нефтеналивного танкера по Правилам Российского Морского Регистра Судоходства. По результатам расчетов разработан чертеж конструктивного мидель — шпангоута и типовой плоскостной секции палубы.

Выполнена проверка общей продольной прочности корпуса судна от действия нормальных напряжений при статической постановке на волну. Проверка показала, что общая прочность корпуса обеспечена.

Таблица.

№	Наименование связей	Площадь сечения F, см2	Отстояние от оси сравнения, z, м	Статический момент, Fz, см2м	Переносной момент инерции, 4*5, м2*см2	Собственный момент инерции, i0, м2*см2	Отстояние от нейтральной оси, zi, м	Напряжения от общего изгиба, МПа	Эйлеровы (критические) напряжения, МПа
								На вершине волны	На подошве волны
	Обшивка днища (12*9600)	1152,00	— 0,006	— 6,91	0,04		— 6,00	— 8,35	2,82	224,17
	РЖ обшивки днища (Г18а-12 шт)	522,60	0,144	75,31	10,85		— 5,85	— 8,14	2,75	228,75
	Скуловой лист (14*3656)	499,10	0,756	381,81	292,09		— 5,23	— 7,28	2,46	228,75
	РЖ скулового листа (Г50б)	43,55	0,393	17,12	6,73		— 5,60	— 7,80	2,64	228,75
5а	РЖ скулового листа (Г50б)	43,50	1,073	46,73	50,14		— 4,92	— 6,85	2,31	228,75
	Горизонтальный киль (14*1550)	217,00	— 0,007	— 1,67	0,01		— 6,00	— 8,36	2,82	228,75
	Вертикальный киль (14*1500)	210,00	1,000	280,00	280,00		— 4,99	— 6,95	2,35	228,75
	Днищевые стрингеры (12*1500−3шт.)	540,00	1,000	720,00	720,00	93,33	— 4,99	— 6,95	2,35	228,75
	РЖ ВК и стрингеров (Г10−3 шт)	148,88	0,501	74,65	37,43	240,00	— 5,49	— 7,65	2,58	228,75
9а	РЖ ВК и стрингеров (Г10 — 3шт)	148,88	1,001	149,09	149,30		— 4,99	— 6,95	2,35	228,75
9б	РЖ ВК и стрингеров (Г10 — 3шт)	148,88	1,501	223,53	335,61		— 4,49	— 6,25	2,11	228,75
	Настил двойного дна (12*11 200)		2,007	3547,97	7116,76		— 3,98	— 5,55	1,88	228,75
	РЖ настила двойного дна (Т20 610	584,50	1,820	1064,02	1936,95		— 4,17	— 5,81	1,96	63,69
	Обшивка наружного борта (14*2500)	665,00	4,575	3042,38	13 918,87		— 1,42	— 1,97	0,67	83, 19
	Обшивка наружного борта (16*2500)	480,00	8,450	4056,00	34 273, 20	1250,30	2,46	3,43	— 1,16	46,79
	Обшивка наружного борта (12*2500	606,00	12,475	7559,85	94 309,13	360,00	6,48	9,03	— 3,05	63,69
	Обшивка внутреннего борта (10*12 500)	1820,00	8,500	15 470,00	131 495,00	1287,90	2,51	3,50	— 1,18	155,68
	Настил верхней палубы (10*10 950)	1095,00	15,005	16 430,48	246 539,28	25 631,70	9,01	12,56	— 4,24	228,75
							89,02
	Палубный стрингер (12*1550)	186,00	15,006	3061,22	45 936,73		8,89	12,56	— 4,24	228,75
	РЖ ВП (Г12 — 17 шт)	465,12	14,877	6919,36	102 935,82			12,38	— 4,18	228,75
		14 226,12		85 221,74	928 188,66
		А		В	С

Григорьев Я. Н., Барабанов Н. В., Барабанов Н. В., Поляков А. В., В. Н. Проектирование

6. Правила классификации и постройки морских судов. В 3-х т. — СПб.: РМРС, 2011.

7. Нормы прочности морских судов. — Л.: Регистр СССР, 1991. — 92.

Ю. А. Справочник, Ю. А. Справочник