Глава 11. Расчет ледовых усилений корпуса (носовой район)

Расчет нагрузок и проектирование перекрытия производиться по Правилам постройки морских судов Российского Морского Регистра Судоходства 2010 года издания.

Определение параметров ледовой нагрузки.

Ледовая нагрузка – условная расчётная 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 – это удар двух тел – льда и корпуса судна.

Ледовая нагрузка определяется тремя параметрами:

p – интенсивность ледовой нагрузки, характеризующая величину максимального давления в зоне силового контакта корпуса со льдом, кПа;

b – высота распределения ледовой нагрузки, характеризующая максимальный поперечный размер зоны силового контакта корпуса со льдом, м;

l – длина распределения ледовой нагрузки, характеризующая максимальный продольный размер зоны силового контакта корпуса со льдом, м;

P – сила ледовой нагрузки (она произвольно ориентирована в пространстве в общем случае).

При соударении двух тел возникают движения реагирующие на удар, например, на действие силы P_Y – торможение, P_x определяет сопротивление движению. P_Y поворачивает корпус, т. е. корпус отскакивает от точки нагружения. P_z дифферентует судно. Всё движение происходит относительно ЦТ ватерлинии.

Интенсивность ледовой нагрузки для судов ледового плавания определяется по формуле:

, где

a₁ – коэффициент, принимаемый по табл. 3.10.3.2.1. в зависимости от категории ледовых усилений;

∆ - водоизмещение по летнюю грузовую ватерлинию, т;

v_m – максимальное, в пределах района, значение коэффициента формы v, определяемого в сечениях x=0; 0,05L; 0,1L… и др. от носового перпендикуляра на уровне летней грузовой ватерлинии в пределах носового заострения по формуле:

при , где

x – отстояние рассматриваемого сечения от носового перпендикуляра, м;

α – углы наклона летней грузовой ватерлинии, измеряемые согласно рис. 3.10.1.2-1, град;

β – углы наклона шпангоутов на уровне летней грузовой ватерлинии, измеряемые согласно рис. 3.10.1.2-2, град;

Исходные данные:

∆ = 9610 т;

L = 85,0 м – длина судна;

а₁ = 0,79 – для категории Arc4;

Измеренные углы:

Найдём значения коэффициентов формы v в сечениях x=0; 0,05L; 0,1L… и для дальнейшего расчёта выберем максимальное значение (наихудшее для носовой части):

0,505;

v_m = 0,665.

Интенсивность ледовой нагрузки:

кПа.

Высота распределения ледовой нагрузки определяется по формуле:

, где

С₁ – коэффициент, принимаемый по табл. 3.10.3.3.1 в зависимости от категории ледовых усилений;

k_∆ - определяется по формуле:

, но не более 3,5;

u_m – максимальное, в пределах района, значение коэффициента формы u, определяемого в сечениях x=0; 0,05L; 0,1L… и др. от носового перпендикуляра на уровне летней грузовой ватерлинии в пределах носового заострения по формуле:

при , где

при

при ,

Принимаем k_B =1; С₁ =0,49 – для категории Arc4;

Найдём значения коэффициентов формы u в сечениях x=0; 0,05L; 0,1L… и для дальнейшего расчёта выберем максимальное значение (наихудшее для носовой части):

;

u_m = 0,737.

Высота распределения ледовой нагрузки:

Длина распределения ледовой нагрузки определяется по формуле:

, но не менее где

- высота распределения ледовой нагрузки, м;

- угол β в расчётном сечении района А₁, для которого величина параметра u максимальна;

Определение размеров конструкций ледовых усилений.

2.1. Наружная обшивка.

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

где

p – интенсивность ледовой нагрузки в рассматриваемом районе, кПа;

с – принимаем с=b, т.к. перекрытие в рассматриваемом районе имеет поперечную систему набора;

b – высота распределения ледовой нагрузки в рассматриваемом районе, м;

а – расстояние между балками главного направления, м;

Т – планируемый срок службы судна, годы;

u – среднегодовое уменьшение толщины наружной обшивки вследствие коррозионного износа и истирания, мм/год, принимаемое по табл. 3.10.4.1. в зависимости от категории ледовых усилений и района по длине судна, принимаем 0,25.

Исходные данные:

T = 24;

c = 0,369;

a = 0,275 м – с учётом промежуточных шпангоутов;

R_eH =235 МПа;

.

Принимаем s_H = 12 мм.

1.1 Предельный момент сопротивления обыкновенного шпангоута должен быть не менее определяемого по формуле:

, где ;

;

F=1 при k=4 – для перекрытий с рамными шпангоутами; j=4 ; см. п1.2.

Е=1 при

м;

часть длины пролёта , перекрытая районом ледовых усилений, м;

фактическая толщина стенки шпангоута;

для катаного профиля;

для балок бортового набора;

предел текучести материала;

p=1328,40 кПа – интенсивность ледовой нагрузки;

b=0,369 м – высота распределения ледовой нагрузки;

а=0,275 м – расстояние между обыкновенными шпангоутами;

l =1,45 м – расчётная длина пролёта шпангоута (полусумма расстояний от опорных сечений на опорной конструкции до ближайшего несущего стрингера у двух смежных шпангоутов);

толщина присоединённого пояска обшивки, принимаемая равной средней толщине обшивки на ширине присоединённого пояска;

высота стенки шпангоута;

1.2 Площадь стенки обыкновенного шпангоута должна быть не менее определяемой по формуле:

при наличии несущего стрингера;

высота профиля шпангоута, измеренная от середины толщины присоединённого пояска до середины толщины свободного пояска;

Фактическая площадь стенки должна быть не менее требуемой площади стенки;

1.3 Толщина стенки обыкновенного шпангоута принимается не менее большей из величин:

;

;

;

Фактический предельный момент сопротивления для катаного профиля определяется по формуле:

площадь профиля балки без присоединённого пояска обшивки;

толщина присоединённого пояска обшивки;

отстояние ЦТ поперечного сечения профиля без присоединённого пояска от обшивки;

при ;

при ;

1.4 Ширина свободного пояска обыкновенного шпангоута полособульбового профиля должна быть не менее большей из следующих величин:

β принимаем равной 0,055;

фактическая толщина наружной обшивки;

наибольшее расстояние между соседними пересекающими пролёт шпангоута стрингером и опорным сечением;

1.5 толщина свободного пояска для балок полособульбового профиля принять:

;

Вывод: фактический профиль обыкновенного шпангоута удовлетворяет требуемому. Принимаем полособульб №14^а.

2.1 Предельный момент сопротивления несущего бортового стрингера должен быть не менее определяемого по формуле:

, где

коэффициент, принимаемый меньшим из следующих величин:

фактическая толщина стенки несущего стрингера;

при

для балок бортового набора;

длина распределения ледовой нагрузки;

расстояние между рамными шпангоутами;

где число несущих бортовых стрингеров в перекрытии;

l – расчётная длина пролёта шпангоута (полусумма расстояний от опорных сечений на опорной конструкции до ближайшего несущего стрингера у двух смежных шпангоутов);

;

при

2.2 Площадь стенки несущего бортового стрингера должна быть не менее определяемой по формуле:

число шпангоутов между соседними рамными шпангоутами;

высота стенки несущего бортового стрингера, измеренная от середины толщины присоединённого пояска до середины толщины свободного пояска;

Фактическая площадь стенки должна быть, как минимум, на 10% больше требуемой площади стенки;

;

2.3 Толщина стенки несущего бортового стрингера , , должна быть не менее определяемой по формуле:

короткая и длинная стороны панелей, на которые разбивается стенка стрингера;

2.4 Толщина свободного пояска несущего бортового стрингера должна быть не менее фактической толщины его стенки;

2.5 Ширина свободного пояска несущего бортового стрингера должна быть не менее большей из следующих величин:

толщина свободного пояска несущего стрингера;

фактический предельный момент сопротивления несущего бортового стрингера;

при ;

2.6 Высота стенки бортового стрингера в сечении у обыкновенного шпангоута должна быть не менее определяемой по формуле:

Вывод: Принимаем тавр сварной с размерами: мм

3.1 Предельный момент сопротивления рамного шпангоута должен быть не менее определяемого по формуле:

; ;

при

при

при наличии одного стрингера в перекрытии;

число шпангоутов между соседними рамными шпангоутами;

при ;

длина пролёта рамного шпангоута, равная расстоянию между опорными сечениями;

при

фактическая толщина стенки рамного шпангоута;

; ;

3.2 Площадь стенки рамного шпангоута должна быть не менее определяемой по формуле:

число шпангоутов между соседними рамными шпангоутами;

высота стенки рамного шпангоута, измеренная от середины толщины присоединённого пояска до середины толщины свободного пояска;

см. п.1.1;

см. п.3.1;

см. п.2.1;

см. п.1.1;

3.3 Фактическая площадь стенки должна быть, как минимум, на 10% больше требуемой площади стенки;

;

3.4 Толщина стенки обыкновенного шпангоута принимается не менее большей из величин:

короткая и длинная стороны панелей, на которые стенка рамного шпангоута разбивается подкрепляющими её рёбрами жёсткости;

3.5 Толщина свободного пояска рамного шпангоута должна быть не менее фактической толщины его стенки.

3.6 Ширина свободного пояска рамного шпангоута должна быть не менее большей из следующих величин:

при ,

толщина свободного пояска рамного шпангоута;

фактический предельный момент сопротивления рамного шпангоута;

см.п.3.2;

– см.п.3.1.

если стенка рамного шпангоута подкреплена рж, установленными в направлении, близком к параллельному наружной обшивке, или если подкрепление отсутствует.

Вывод: Принимаем тавр сварной с размерами: мм

Глава 12. Основные технические характеристики, требования и условия постройки.

Условия постройки судна приводятся в таблице 12.1.

Таблица 12.1

Опорно-транспортные устройства:

Для транспортировки блоков корпуса из цеха на стапель, а также построенного судна к спусковому устройству используются судовозные тележки типа III, технические характеристики которых приведены в табл 12.2.

Таблица 12.2

Подъёмно-транспортные устройства:

Для спусковой массы судна 3000 – 6000 т грузоподъёмность подъёмно-транспортных средств на открытом стапеле должна быть не менее 30 т. Для проведения грузовых операций на открытом стапеле используются портальные краны, характеристики которых приведены в табл 14.8.

Таблица 14.8

14.2.1 Требования к материалу корпуса

Экономические требования: материал должен включать доступные в природе химические элементы, способ его производства и изготовления полуфабриката, необходимого для постройки судна (лист, профиль, труба и т.д.), должен быть освоен, и иметь минимальную трудоёмкость.

Эксплуатационные требования.

Материал корпуса судна должен быть надёжным при заданных условиях эксплуатации в течение определённого срока, а для этого должен удовлетворять следующим требованиям:

– выдерживать нагрузки, а следовательно, обладать определенной прочностью;

– сопротивляться распространению трещин, для этого обладать достаточной пластичностью;

– выдерживать динамические (ударные) нагрузки во всём интервале температур, возможных в период эксплуатации;

– сопротивляться коррозии, возникающей при контакте с окружающей средой;

– обеспечивать достаточную стабильность свойств за время эксплуатации, обладать устойчивостью к старению;

– сопротивляться эрозионному разрушению в результате воздействия воды с песком, грунтов, посторонних предметов и кавитационному разрушению, в результате воздействия потоков воды при высокой скорости течения;

– обеспечивать требуемую ремонтопригодность, т.е. возможность обнаружения повреждений при эксплуатации и надёжные способы экономически оправданного ремонта.

Технологические требования.

Определяют возможность изготовления качественных изделий с минимальными затратами на следующие виды обработки:

– при операциях формообразования (методом прокатки, ковки, штамповки, гибки горячей и холодной, методами литья и т.д.);

– при операциях механической обработки (в процессе обработки кромок, резки листов, обработки на металлорежущих станках);

– при операциях сборки металлоконструкций (сварке, пайке, склеивании и т.д.).

14.2.2 Требования к секциям в блоке

Количество секций должно быть минимальным, его определяют исходя из грузоподъёмности кранов, размеров помещений и ворот цехов, секционной сборки и сварки.

Необходимо иметь в виду, что для уменьшения прогиба корпуса от сварочных напряжений в процессе постройки желательно иметь минимум швов, выполняемых на стапельном месте. Причём швы кольцевого монтажного блока корпуса должны располагаться в одной плоскости.

При поперечной системе набора корпуса, при которой балки главного направления расположены поперёк корпуса, для того чтобы добиться минимального объёма стапельной сборки и сварки, необходимо выбирать максимальные размеры секции по ширине судна.

Каждая секция должна быть достаточно жёсткой, чтобы не получать остаточной деформации при подъёме кранами, кантовке, транспортировке и установке на построечное место. При большой длине для возможности подъёма кранами и производства других операций из необходимо раскреплять достаточно длинными жёсткими балками (рыбинами), так как без таких креплений они при подъёме кранами будут складываться, если не использовать на кранах траверзы. (Установка траверз и работа с ними удлиняет процесс стапельной сборки).

Организационно-технологические положения.

Весь процесс строительства судна делится на пять периодов: заготовительный (нулевой), секционный, стапельный, достроечный и сдаточный.

Заготовительный (нулевой) период включает в себя:

– технологическую подготовку производства (разработку документации, подготовку необходимого производственного оборудования, подготовку и оснащение участка, изготовления оснастки для строительства судна);

– разбивку судна на плазе;

– подготовку кондукторов для строительства объёмных секций;

– дробеструйную очистку и консервацию фосфатирующим грунтом листовой стали;

– изготовление деталей насыщения, ввариваемых в конструкции, вварных комплектующих систем, устройств в обеспечении производства механомонтажных, электромонтажных, достроечных работ и испытаний; изготовление дельных вещей;

– изготовление деталей, узлов, секций, фундаментов;

– изготовление вкладных цистерн, крупногабаритного оборудования собственного изготовления.

Секционный период включает в себя:

– сборку и сварку секций корпуса судна на механизированных поточных линиях;

– комплектацию секций.

При комплектации секции производятся следующие операции:

– установка фундаментов;

– установка внутренних цистерн.

Стапельный период считается от момента установки блока на стапеле и до спуска на воду и включает в себя:

– перекатку блоков на стапель, установку на штатные места, стыковку кормового блока со средним и носовым;

– изготовление и монтаж блока фабрики и выгородки;

– изготовление и монтаж блока рулевой рубки;

– установку забойных деталей под гидравлические испытания;

– испытание на непроницаемость цистерн и отсеков;

– установку слесарного насыщения под монтаж систем, электромонтажные работы, изоляцию;

– монтаж систем по судну и их испытание;

– затяжку магистральных кабелей, производство электромонтажных работ;

– окончательный монтаж судовых механизмов и устройств;

– монтаж винторулевого комплекса;

– полную окраску, изоляцию и зашивку производственных, служебных и жилыx помещений;

– подготовку к спуску судна (обеспечение водонепроницаемости наружного контура);

– спуск судна на воду.

В достроечный период после спуска завершаются монтажные, наладочные и отделочные работы в целом по судну.

В сдаточный период осуществляются швартовные и ходовые испытания. Период заканчивается подписанием приемо-сдаточного акта на судно.

Изготовление секций

Секции, используемые в строительстве блоков корпуса судна, изготавливаются на механизированных поточных линиях завода. Поточные линии, используемые на предприятии, делятся на два типа: линии для изготовления плоскостных секций и линии для изготовления полуобъёмных днищевых секций.

14.4.1 Механизированная поточная линия сборки и сварки плоских секций

Механизированная поточная линия включает две независимые друг от друга технологические линии: линию сборки и сварки плоских стальных полотен в составе трех позиций и линию сборки и сварки плоских стальных секций в составе пяти позиций. Каждая линия может монтироваться и работать самостоятельно или же являться продолжением одна другой, т. е. монтироваться в одном пролете цеха в тех­нологической последовательности сборки и сварки плоских секций. В состав позиции I (рисунке 14.1) входят: листоукладчик марки ПЛМК – 4,5×10, предназначенный для поштучного захвата плоских листов из штабеля с помощью электромагнитной траверсы, их транспортирования, ориентирования и укладки на сборочный стенд (грузоподъемность листоукладчика 4,5 т, максимальная длина ли­ста 10 м); сборочный стенд, служащий для сборки стальных полотен из листов, за­крепляемых между собой на электроприхватках. Стенд оснащен шлеппером для транспортировки листов и полотен, балкой с электромагнитами для фиксирования положения кромок листов на время их сварки, оборудованием для выравнивания и ориентирования листов (захватами, толкателями, упорными роликами), опорными роликами, по которым перемещаются листы и полотна, пультом управления меха­низмами.

Позиция II включает: сварочный стенд для односторонней сварки стыковых со­единений полотен с обратным формированием сварного шва, соединенных на элек­троприхватках. Стенд включает четыре самоходные балки с автономными пультами управления и насосную станцию; сварочный агрегат, представляющий собой само­ходный портал с поворотной балкой, на направляющие которой установлен трехдуговой сварочный автомат. Сварочный агрегат осуществляет одностороннюю сварку полотна и транспортирование его на следующую позицию. Сварочный автомат имеет автономный пульт управления и передвигается по направляющим поворотной балки.

В состав позиции III входит приемный стенд, предназначенный для размещения сваренного полотна и разворота его на 90° в горизонтальной плоскости. Приемный стенд оснащен поворотным устройством, опорными роликами и пультом управ­ления.

Позиция IV состоит из устройства ориентации полотна, агрегата подачи набора, агрегата установки и приварки набора, оснащенного устройством для обратного вы­гиба полотна, и кассет для продольного набора. Кроме того, позиция включает пуль­ты и шкафы для электро-, пневмо- и гидроуправления работой оборудования.

В состав позиции V входят: стенд с регулируемыми опорными роликами, кас­сеты для поперечного набора, агрегат полукозлового типа марки МСН-10, служащий для подачи, установки и разворота на 270° балок набора и их прижима к полотну, а также пульты и шкафы электро-, пневмо- и гидроуправления работой оборудова­ния этой позиции.

Рисунок 14.1. Схема механизированной поточной линии сборки и сварки плоских сек­ций.

1 – листоукладчик ПЛМК – 4,5×10; 2 – сборочный стенд; 3 – сварочный стенд; 4 – сварочный агрегат; 5 – приемный стенд; 6 – опорные ролики; 7 – транс­портная тележка; 3 – агрегат АПН-10; 9 – перегружатель БН-10; 10 – сборочный агрегат МСН-10; 11 – стрелы ПСО-5; 12 – кантователь; 13 – кассеты для про­дольного набора; 14 – кассета для поперечного набора; I – VIII – позиции линии.

Позиция VI включает шесть поворотных стрел, несущих на себе сварочное обо­рудование для полуавтоматической сварки перекрестного набора в среде двуокиси углерода.

Позицию VII составляют кантователь, подъемные балки с опорными роликами, гидроподъемники, а также пульты и шкафы электро-, гидро- и пневмоуправления работой оборудования.

Позиция VIII состоит из двух поворотных стрел марки ПСО-5, конструкция ко­торых аналогична стрелам, расположенным на шестой позиции.

Транспортная система линии представляет собой четыре пары тележек, обслу­живающих попарно две смежные позиции. Они перемещаются по специальному транспортному каналу, не показанному на рисунке. Секции перемещаются по непод­вижным вращающимся опорным роликам, размещенным по всей площади линии.

14.4.2 Механизированная поточная линия сборки и сварки объемных днищевых секций

Механизированная поточная линия предназначена для сборки и сварки объем­ных днищевых секций на плоском настиле второго дна, используемом в качестве сбо­рочной базы, уложенном на плоскую передвижную раму. Плоские подсекции настила второго дна изготовляют на механизированной поточной линии сборки и сварки плоских секций или собирают и сваривают на позиции I поточной линии механизиро­ванным способом с приваркой ребер жесткости аналогично способу, применяемому на поточной линии плоских секций. Состав средств механизации и технологического оснащения механизированной поточной линии, включающей позицию I сборки и сварки подсекций второго дна, приведен на рисунке 13.2.

Рисунок 14.2. Схема механизированной поточной линии сборки и сварки объемных дни­щевых секций.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: