CC BY
10УДК 629.12.011.004.69
С.Н. Гирин, зав. кафедрой, ФБОУ ВПО «ВГАВТ».
B.Б. Протопопов, вед. инженер, ФБОУ ВПО «ВГАВТ».
C.В. Созинов, ст. преподаватель, ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А.
ОПЫТ РАБОТЫ КАФЕДРЫ СМ, КК И СМК ФБОУ ВПО «ВГАВТ» ПО РАЗРАБОТКЕ ПРОЕКТОВ МОДЕРНИЗАЦИИ СУДОВ
В данной статье приведен экономичный вариант модернизации танкеров проекта 1577 типа «Волгонефть», вызванной необходимостью выполнения указаний МАРПОЛ по предотвращению загрязнению нефтью в случае столкновения или посадки на мель, и описание подкрепления нефтеналивных барж проекта Р27 типа «Бельская», обеспечивающего их эксплуатацию с классом «О1,5». Приведены также экспериментальные данные по остаточным напряжениям в палубе т/х «Волгонефть 255», имеющего деформацию общего перегиба.
В последние годы коллективом кафедры сопротивления материалов, конструкции корпуса и строительной механики корабля (СМ, КК и СМК) выполнен ряд работ по заявкам предприятий и организаций, которые, в целом, носят инженерно-конструкторский характер, однако содержат в себе элементы новизны предлагаемых решений.
Одной из таких работ является модернизация конструкции танкера типа «Волгонефть» путем увеличения высоты двойного дна. Модернизация вызвана необходимостью выполнения указаний МАРПОЛ (Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 г., измененная протоколом 1978 г. к ней (МАРПОЛ 73/78). Книги I и II. - СПб., ЗАО ЦНИИМФ, 2008) по предотвращению загрязнению нефтью в случае столкновения или посадки на мель, приведенных в Правиле 19 Приложения I.
Согласно указаниям МАРПОЛ у нефтяного танкера дедвейтом менее 5000 т высота двойного дна должна быть не менее В/15, где В - ширина судна, что применительно к данному танкеру составляет 1100 мм. Для выполнения этого требования существующая высота двойного дна должна быть увеличена на 300 мм.
В связи со значительным износом второго дна полностью заменяется его настил с холостым набором. Вместе с тем, анализ результатов дефектации показал, что толщины связей междудонного набора удовлетворяют требованиям Правил Речного Регистра. Для упрощения технологии замены кафедрой предложено следующее конструктивное решение. Старое второе дно удаляется, за исключением полосок шириной 100 мм вокруг рамного набора, к которым привариваются вертикальные полосы, с помощью которых достигается необходимая высота стенок рамного набора новой конструкции двойного дна. В зависимости от принятой на заводе технологии новое второе дно может собираться секционно или россыпью. Обновленная конструкция двойного дна показана на рис. 1.
Доказана экономическая целесообразность использования стали РСД 32 для изготовления настила двойного дна вместо стали нормальной прочности, это позволяет существенно уменьшить толщину настила двойного дна.
В соответствии с требованиями МАРПОЛ грузовые танки по всей длине должны быть защищены балластными танками или отсеками, не являющимися нефтяными танками, которые должны быть устроены так, чтобы грузовые танки располагались внутрь от теоретической бортовой обшивки применительно к танкерам рассматриваемого типа на расстоянии не менее 0,957 м. Это требование не выполняется только на незначительном участке вблизи пересечения внутреннего борта, форпиковой переборки и второго дна. С целью исключения изменения положения внутренних бортов,
что предусмотрено другими проектами модернизации, требуемая ширина двойного борта достигается путем установки на ограниченном участке в этом районе дублера внутреннего борта. Доступ внутрь этого «короба» осуществляется из двойного борта через вырезанный лаз. Конструкция «короба» приведена на рис. 2.
А-А
Полоса НоЬый настил с набором 100
Рис.1
Рис. 2
Предложенные авторами решения были реализованы в ходе ремонтных работ т/х «Волгонефть 105» на Городецкой судоверфи ОАО «Судоремонтно -судостроительная корпорация» в 2011 г.
В ходе дефектации корпуса выявлена значительная остаточная деформация общего перегиба корпуса со стрелкой 285 мм. Было принято решение об устранении такой деформации. Авторами предложена методика выполнения таких работ. Для выпрямления корпуса выполнены два поперечных разреза по длине корпуса. Были разрезаны все продольные связи за исключением настила и продольных ребер палубы. После выполнения работ по спрямлению корпуса общая остаточная деформация корпуса не превысила 80 мм.
Вопрос о причинах возникновения остаточной деформации корпусов судов типа «Волгонефть» и их допустимости остается дискуссионным. Большинство специалистов считает, что причиной является выполнение ремонтных работ корпуса с заменой значительного числа листов палубы на плаву, однако имеется мнение о том, что эти
деформации являются следствием недостаточной прочности корпуса при эксплуатационных перегрузках (попадание на волнение чрезмерной интенсивности). Ответ на этот вопрос могли бы дать замеры полей остаточных напряжений в корпусах судах, но в доступных источниках отсутствуют сведения о выполнении таких замеров.
К сожалению, в ходе выполнения работ по ремонту т/х «Волгонефть 105» осуществить такие замеры не удалось, однако они были выполнены на теплоходе «Волгонефть 255». Стрелка остаточного перегиба на этом судне превышала 400 мм, однако для выпрямления корпуса был выполнен лишь один поперечный разрез, в результате вместо одного большого горба на судне возникло два горба меньших размеров. Речным Регистром было потребовано от исполнителя работ доказательство допустимости такого исправления с точки зрения общей прочности. Для замеров полей остаточных напряжений были приглашены специалисты нашей кафедры.
Для замеров остаточных напряжений на плаву были установлены тензодатчики в трех поперечных сечениях, одно из которых находилось вблизи сечения реза корпуса, а два остальных - на достаточном удалении от него. Несколько датчиков было наклеено на продольных ребрах межбортового пространства в районе 64-67 шп. (точки 1 и 2 в последующих таблицах); несколько датчиков наклеено на настил палубы около карлингса в районе 70 шп. (точка 3); датчики были установлены ра ребрах 103-106 шп. (точки 4 и 5); на ребрах в районе 136-139 шп. (точки 6 и 7). После замера показаний датчиков были вырезаны механическим способом участки связей с наклеенными датчиками и снова замерены показания. Таким образом, получены значения действующих напряжений в связях на плаву для состояния нагрузки корпуса «Порожнем с 10% запасов», приведенные в табл. 1
Таблица 1
Замеренные напряжения в корпусе судна на плаву
Номер точки замера Номер тензодатчика Напряжения, МПа
В тензодатчике Среднее
4 4,0
1 5 1,6 6,5
6 13,9
2 3 16,0 17,0
4 18,0
3 16,8
3 4 13,6 13,9
5 11,2
4 16,4
4 5 14,4 14,4
6 12,4
3 41,3
5 4 40,0 37,6
5 31,6
6 3 88,0 87,2
4 86,4
4 42,8
7 5 27,2 33,3
6 30,0
Аналогичные напряжения были получены при нахождении корпуса на стапеле, однако их нельзя использовать для определения остаточных напряжений на плаву, поскольку на стапеле корпус находится в напряженном состоянии из-за его искрив-
ленности. Таким образом, для решения поставленной задачи, необходимо воспользоваться теоретическим решением для напряжения палубных конструкций в состоянии «Порожнем с 10% запасами». Такие расчеты содержатся в работах [1] и [2]. Результаты этих расчетов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Номер теор. шп. Номер точки замера Величина изгибающего момента, МНм Напряжение, МПа
[1] [2] Среднее
5,5 1, 2, 3 37,6 49,2 43,4 35
9 4, 5 82,5 85,9 84,2 68
12,5 6, 7 105,4 94,0 100,0 81
На основании результатов, представленных в табл. 1 и 2, можно получить значения остаточных напряжений в связях палубы, которые показаны в табл. 3. Из этой табл. следует, что остаточные напряжения невелики, поэтому их можно считать результатом технологических операций по замене листов настила палубы. Однако такой вывод нельзя признать однозначным. Необходимо продолжить подобного рода исследования.
Таблица 3
Номер теор. шп Номер точки замера Напряжение, МПа
Эксперимент Расчет Остаточное
5,5 1, 2, 3 12 35 -23
9 4, 5 26 68 -42
12,5 6, 7 55 81 -26
Второй цикл работ связан с переклассификацией нефтеналивных барж проекта Р27. Согласно исходному проекту эти баржи предназначались для эксплуатации в бассейнах разряда «Р» с выходом в водохранилища с ограничением по погоде до 5 баллов. Однако с учетом недостатков конструкции корпуса и ужесточения требований, предъявляемых Российским Речным Регистром (РРР) к баржам проекта Р27, на условия эксплуатации барж без двойного дна и двойных бортов наложены дополнительные ограничения. Для эксплуатации в бассейнах разряда «О» они должны быть переклассифицированы, по крайней мере, на класс «О1,5» в соответствии с действующими Правилами РРР с обоснованием достаточности прочности прямым индивидуальным расчетом и необходимым подкреплением днища и палубы.
Анализ результатов дефектации ряда таких барж показал, что настил палубы имеет значительный износ, при этом остаточная толщина не удовлетворяет требованиям Правил Речного Регистра к баржам таких размеров класса «О». Выполнение требований Правил сопряжено с заменой значительного количества листов настила палубы, что резко снижает экономическую целесообразность такого рода модернизации. В связи с этим, кафедрой было предложено конструктивное решение, связанное с установкой дополнительных продольных балок палубы снаружи корпуса между смежными существующими ребрами (см. рис. 3). Показанные на рисунке кницы и полосы необходимы для повышения устойчивости балок и устранению «жестких точек». Следует подчеркнуть, что установка дополнительных балок поверх настила палубы может быть выполнена на плаву, что дает существенную экономию при проведении ремонтных работ.
Рис. 3
Такое предложение позволило решить несколько задач.
Во-первых, благодаря уменьшению вдвое размеров продольной шпации в соответствии с требованиями Правил Речного Регистра практически вдвое уменьшаются нормативы остаточных толщин листов палубы, что исключает необходимость дорогостоящей замены листов.
Во-вторых, уменьшение шпации приводит к увеличению эффективности работы палубы при обеспечении общей продольной прочности за счет увеличения редукционных коэффициентов пластин.
Следует отметить, что баржи этого проекта обладают чрезмерной гибкостью и склонны к резонансным колебаниям на волнении. В соответствии с Правилами Речного Регистра расчетный дополнительный волновой изгибающий момент у них достигает значительной величины. Существенного снижения расчетного изгибающего момента можно добиться небольшим увеличением жесткости корпуса. Предложенное решение позволяет увеличить жесткость корпуса и снизить расчетный момент, что в совокупности с увеличением момента сопротивления приводит к значительному увеличению общей продольной прочности.
В проект баржи заложена неудачная с точки зрения общей прочности конструкция, при которой холостые продольные балки обрываются при подходе к поперечным переборкам. Исследованием напряженного состояния обрываемых на переборках продольных балок, проведенным на кафедре, установлено, что их площадь должна вводиться в ЭБ с редукционным коэффициентом ф = 0,5, что резко снижает эффективность участия продольных ребер в обеспечении общей прочности. Предложено усиление этого узла, обеспечивающее непрерывность продольного набора.
Предложенное кафедрой решение реализовано при ремонте 12 барж и принесло судовладельцам ощутимый экономический эффект. Следует ожидать, что перечень выполненных в процессе ремонта мероприятий существенно повысит эксплуатационную надежность барж, поскольку до этого наблюдались достаточно частые случаи перелома барж в процессе грузовых операций из-за недостаточной общей прочности.
Несколько барж этого проекта были подкреплены ранее железобетоном по проекту, разработанному кафедрой. Опыт эксплуатации таких барж подтвердил их высокую надежность, а проект переклассификации их на класс «О 1,5» не потребовал выполнения дополнительных подкреплений корпуса.
Опыт выполнения подобного рода работ показал, что кроме коммерческого интереса для коллектива кафедры они имеют весьма важную сторону повышения квалификации сотрудников кафедры в области инженерной деятельности, опыта которой недостает особенно у молодых сотрудников. Кроме того, выполнение таких работ приводит к укреплению связей ВУЗа с предприятиями и организациями отрасли.
Список литературы
[1] Т/х «Волгонефть-255». Расчет фактической прочности корпуса. Выпуск МИБ.4121. 2011, 323 л. (рукопись).
WORK EXPERIENCE OF THE DEPARTMENT OF STRUCTURAL RESISTANCE, HULL DESIGN AND SHIP STRUCTURAL MECHANICS OF FSEI HPE VSAWT IN THE SHIP MODERNIZATION DESIGN DEVELOPMENT
S.N. Girin, V.B. Protopopov, S.V. Sozinov
This paper presents an economical option of modernization of the "Volgoneft" type 1577 tanker caused by the necessity for carrying out MARPOL guidelines on the prevention of oil spills in the event of collision or grounding. The paper also gives a description of stiffening of the "Belskaya" type P27 fuel barge which provides its operation with class "O1,5". Experimental data are also given on residual deck stress of M/V "Volgoneft 255" having a general hogging strain.
УДК 629.12:539.4
С.Н. Гирин, к.т.н., профессор ФБОУ ВПО «ВГАВТ». А.М. Фролов, к.т.н., доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А.
О ВЛИЯНИИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРОГНОЗА ВОЛНЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ ВОЛНОВЫХ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ СУДОВ СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ С КЛАССОМ РОССИЙСКОГО РЕЧНОГО РЕГИСТРА
В статье на основании литературных источников показано, что в настоящее время прогнозы волнения в бассейнах эксплуатации судов смешанного плавания могут быть с ошибкой в опасную сторону. Предложена корректировка полученных ранее авторами зависимостей для волновых изгибающих моментов таких судов с учетом ошибки прогнозов волнения.
Суда смешанного плавания (ССП) эксплуатируются в море с ограничениями по волнению. Допускаемая прогнозная высота волны для судов класса «М-СП», в соответствии с действующими Правилами [1] Российского Речного Регистра (РРР), составляет [Ьуу0 ] = 3,5 м. При введении дополнительных ограничений допускаемая прогнозная высота волны для судов класса «М-СП» может быть снижена до [Щр/о ] = 3,0 м Для судов класса «М-ПР» допускаемая прогнозная высота волны составляет [А*] = 2,5 м . А при введении дополнительных ограничений [Иу^] = 2,0 м. Для судов
класса «О-ПР» допускаемая прогнозная высота волны составляет [й^ ] = 2,0 м, а при
введении дополнительных ограничений - [Л^р] = 1,5 м.
Существенное значение для безопасности судов смешанного плавания, не имеющих излишних запасов прочности, имеют достоверность и оправдываемость прогнозов волнения.
Как следует из работы [3], к настоящему времени ещё не выработан единый подход к оценке влияния возможных ошибок прогноза на расчётные параметры волнения, используемые при оценке прочности судов. Это, прежде всего, связано со значи-
