CC BY-NC
24
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-164-169 УДК 629.553:629.5.081.5
Г.В. Егоров, Н.Ф. Бутенко, А.А. Соловьев, В.А. Нильва, О.Г. Егорова
Морское Инженерное Бюро - СПб, Санкт-Петербург, Россия
теоретическое обоснование возможности спуска пассажирского судна смешанного плавания проекта pv300vd со значительным свесом носовой части
Объект и цель научной работы. Объект - прочностные характеристики пассажирского судна смешанного плавания проекта PV300VD. Цель - описание методики, позволяющей оценить возможность спуска больших плавучих объектов со значительным свесом носовой части.
Материалы и методы. При выполнении работы использовались база данных Морского Инженерного Бюро, судостроительного завода «Лотос» и правила классификационных обществ. Применялись методы теории и проектирования корабля, а также строительной механики корабля.
Основные результаты. Выполнено обоснование возможности безопасного спуска пассажирского судна смешанного плавания проекта PV300VD со значительным свесом носовой части, составляющим практически 30 % длины судна. Заключение. Обоснованный в работе вариант спуска судна на воду свидетельствует о безопасном спуске судна с точки зрения прочности. Общая прочность корпуса судна проекта PV300VD и прочность конструкций трансбордера при спуске обеспечены. Прочность корпуса судна с учетом временных подкреплений корпуса обеспечивается с запасом. Местная прочность корпусных конструкций с учетом временных подкреплений корпуса также обеспечена. Полученные теоретические результаты позволили в мае 2019 г. совершить успешный спуск судна без дорогостоящей модернизации слипа. Ключевые слова: пассажирское судно, прочность, спуск, свес, косяковый трансбордер, безопасность. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-164-169 УДК 629.553:629.5.081.5
G. Egorov, N. Butenko, A. Solovyov, V. Nilva, O. Egorova
Marine Engineering Bureau - St. Petersburg, St. Petersburg, Russia
feasibility of launching mixed-navigation passenger vessel (project pv300vd) with large bow overhang: theoretical justification
object and purpose of research. This paper discusses strength parameters of Project PV300VD mixed-navigation passenger vessel in order to describe feasibility assessment procedure for large ships with considerable bow overhang. Materials and methods. Following common methods of ship theory and design, as well as of naval structural mechanics, this study relies on Marine Engineering Bureau and LOTOS shipyard databases and on the rules of various classification societies.
Для цитирования: Егоров Г.В., Бутенко Н.Ф., Соловьев А.А., Нильва В.А., Егорова О.Г. Теоретическое обоснование возможности спуска пассажирского судна смешанного плавания проекта PV300VD со значительным свесом носовой части. Труды Крыловского государственного научнго центра. 2020; Специальный выпуск 1: 164-169. For citations: Egorov G., Butenko N., Solovyov A., Nilva V., Egorova O. Feasibility of launching mixed-navigation passenger vessel (Project PV300VD) with large bow overhang: theoretical justification. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2020; Special Edition 1: 164-169 (in Russian).
G. Egorov, N. Butenko, A. Solovyov, V. Nilva, O. Egorova. Feasibility of1 lia unching mixed-navigation passenger vessel (Project PV300VD) with large; bow overhang: theoreticaljustificatioa
Main results. This paper justifies the feasibility of safely launching PV300VD mixed-navigation passenger vessel with significant ( practically 30 % of overall length) bow overhang.
conclusion. This paper justifies a safe launching procedure for PV300VD mixed-navigation passenger vessel with considerable bow overhang, to ensure global strength of both the ship and her launching transborder. Taking into account temporary hull reinforcements, both global and local strength of PV300VD hull are ensured with a certain safety margin. This study made it possible to perform in May 2019 a successful launching of this ship without slip upgrade which would have too costly. Keywords: passenger vessel, strength, launching, overhang, jamb cradle, safety.
Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
15 августа 2016 г. на астраханском судостроительном заводе «Лотос» состоялась торжественная закладка круизного пассажирского судна смешанного плавания проекта РУЗООУБ для Московского речного пароходства. К середине 2018 г. завод закончил формирование корпуса судна, и вместе с этим остро встал вопрос о возможности спуска такого объекта со слипа, протяженность которого была практически на 1/3 меньше габаритной длины судна. И если спуск грузовых судов смешанного плавания класса «Волго-Дон макс» проходил на заводе «Лотос» в штатном режиме, то спуск пассажирского судна со значительным количеством вырезов в бортах развитой надстройки вызвал обоснованные опасения. Необходимо было теоретически доказать безопасность спуска на воду с учетом ограниченной стапель-палубы и количества косяковых тележек.
Особенностью пассажирских судов с развитой надстройкой является то, что палубы за счет своей длины должны быть включены в эквивалентный брус при расчете общей продольной прочности. Однако для уменьшения веса судна верхняя часть надстройки выполняется из алюминия с такой минимальной толщиной, которая не может участвовать в обеспечении общей продольной прочности. Для исключения ее из эквивалентного бруса применяют расширительные соединения по всей длине всех палуб надстройки (рис. 1).
При оценке прочности корпуса судна, спускаемого со слипа со значительным свесом, нужно было решить основные прочностные проблемы:
■ выдержит ли сам слип
(деревянная подушка и косяковая тележка);
■ выдержит ли холостой, рамный набор и пластины днища и верхней палубы
в районе свеса (вопросы местной прочности);
■ выдержит ли само судно
(сохранится ли общая продольная прочность судна).
Исходные данные для расчета: длина габаритная - 141,15 м; длина по КВЛ - 141,0 м; ширина - 16,6 м;
высота борта (до главной палубы) - 5,5 м; водоизмещение судна при спуске - 2697,5 т; масса свисающей носовой части - 514,8 т; длина свеса - 33,59 м.
основные характеристики косякового трансбордера:
- длина -100,0 м;
- грузоподъемность - 6000 т;
- количество косяковых тележек - 21;
- количество колес косяковой тележки - 16;
- допускаемая нагрузка на одно колесо косяковой тележки - 28 т;
- допускаемая нагрузка на косяковую тележку (по колесам) - 28*16 = 448 т.
Корпус судна рассматривался как призматическая балка с моментом инерции IC - 8,876 м4 на 21 независимой упругой опоре. Данная величина момента инерции принята согласно [1] и соответствует сечению по
Расширительное соединение / Expansion joint .i/i. 470
Рис. 1. Расширительные соединения по всей длине всех палуб надстройки
Fig. 1. Expansion joints along the entire length of all superstructure decks
Вид сверху установки лайнера на спусковом косяковом устройстве
Рис. 2. Схема мест установки деревянных кильблоков на косяковом столе с их габаритами
Fig. 2. Locations and dimensions of wooden keelblocks on jamb table
160-му шпангоуту. Расчет выполнен по методу конечных элементов (МКЭ) по программе «МКЭ-94» в соответствии со схемой установки проекта PV300VD на косяки (рис. 2). Расчетная схема, включающая 39 элементов и 40 узлов, представлена на рис. 3.
Коэффициенты жесткости упругих опор определены с учетом расположения тумб с деревянными подушками на опорном столе косяка. Схема установки тумб на косяках № 1, 2, 21 (в диаметральной плоскости косяков) и № 3-20 (над шарнирами опорного стола) представлена на рис. 4.
Коэффициенты жесткости упругих опор № 1, 2, 21 определены в соответствии со схемой, учитывающей прогиб опорного стола в виде балки с поперечным сечением. Остальные пары опор-тумб с сосновыми прокладками расположены над стальными опорами опорного стола косяка, и их упругость не учитывается, а величина коэффициента жесткости 1 м2 деревянной прослойки составляет К = 294 300 кН/м.
Суммарный коэффициент жесткости косяков № 1, 2, 21 определяется как
К Е= К' • - ' + (К'/К2 )'
где Ес = 6000 т/м2 (для сосны); h = 0,2 м (высота деревянной прокладки). Например, для косяка № 1:
■ Е„
K =
2,21- 6000 0,2
= 66300 т/м -
жесткость деревянной прокладки; 48,28EI п
K 2 =
L
1 + 31,36
10
w L
E = 2,1-107 т/м2, при a = 3,75 м, b = 4,18 м.
ст " " ±
I0 = 825 825 см4; wC = 256 см2.
1 2 34 5 6 7 8 9 1011 13 14 16 18 19 20 22 24 25 27 29 30 31 33 35 36 оо—^о-^-с^——<р~9~°9—?—5"0-?-0?—9Э~9~С>9—?——
Рис. 3. Расчетная схема судна на косяках Fig. 3. Analytical model of the ship on jambs
1600 К->
1600 К-►
1600 <->1
^ 4180 ^ ^ 4180 ^ J
Опорный стол косяка
37 -O-
38 -O-
39 -O-
40 -O
Рис. 4. Схема установки тумб на косяках № 1, 2, 21 (в диаметральной плоскости косяков) и № 3-20 (над шарнирами опорного стола)
Fig. 4. Layout of pedestals on jambs Nos. 1, 2, 21 (in the center plane of jambs) and Nos. 3-20 (above support table hinges)
G. Egorov, N. Butenko, A. Solovyov, V. Nilva, O. Egorova. Feasibility of1 la unching mixed-navigation passenger vessel (Project PV300VD) with large; bow overhang: theoreticaljustificatioa
K 2
По справочнику [1] _ 48,28• 2,1 -107 • 825825-10" = 7,933 Г1+31,36 825825
256•7932
: 14474,3 т/м
K
Отсюда
_ 66300
s " 66300
1 + -
11880,6 т/м _ 1,165 • 105 кН/м,
14474,3
т.е. меньше жесткости деревянной прослойки в 5,58 раза.
Для оценки общей продольной прочности корпуса судна были построены эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов. Максимальный прогиб носовой оконечности составил 70 мм.
Общая прочность корпуса судна оценивалась при M = 95 830,0 кНм и N = 5050,3 кН. Момент
г max 7 max
сопротивления верхней палубы W . = 1,776 м3, площадь стенок эквивалентного бруса FCT =0,11 м2. Материал верхней палубы - сталь с пределом текучести 315 МПа.
- max = = • 0,001 =
Wmin 1,776 = 54 МПа « 0,171<гг << стдоп = 0,6аг;
^ = = 50503. o?ooi =
max Fcm 0,11
= 45,9 МПа = 0,256тТ « тдоп = 0,6тТ,
где ат = 315 ^ЛШ., тт = 179,6 М^Па - пределы текучести при растяжении и сдвиге соответственно для материала верхней палубы судна проекта PV300VD.
Таким образом, с позиции общей прочности судна на трансбордере, несмотря на большую консоль, опасности нет, т.к. максимальные нормальные и касательные в корпусе напряжения значительно меньше (в 3,5-3,9 раз) допускаемых, составляющих в данной ситуации не менее адоп = 0,6ат и тдоп = 0,6тТ.
Наиболее нагруженной оказалась не носовая опора, а косяк № 19 по напряжениям в деревянных прокладках (напряжения в деревянных подушках составили 129,1 т/м2, или 80,1 %, от допускаемых 160 т/м2), с допустимыми нагрузками на все косяки Рдоп < 448 т.
Также была оценена местная прочность конструкций в наиболее напряженном сечении: рассчитана прочность днищевого перекрытия, продольных ребер жесткости (РЖ) и пластин днища у косяка № 19 (161-177 шпангоуты). Расчеты выполнены в программах «МКЭ-94» и «ИСПА».
Расчетная схема прочности днищевого перекрытия, включающая 34 элемента и 29 узлов, представлена на рис. 5. Перекрытие считается жестко защемленным на поперечных переборках шпангоутов 161, 177 и свободно опертым у борта. Учтена симметрия конструкции и нагрузки относительно диаметральной плоскости.
Величина максимальной перерезывающей силы, возникающей в днищевом стрингере на косяке N° 20, составляет 790,5 кН; касательные напряжения равны т = 90 МПа, или 84 %, от допускаемых 107,2 МПа. Величина максимального изгибающего момента в днищевом стрингере в районе косяка № 20 составляет 1250 кНм. Нормальные напряжения равны о = 64 МПа, что значительно ниже допускаемых напряжений.
РЖ считается свободно опертым на флорах и на установленных бракетах. Величина максимальной перерезывающей силы, возникающей в РЖ днища на косяке № 19, составляет 146,64 кН, и касательные напряжения т равны допускаемым 107,2 МПа. Величина максимального изгибающего момента в днищевом стрингере в районе косяка №2 19 составляет 15,117 кНм. Величина нормальных напряжений равна о = 150 МПа, или 67,3 % допускаемых напряжений.
Пластина днища моделируется пластиной на упругом основании. Жесткость 1 м2 сосновой подушки высотой 0,2 м составляет 294 300 кНм. Рассматриваемый участок пластины имеет площадь 0,55 • 0,6 = 0,33 м2, поэтому суммарная жесткость упругого основания равна 0,33 • 294 300 = 97 119 кНм. Нагрузка на участок пластины составляет 3444,8/2,72 • 0,33 = 417,9 кН. Давление на пластину равно 417,9/0,33 = 1266 кН/м2 = 1,266 МПа.
23
26
Рис. 5. Расчетная схема днищевого перекрытия Fig. 5. Analytical model of bottom grillage
Днище
Шп. 174 см. в нос Применить к шп. 172 и 176
ХЗИС^Е,
т
Шп. 173 см. в нос Применить к шп. 165
ж
Шп. 169 см. в нос
Шп. 168 см. в нос Применить к шп. 166
Шп. 158 см. в нос Применить к шп. 159, 160, 167
2300 от ДП на ЛБ. ПрБ симметрично
1
RI КГЦ 'IT _И— RI iJ ' F4 Ш ' 1 т i .
Рис. 6. Схема подкреплений днища при спуске судна проекта PV300VD Fig. 6. Bottom reinforcements used for PV300VD launching
Максимальная величина нормальных напряжений в пластине составила 102 МПа, что заметно ниже допускаемых напряжений.
Прочность днищевого перекрытия судна, РЖ и пластины днища с учетом временных подкреплений корпуса обеспечена.
По результатам расчетов были даны следующие рекомендации по спуску:
1. Корпус судна и надстройка должны быть подкреплены (рис. 6).
2. Должны быть демонтированы стекла всех окон в нос от 145 шпангоута выше главной палубы.
3. Судно должно быть установлено на косяковые тележки.
4. Необходимо установить временные кильблоки в районе носового свеса судна с шагом не более 5 м, которые демонтируются непосредственно перед спуском судна.
5. Не должно быть открытых отверстий в наружном борту судна ниже главной палубы.
В 2019 г., на основании расчетов и предложенной схемы установки на косяковые тележки, был осуществлен успешный спуск на воду пассажирского судна смешанного плавания проекта РУ300\С (рис. 7).
Рис. 7. Спуск пассажирского судна проекта PV300VD «Петр Великий» Fig. 7. Launching of Pyotr Veliky passenger ship (PV300VD class)
G. Egorov, N. Butenko, A. Solovyov, V. Nilva, O. Egorova. Feasibility of launching mixed-navigation passenger vessel (Pcoject PV300VD) with large; bow overhang: theoretical justificatioa
Библиографический список
1. Справочник по строительной механике корабля. В 3 т. / Под ред. О.М. Палия. Л.: Судостроение, 1982.
2. Короткин Я.И., Ростовцев Д.М., Сиверс Н.Л. Прочность корабля. Л.: Судостроение, 1974. 432 с.
References
1. Naval structural mechanics. Reference book. In 3 vol. Under editorship of O. Paliy. Leningrad: Sudostroyeniye, 1982 (in Russian).
2. Korotkin Ya., Rostovtsev D., Sivers N. Ship strength. Leningrad: Sudostroyeniye, 1974. 432 pp. (in Russian).
Сведения об авторах
Егоров Геннадий Вячеславович, д.т.н., профессор, генеральный директор Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Санкт-Петербург, Россия, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: egorov@ mebspb.com.
Бутенко Наталья Федоровна, руководитель группы прочности Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Санкт-Петербург, Россия, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com. Соловьев Андрей Александрович, к.т.н., ведущий научный сотрудник Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Санкт-Петербург, Россия, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com.
Нильва Владимир Александрович, научный сотрудник Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Санкт-Петербург, Россия, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com. Егорова Ольга Геннадьевна, научный сотрудник Морского Инженерного Бюро - СПб. Адрес: 197101, Санкт-Петербург, Россия, ул. Мира, 15/1, офис 76Н. Тел.: +7 (812) 23364-03. E-mail: office@mebspb.com.
About the author
Egorov, Gennady V, Dr. Sci., (Eng.), Prof., Director General, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1, Mira st., St. Petersburg, Russia, post code 197101. Tel.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: egorov@mebspb.com. Butenko, Natalia F., Head of Strength Group, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1 Mira st., St. Petersburg, Russia, post code 197101. Tel.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com. Solovyov, AndreyA., Cand. Sci., (Eng.), Lead Researcher, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1 Mira street, St. Petersburg, Russia, post code 197101. Tel.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com. Nilva, Vladimir A., Researcher, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1 Mira st., St. Petersburg, Russia. post code 197101. Tel.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com.
Egorova, Olga G., Researcher, Marine Engineering Bureau (St. Petersburg). Address: office 76N, 15/1 Mira st., St. Petersburg, Russia, post code 197101. Tel.: +7 (812) 233-64-03. E-mail: office@mebspb.com.
Поступила / Received: 15.01.20 Принята в печать / Accepted: 07.02.20 © Коллектив авторов, 2020
