Устранение остаточного перегиба полным поперечным разрезом корпуса судна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

¡Выпуск 1

СУДОСТРОЕНИЕ И СУДОРЕМОНТ

УДК 625.12:539.4

С. О. Барышников,

канд. техн. наук, профессор, СПГУВК;

Т. О. Лопарева,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;

В. Б. Чистов,

д-р техн. наук, профессор,

СПГУВК

УСТРАНЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО ПЕРЕГИБА ПОЛНЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАЗРЕЗОМ КОРПУСА СУДНА

ELIMINATION OF SHIP’S HULL RESIDUAL BEND BY CROSS-SECTIONAL CUT

В процессе эксплуатации судов внутреннего плавания появляются повреждения в виде остаточного общего прогиба или перегиба корпуса. Это приводит к дополнительным напряжениям. В данной работе рассматривается один из способов ремонта таких судов, который заключается в том, что на корпусе установленного на стапеле судна делается поперечный разрез; судно разделяется на две части, каждая из которых перемещается таким образом, чтобы обе установились по одной линии и был исключен остаточный перегиб. Затем одна из частей устанавливается на стапельные тележки, выполняется причерчи-вание, прирезка и подгонка стыка.

In running of inland navigation ships there arise damages in the form of the hull residual bend or flexure. It results in additional stresses. The present paper examines one of the methods of repairs for these ships. This method includes making a cut in the hull of the ship placed on the slipway; the ship is divided into two parts, both parts are transferred in such a way that they are placed along one line, the residual bend being eliminated. Then one part is placed on the slipway cradle, the drawing, cutting and adjustment of the joint are carried out.

Ключевые слова: остаточный общий прогиб, перегиб корпуса, устранение остаточного перегиба корпуса.

Key words: residual total bend, hull bend, elimination of the hull bend.

ДИН из способов устранения остаточного перегиба корпуса судна заключается в том, что на корпусе

— определить величину максимальном остаточной стрелки перегиба;

— подготовить косяковые тележки к подъему судна с деформированным корпусом;

установленного на стапеле судна делается поперечный разрез; судно разделяется на две части, каждая из которых перемещается таким образом, чтобы обе установились по одной линии и был исключен остаточный перегиб. Затем одна из частей устанавливается на стапельные тележки, выполняется причерчива-ние, прирезка и подгонка стыка. Сварка стыка выполняется с соблюдением правил для соединения блоков корпуса судна.

— поднять судно с деформированным корпусом на слип, пересадить на стапельные тележки и транспортировать к месту ремонта;

— установить судно на месте ремонта с сохранением остаточного перегиба;

— наметить линию разреза и установить в зоне разреза дополнительные тумбы;

— демонтировать трубопроводы систем и устройств в районе разреза;

Для достижения поставленной цели

— разрезать корпус судна;

необходимо выполнить следующие операции:

— опустить и выровнять обе части корпуса по струне;

— причертить, прирезать и состыковать обе части корпуса;

— заварить швы в районе стыка;

— заделать технологические лазы.

Вопросы, связанные с выполнением первых четырех операций, являются общими для технологии ремонта судов с деформированными корпусами и подробно рассмотрены в [1]. В настоящей статье лишь отметим, что перед ремонтом судно установливается на стапеле с сохранением остаточного перегиба и поддерживается таким количеством опор, которое обеспечивает минимальный изгибающий момент в зоне предполагаемого разреза.

Разрез должен намечаться по стыку, ближайшему к зоне наметившегося перелома или максимального остаточного перегиба (если последний плавный).

В районе реза следует установить дополнительные ряды стапельных тумб, один ряд — посередине пролета, где намечен рез, а второй — в соседнем пролете (рис. 1).

Тумбы устанавливаются под пересечением продольного и поперечного рамного набора. Количество дополнительных тумб в ряду должно быть не менее половины количества тумб в основном ряду и не менее двух.

Все трубопроводы систем и устройств, пересекающие намеченный разрез, должны быть демонтированы на этом участке или перерезаны с учетом обеспечения минимального объема работ по их восстановлению после правки корпуса.

На настиле палубы, обшивке бортов и продольных переборок намечаются линии резов. Если устраняемая стрелка перегиба корпуса не превосходит 300 мм, то на настиле палубы или на полке комингса дополнитель-

ный рез намечается на расстоянии 50 мм от основного, идущего по монтажному стыку. Дополнительный рез на борту и продольных переборках проходит на расстоянии 50 мм от основного на палубе или стенке комингса до основного на днище.

Если стрелка перегиба превосходит 300 мм, намечается вторая линия реза — за основной. Расстояние между линиями реза в на палубе (полке комингса) определяется по формуле

НЬ

в = /

ос

(1)

где: Н — высота борта или расстояние от днища до полки комингса;

Ь2 и Ьъ — расстояние от опор, вокруг которых будет выполняться поворот частей корпуса после выполнения реза.

Второй рез на бортах и продольных переборках намечается аналогично первому с учетом расстояния между ними в самой верхней части корпуса, равному в.

Форма реза может меняться, если не обеспечивается условие, что расстояние между старым и новым монтажным швом должно быть не менее 150 мм.

Новый монтажный шов на продольных переборках и продольном рамном наборе может не лежать в одной плоскости со швами на палубе, днище и бортах. В этом случае стыковые швы на продольных переборках и продольном рамном наборе располагаются не ближе чем 200 мм от упомянутой плоскости.

Намечается и вырезается необходимое количество технологических лазов на днище и настиле второго дна.

Разрезание корпуса выполняется в последовательности:

— удаляются участки продольных ребер жесткости длиной 800 мм по палубе и днищу (см. рис. 2);

— разрезается рамный набор и продольные переборки по намеченным линиям, и удаляются участки, примыкающие к обшивке и настилам (см. рис. 2);

Выпуск 1,

|Выпуск 1

— разрезается по стыковому шву обшивка днища, а затем обшивка бортов от днища к палубе;

— разрезается стыковой шов на настиле палубы;

— выполняется проверка разделения корпуса судна на две части;

— выполняются дополнительные разрезы по линиям разметки на днище, на палубе, на бортах, на продольных переборках и продольном рамном наборе.

11 11 1: II: ¡1!¡1! г п ж ж ж ж 1 1: :1::1: :1: |_|^ |_|— 1-1-1 Г г 1 1 1 1 1 1 ! г 1 1 1! 1 1 Ч и 1 ! [ 1 ! г | | 11 < 1 < > 1 . .1 . ■ 1 . 4 1 . . | | 1 | | 1 • 1 > ■ II • ■ .1 1 *.| 1 4 1 1 1 1 1 | || | | |

М 1 ГП [II М 1 1 1 1 1 1 II I и : I:: I:: I:: 1:: I:: 1:: 1:: к Н-1 м-1 М-1 м-1 мм мм мм м- | 1 1 1 И ¡1! II II /

И I I за ж

3 (^! I I 4 5

%Пт

ф-вид на палубу

Ширина реза на обшивке днища должна быть не менее 15 мм.

Кромки на настиле палубы, обшивке днища и бортов одной из частей разрезанного корпуса должны лежать в одной плоскости.

После разреза корпуса в районе 4-й опоры судно окажется разделенным на две части, стоящие с дифферентом. Нагрузки на опоры останутся практически неизменными, так как изгибающий момент в зоне разреза мал, а распределенная нагрузка от веса корпуса на образовавшейся консоли создает малый изгибающий момент, так как мала консоль. Далее потребуется переставлять стапельные тумбы, формирующие опоры, чтобы можно было поставить обе части корпуса на ровный киль. Расположение стапельных тумб и стапельных тележек при выравнивании корпуса показано на рис. 3.

Кормовую часть разрезанного корпуса перед выравниванием можно представить в виде балки. На рис. 4 представлены основная система и эпюры изгибающих моментов для раскрытия статической неопределимости балки, эпюра поперечной силы и эпюра изгибающего момента.

Статическая неопределимость балки раскрывается сравнением угла поворота на опоре 1 пролета 0-1 ( ) с углом поворота на

этой же опоре пролета 1-4 (0^). В результате получается значение изгибающего момента на опоре 1:

\

1

ЕТ

2,1 1.. л 1 .,,2

-----£- — +—М 1- + -М1-

8 3 2 2 0 3 2 1 3

01чр=-

Ш'

д'1

Р2 о

4—+дщ~? 3 3

1,7 1...8 12 7

2 9 2 1 9 23 1 9

ЛЬсМ, ш

X

EJ"

Ш2-2е±+

8 3 3

f2 ^

q' — + qn-£2 3 3

Л

Учитывая, что J = 2 J' , а q' = 2q'' , после преобразований получим:

1 4 12 4

X

2 9 23 1 9

После приравнивания углов поворота дл» = 0пр

и преобразований получим уравнение, связывающее моменты на опорах с нагрузкой и конструкцией балки:

(3)

М0£ 1 28 М/ М/ _8_ EJ' 6 27 EJ' EJ” '27

п \ л Г

JV

EJ'

54

+ 9

»лЗ

27

1

£/"

?'¿3 —+ 973 — 27 27

(2)

^ 64 Ч ^

.

Для рассматриваемого судна было принято д ' ' = 65 кН • м; I = 12 м; М0 = -М * = = -13 000 кН • м, после подстановки получено:

М1 = -13 615 + 1330 = -12 226 кН.

По полученному значению изгибающего момента рассчитаны реакции опор Я0 = 839 + 2080 = 2919 кН; Я1 = 2882 кН; Я4 = 259 кН и построены эпюры поперечной силы и изгибающего момента, представленные на рис. 5. Выражения для определения реакций опор имеют вид:

(4)

„ , 4 „2 . Мп 4 М,

Rl=q'-£ + q”-£ + ^L---------------------------L...;(5)

1 3 3 £ 3 £

„ М, q'£ q" 4£

Я< =-±+^—+^1

(6)

Ъ£ 6 3

Р* = 2080 кН — вес свешивающейся части корпуса.

Расчет позволяет установить количество тумб в составе каждой из опор по формуле

П, = -

Я

(7)

где q = 30 кН — грузоподъемность стапельной тумбы.

Таким образом, чтобы подготовить судно к выравниванию, следует разместить в районе опор 0 и 1 по 10 стапельных тумб, а у опоры 4 установить только 3 стапельные тумбы.

Аналогично рассмотрим носовую половину корпуса. Схема носо- <а вой части показана на рис. 5.

Для раскрытия статической неопределимости используется уравнение трех моментов, которое для рассматриваемой балки имеет вид

X

Выпуск 1,

|Выпуск 1

Рис. 5

М4 • Ъ£ + 2М1 (з£ + £)+ М%£ = -6

„л 2д”£2 ЛЛ

X

2 3 8 2

2 д%МУ

3 8

Учитывая, что М4 = 0, после преобразования получим:

. (8)

7 8 8

Для рассматриваемого судна было принято: М8 = -М = 13 000 кН, после подстановки в 4-7 получено:

М7 = -8190 + 1625 = -6565 кН.

По полученному значению изгибающего момента на 7-й опоре рассчитаны реакции опор Я8 = 3006 кН; Я7 = 1206 кН; Я4 = 988 кН и построены эпюры поперечной силы и изгибающего момента:

_ а”£ М7 М„ *

Я, = — + —^ ------------------------5- + Р

(9)

(10)

2 Ъ£

По формуле (7) в районе 8-й опоры перед выравниванием носовой оконечности следует поместить 10 стапельных тумб, а в районе 7-й и 4-й — по 4 тумбы.

Для выравнивания носовой и кормовой частей корпуса следует осуществлять их поворот на 7-й и 1-й опорах соответственно. С этой целью устанавливаются стапельные тележки: за 0-й опорой и за 8-й опорой — по 6 тележек (по 3 пары) и около 4-й опоры — по 4 тележки для каждой половины. Перемещение каждой части корпуса осуществляется постепенно, чтобы сечение около 4-й опоры опускалось ступеньками не более чем по 50 мм. После установки тележек около 4-й опоры стапельные тумбы около этой опоры опускаются на 50 мм, а стапельные тумбы в районе 2-й, 3-й, 5-й и 6-й устанавливаются по струне на уровне 1-й и 7-й опор. Далее дается нагрузка на 6 стапельных тележек, расположенных за 0-й или 8-й опорами. Нагрузка на каждую стапельную тележку дается такой, чтобы она равнялась весу свешивающейся части корпуса, а момент, создаваемый ею на 8-й опоре, был равен моменту, создаваемому свешивающейся частью, но с противоположным знаком. В результате эпюры изгибающего момента и поперечной силы изменяются так, как показано на рис. 4 и 5.

Изгибающий момент на 1-й опоре определяется из уравнения

28 МХ1 МХ1

8

27 ЕГ ЕГ 27 1

1

ЕГ

41ъ — + цЧъ — 54 27

ЕГ

27 27

(12)

а реакции на опорах кормовой части — по формулам:

;

^ 2 £

4 Ъ1 6 3

(13)

(14)

(15)

X

Изгибающий момент на 7-й опоре определяется по формуле

М1 = , (16)

О

(17)

(18) (19)

а реакции на опорах носовой части:

;

^ I 2 „ 4М, Л ,,л

;

4 М 2

После подстановки значений д', д '' и £ получим величины изгибающих моментов на опорах М1 = -13 615 кН.м; М7 = -8190 кН.м и опорных реакций Я1 = 4113 кН; ^ = 992 кН; Я7 = 2470 кН; ДГ = 9)43 кН. Опорные реакции на крайних опорах получились отрицательными (Ло = -354 кН и Л8 = -293 кН) и малыми по абсолютной величине. Это свидетельствует о том, что корпус судна будет отрываться от них. Так как конструкция опоры не предусматривает возможности сопротивляться этому, то произойдет некоторое увеличение нагрузки на стапельные тележки около 4-й опоры и уменьшение нагрузки на 1-й и 7-й опорах. Пренебрежение этим перераспределением не вызывает опасности.

Расчет показал, что до начала выравнивания носовой и кормовой частей корпуса (открытия перепускных клапанов на стапельных тележках около 4-й опоры) следует увеличить число стапельных тумб под 1-й и 7-й опорами до 15 единиц, установить по 4 стапельные тумбы на 50 мм ниже в районе тележек около 4-й опоры (они смогут принять нагрузку более 1000 кН), установить стапельные тумбы в районе 2-й, 3-й, 5-й и 6-й опор так, чтобы их подушки были на уровне 1-й и 7-й опор.

После открытия перепускных клапанов на стапельных тележках около 4-й опоры площадки тележек начнут опускаться до тех пор,

пока нагрузку не воспримут стапельные тумбы, расположенные около них. Нагрузка на тележках за крайними опорами начнет падать, если поддерживать ее на заданном уровне, то эпюра поперечных сил и изгибающих моментов изменяться не будет и сохранится такой, как показано пунктирной линией на рис. 4 и 5.

Если поддерживать нагрузку на тележках за опорами 0-й и 8-й не удается, то эпюры поперечной силы и изгибающего момента перед тем, как корпус опустится на стапельные тумбы в районе 4-й опоры, примут вид, показанный на рис. 4 и 5 сплошной линией.

Опускание носовой и кормовой частей около 4-й опоры можно выполнять одновременно или по очереди, опуская каждую только на 50 мм.

Операция выравнивания заканчивается после того, как кормовая и носовая части корпуса окажутся на всех опорах, состоящих из стапельных тумб, подушки которых находятся на одном уровне с подушками стапельных тумб на 1-й и 7-й опорах.

Вызывает опасение прочность флора, на который передают нагрузку стапельные тележки, расположенные около 4-й опоры. Расчеты показывают, что при установке 4 тележек прочность флоров будет обеспечена.

После выравнивания следует установить носовую половину судна на стапельные тележки (рис. 6).

Порядок установки следующий:

— установить талрепы на палубе, днище и бортах корпуса судна;

— причертить и прирезать кромки на настилах обшивки и продольном рамном наборе;

— стянуть обе части корпуса талрепами, подогнать стыковые швы продольного рамного набора с зазором 0 мм и закрепить на прихватках; подогнать стыковые швы обшивки и настилов с зазором 0 мм и закрепить на эластичных прихватках (см. рис. 7);

Л) с?ь с?ь Л Л) Л

Выпуск 1,

|Выпуск 1

— разметить по месту и вырезать новые части рамного набора и продольных переборок (см. рис. 2 и рис. 3 карты эскизов), подогнать кромки новых частей и стенок рамного набора встык (несовпадение толщины стенок менее 1 мм); закрепить на прихватках;

— разметить по месту и вырезать новые участки продольных ребер жесткости (см. рис. 2); подогнать кромки вновь устанавливаемых участков продольных ребер жесткости встык со старыми и закрепить на прихватках к ребрам жесткости и обшивке или настилу;

— заварить стыковые швы продольно -го рамного набора, стыковые швы вставок со стенками рамного набора и стыковые швы продольных ребер жесткости;

— заварить стыковые швы обшивки днища, настила второго дна и настила палубы;

— заварить стыковые швы обшивки бортов и продольных переборок;

— заварить швы приварки продольного рамного набора к настилам и обшивке, швы приварки продольных ребер жесткости к настилу палубы, второго дна и обшивке днища; заварить участки швов соединения настила второго дна с бортами, обшивки бортов и продольных переборок с палубой, продольных переборок с днищем и настилом второго дна.

В заключение следует отметить, что устранение остаточного перегиба рассмотренным способом не устраняет остаточных

—&■ 1 .0+2

о . 7] \ 1 \К=Ш

Е* 1 ? 0+2 -*Е * — 800

- 1

*

ъ- .0+2

Рис. 7

напряжений в корпусе, поэтому коэффициент запаса общей прочности должен быть увеличен. Отмеченное требует проверки общей прочности корпуса и, при необходимости, подкрепления палубы и (или) днища накладными полосами, как это предложено в [2].

□»>

Список литературы

1. Барышников С. О., Лопарева Т. О., Чистов В. Б. Подъем и установка на слипе судов с деформированным корпусом // Труды IV международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», том II. — СПб.: Политехнический университет, 2007. — С. 292-300.

2. Барышников С. О. Ремонт корпусов речных судов подкреплением накладными полосами // Сб. научных трудов. — Л., ЛИВТ, 1982. — С. 178-181.