CC BY
9УДК 629.12.001.2
Е.П. Роннов, д.т.н., проф., ФБОУВПО «ВГАВТ». 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А.
ВМЕСТИМОСТЬ СУХОГРУЗНОГО СУДНА ВНУТРЕННЕГО ПЛАВАНИЯ
Получены выражения для расчета объема грузовых помещений судов внутреннего плавания и размеров их основных отсеков корпуса, что позволяет в уравнении грузовместимости учесть влияние оптимизируемых параметров судна.
Уравнение вместимости является одним из основных в теории проектирования и, как правило, входит в число ограничений при решении задач оптимизации элементов и характеристик судна. Оно отражает баланс теоретической вместимости корпуса, надстроек и рубок и объемов, необходимых для размещения груза, оборудования, механизмов, запасов и т.д., обеспечивающих возможность использования судна в соответствии с его назначением
(1)
Принципы составления уравнения вместимости судов различных типов подробно рассмотрены и изложены в ряде работ В.В. Ашика, Л.М. Ногида, А.В. Бронникова и др. Л.М. Ногидом введено уравнение для сухогрузных судов, базирующееся на рассмотрении вместимости грузовых помещений [1]. Грузовместимость будет обеспечена, если выполняется условие
^ > К, (2)
где Жтр - объем грузовых помещений (трюмов);
- объем, необходимый для размещения заданного количества груза.
Решая эти уравнения можно получить главные размерения, необходимые для обеспечения вместимости. Уравнение (2) позволяет получить более компактное решение, требующее меньшее количество исходной информации, что бывает важно для начальных стадий проектирования. Зная род груза и его удельный нагрузочный объем, определение величины не вызывает затруднений. Аналитическое представление объема грузовых трюмов в функции от элементов судна имеет тесную связь с его архитектурно-конструктивным типом. Так для сухогрузов со средним расположением машинного отделения получено [ 1]
^ =^ПАМ-8„ ¿м^ф - НВд), (3)
где
Зпп - коэффициент полноты теоретического объема грузовых помещений;
кгм - коэффициент, учитывающий объемы пиков, цистерн, коридора гребного вала;
4, Ьм - коэффициент полноты и длина машинного отделения;
Ь, В, Н - длина, ширина и высота борта судна;
Нвд - высота двойного дна.
Подавляющее большинство судов имеют кормовое расположение машинного отделения. Полезная грузовместимость таких судов может быть рассчитана [2]
^ = К5тЬтБ{н - Ивд ), (4)
где
кг - коэффициент заполнения трюмов; Ьг - длина грузовых помещений.
В практике проектирования судов внутреннего плавания, имеющих в соответствии с [5] вторые борта и второе дно, и кормовое расположение машинного отделения, объем грузовых трюмов определяют по выражению [3]
^ = (1 - {¿К (1 - Жт )ьби, (5)
где
С - коэффициент, учитывающий заполнение трюмов, а также проходы, трапы и прочие места в трюме, не занятые грузом; Хн - коэффициент потери объема на набор, двойные борта и двойное дно и представляющий собой отношение объема, занятого набором либо двойным дном и двойными бортами к теоретическому объему трюма; Я - относительная длина трюма;
й - коэффициент полноты корпуса судна в районе грузовых трюмов.
Выражением типа (5) удобно пользоваться при наличии близкого прототипа, по которому можно принять относительную длину трюма
Ят = ^ (6)
т ь
и коэффициент потери объема %н и полноты корпуса й
При решении оптимизационных задач такой подход является неприемлемым, так как варьируемые параметры и, прежде всего отношение длины к ширине судна, могут привести к существенному отличию действительных значений Я и %н от принятых по прототипу. Необходимо либо установить их зависимость от варьируемых величин, либо иметь возможность непосредственного определения объемов, которые они характеризуют. Кроме этого, при расчете вместимости, целесообразно учитывать дополнительный объем грузовых трюмов, создаваемый комингсами люковых вырезов. Учет этой дополнительной вместимости судов внутреннего плавания, имеющих известные ограничения по габаритам, становится актуальным, поскольку она в относительном виде составляет значительную величину и может достигать в среднем не менее 20 + 25% от грузового объема трюма. Тогда выражение (5), с учетом сказанного, можно записать
^р =(1 -СКА (б - 2Бб )(И - Ивд ) + ^А, (7)
где
Вб - средняя ширина бортового отсека; /л, Ьл - длина и ширина люкового выреза; йк - высота комингса грузового трюма.
На стадии исследовательского проектирования наибольшую трудность в определении элементов судна, входящих в выражение (7), составляют коэффициент полноты й и длина грузовых помещений Ьт. Что касается первого, то при существующей тенденции и требованиях [5] по обеспечению формы трюма в виде прямоугольного параллелепипеда, коэффициент й мало зависит от варьируемых параметров при оптимизации элементов судна и может быть рассчитан по выражению
= д + ад,
где
ад- надбавка к коэффициенту полноты; для морских грузовых судов А3= 0,1; для судов внутреннего плавания А3= 0,14.
Длину грузовых помещений можно найти
¿г = 1 - ¿мо - ¿ф - ¿а - ¿п , (8)
где
Ьмо - длина машинного отделения; Ьф - длина форпика; Ьа - длина ахтерпика; Ьп - длина прочих отсеков.
К прочим отсекам сухогрузного судна будем относить некоторые, иногда предусматриваемые по конструктивным соображениям, дополнительные отсеки средней части корпуса, такие как коффердам между машинным отделением и гру зо-выми трюмами, диптанки между отдельными трюмами. Такие отсеки свойственны судам с люковыми закрытиями. Величина Ьп может быть задана в абсолютном виде по данным судна-прототипа либо учтена с помощью коэффициента кп, характеризующего отношение Ьп к суммарной длине грузовых помещений. Тогда выражение (8) примет вид
¿г =(ь - ¿мо - ¿ф - ¿а )(1+Кп )-1 . (9)
Строго говоря, на судах в оконечностях кроме форпика иногда выделяются некоторые дополнительные отсеки. Так, например, при наличии подруливающего устройства за форпиком располагается соответствующий отсек. В ряде случаев такой отсек предусматривается и при отсутствии подруливающего устройства из условия выделения участка палубы для размещения механизмов привода и самих люковых крышек, а так же исходя из требований [5] к максимально допустимой величине подпалубных "карманов" и форме грузовых трюмов. В некоторых случаях предусматривается отсек между румпельным и машинным отделениями, который используется для размещения различных цистерн, кладовых и т.п. Наличие этих отсеков, их размеры, обуславливается комплексом причин, ряд из которых могут рассматриваться как аргументы при определении параметров фор - и ахтерпика. Это позволяет при последующем анализе их объединять с пиками.
Рассмотрим определение длины грузового отсека, занимаемого грузовыми трюмами. Для этого изложим способ нахождения размеров основных отсеков корпуса сухогрузного судна с кормовым расположением надстройки и машинного отделения.
Площадь машинного отделения обуславливается условиями размещения в нем главных и вспомогательных двигателей, прочего оборудования и может быть оценена в зависимости от мощности энергетической установки судна. Машинное отделение простирается от борта до борта, то есть ширина его может рассматриваться как величина заданная. Поэтому можно предполагать о наличии зависимости длины машинного отделения от мощности главных двигателей. Анализ статистических данных (табл. 1) позволил принять в качестве функции относительную длину машинного отделения, определяемую по выражению
1м =(^оВ)0,5 . (10)
Таблица 1
Характеристики судов внутреннего плавания
Номер проекта N, кВт L, м B, м S а L/B 1м 1Ф la
890 165 42,0 7,5 0,815 0,853 5,6 7,0 1,27 0,77
765 220 62,0 9,2 0,885 0,81 6,7 8,1 1,26 0,64
912 330 61,5 9,0 0,817 0,887 6,83 9,2 1,17 0,49
27-410 310 66,5 8,2 0,862 0,924 8,11 8,7 1,11 0,54
1000/540 397 61,3 12,0 0,824 0,868 5,11 10,7 0,9 0,42
Р86А 440 78,0 15,0 0,878 0,969 5,2 10,4 1,05 0,55
Р25 588 85,0 12,5 0,836 0,902 6,8 11,6 1,20 0,57
559Б 588 79,9 15,0 0,797 0,871 5,33 9,9 1,1 0,69
869 662 57,0 7,0 0,75 - 8,1 8,9 1,35 0,66
936 772 83,7 11,0 0,794 0,891 7,61 11,91 1,0 0,63
21-88 772 100 12,2 0,818 0,903 8,2 12,8 1,28 0,62
576 735 90,0 13,0 0,837 0,902 6,92 12,9 1,0 0,41
Р25Б 850 96,0 12,5 0,84 0,903 7,68 10,2 1,49 0,58
326 883 78,1 11,6 0,833 0,92 6,73 12,0 1,02 0,37
1557 970 114 13,2 0,818 0,891 8,064 14,5 1,82 0,53
Р32 970 96,6 14,8 0,823 0,890 6,53 15,4 1,11 0,46
2-95 1030 110 13,0 0,825 0,904 8,46 14,6 1,35 0,34
1743 1030 105 14,8 0,827 0,88 7,1 14,5 1,22 0,52
488/А 1280 112,5 13,0 0,85 - 8,65 14,7 1,83 0,46
613 1280 90,2 13,0 0,76 0,85 6,94 15,3 1,0 0,4
1565 1320 135 16,5 0,851 0,935 8,18 15,5 1,52 0,4
1577 1470 128,6 16,5 0,845 0,902 7,79 16,3 1,58 0,33
Статистическая зависимость 1м от мощности энергетической установки (рис. 1) имеет вид
1м = аN0,4, (11)
где
N - мощность главных двигателей, кВт; а - эмпирический коэффициент.
1—1—I—?—I—I—I—I—*—I—I—I—I—*—I-
900 1000 1300 у
Рис. 1. Зависимость относительной длины машинного отделения от мощности главных двигателей
Тогда длина машинного отделения будет
-2
Т - -м. к
Тмо — „ кв •
В
(12)
Величину коэффициента а рекомендуется принимать следующим образом:
- при использовании в качестве главных двигателей низкооборотных дизелей а = 0,9;
- при использовании в качестве главных двигателей среднеоборотных дизелей а = 0,8.
Коэффициент кв учитывает вальность судовой энергетической установки. Принимается равным кв = 1 для одно- и двухвальных и кв = 0,7 для трехвальных СЭУ.
Одновременно надо иметь ввиду, что диапазон применения низкооборотных дизелей на речных сухогрузных судах по мощности обычно соответствует N> 310 кВт, средне и высокооборотных - при N< 880 кВт.
Длина форпика в соответствии с требованиями [4] должна быть не менее половины ширины судна. Как отмечалось выше, между форпиком и носовым трюмом иногда предусматривается дополнительный отсек. Суммарная длина этого отсека и форпика в относительном виде по статистическим данным колеблется
-ф -
2Т
ф
В
— 1 ^ 1,83 •
(13)
Учитывая конструктивные особенности судов рассматриваемого типа для начальных стадий проектирования можно рекомендовать следующие значения относительной длины самого форпика (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость относительной длины форпика от отношения Ь/Б
-ф —
1 ^ 1,1 если Т < 6,9
В
0,15Т + 0,125 если Т > 6,9
ВВ
(14)
Если на судне предусматривается подруливающее устройство, то в рассмотренном диапазоне отношений Ь/Б относительную длину форпика плюс отсека для размещения подруливающего устройства можно рассчитать по выражению
1ф = 8,5-10-02 (—| . (15)
В последние годы на речном флоте стали появляться суда с носовым расположением надстройки. Не анализируя причины, приводящие к такому архитектурно - конструктивному решению, что выходит за рамки данной работы, приведем выражение, которое можно использовать для расчета суммарной длины носовых отсеков - форпика и отсека под надстройкой
(и Л
(16)
4фн - В
-*■ +1
2
Длина ахтерпика Правилами [4] не нормируется и принимается исходя из удовлетворения требований конструктивного характера. При этом учитываются условия не только использования его как румпельного отделения. На размерах ахтерпика могут сказаться требования общепроектного характера, такие как форма кормовой оконечности судна, размещение двигателей, движительно-рулевого комплекса, других механизмов и оборудования в смежных отсеках. Поэтому представляется логичным определять длину ахтерпика в зависимости от коэффициентов формы корпуса, размеров машинного отделения и отношения Ь/Б, характеризующего как управляемость судна, а, следовательно, и габариты рулевого устройства, так и условия его размещения в отсеке, т.е.
Л - /( —, / ,а,3
а »/ I ^ > м > >
где
а — коэффициент полноты КВЛ; 8— коэффициент полноты водоизмещения.
В соответствии с теорией размерности этот функционал можно записать в следующем виде
^ - / í — аЛ
4—оё IВ
Используя аппарат многофакторного анализа и приведенные выше статистические данные, получена зависимость
—а - 0,38/м8-а-(—] . (17)
Для судна с одинарными бортами выражение (7) для полной вместимости по тар-но-штучным грузам будет иметь вид
^ =(1 -СКр (1-*н )Н - Нвд )— в + ¡льл к. (18)
В случае перевозки части груза не только в трюме, но и на люковых крышках, либо в виде, например, штабеля леса, располагаемого выше уровня комингсов люковых вырезов, тогда в формулах (7) и (18) необходимо учесть этот дополнительный объем
жтр - (1 - сКр—г (В - 2Вб )(н - Явд)+¿АК+1шьшкш,
где
1ш, Ьш, Нш — длина, ширина и высота штабеля груза, размещаемого на люковых крышках, либо выше уровня комингсов люковых вырезов.
Коэффициент %н, учитывающий потери объема на вторые борта и второе дно, по статистическим данным составляет в среднем 0,35+0,02. Таким образом, полученные статистические зависимости и коэффициенты позволяют определить длину и вместимость грузовых помещений, учитывая при этом функциональную зависимость этих величин от основных варьируемых параметров задачи оптимизации элементов судна.
Список литературы
[1] Ногид А.М. Теория проектирования судов. - Л.: Судпромгиз, 1955. - 480 с.
[2] Ашик В.В. Проектирование судов. - Л.: Судостроение, 1975.- 350 с.
[3] Вицинский В.В., Страхов А.П. Основы проектирования судов внутреннего плавания. - Л.: Судостроение, 1970. - 450 с.
[4] Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. Том 2. М.: Транспорт, -251 с.
[5] Требования к грузовым судам речного флота МРФ РСФСР по обеспечению их ускоренной погрузки и выгрузки. - Л. 1975 МРФ РСФСР, ЛИВТ, - 12 с.
CARGO CAPACITY OF INLAND WATERWAY BULK CARGO VESSEL
E.P. Ronnov
Formulae for calculating the volume of cargo rooms of inland waterway vessels and for calculating dimensions of major hull compartments of such vessels have been obtained, which helps in a cargo capacity equation to take into account the impact of optimized vessel parameters.
УДК 629.12.071.5:629.124.6
Е.П.Роннов, д.т.н.,проф.,ФБОУВПО «ВГАВТ». В.В. Анисимова, аспирант, ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А
РАСЧЕТ НАГРУЗКИ МАСС ОБСТАНОВОЧНЫХ СУДОВ ВНУТРЕННЕГО ПЛАВАНИЯ
В статье проанализирована нагрузка масс обстановочных судов внутреннего плавания. Приведены результаты корреляционно-регрессионного анализа обоснования вида модуля, необходимого для нахождения каждой из составляющих нагрузки масс. Получены статистические зависимости измерителя массы от оптимального модуля.
На начальной стадии проектирования массу судна определяют приближенными методами, основанными на применении формул, в состав которых входят коэффициенты относительной массы (измеритель), а также элементы и характеристики судна (модуль). Величина каждой из составляющих нагрузки масс может быть представлена в следующем виде [1]:
Р, —V, ■ М, (1)
где V, М ~ измеритель и модуль /-ой составляющей нагрузки масс.
