Проектирование судов Теория проектирования (стр. 4 из 14)
Стандартный подход к делению нагрузки неудобен в проектных расчетах, поскольку удельное значение разделов отличается довольно сильно. Например, 01 раздел занимает 12 – 54 % от D, разделы 02, 03, 05 – от 1 до 10 %, а разделы 07, 09, 13 – десятые и сотые доли процентов. Для предварительных расчетов применяется проектная разбивка масс по разделам, отличающаяся меньшим количеством составляющих.
При подобном подходе нагрузка делится на 8 разделов:
Корпус Рк = Р01+Р10.
Оборудование, Ро = Р02+Р03+Р05+Р07+Р09+Р13.
Балласт Рб = Р12+Р17+Р18.
Механизмы, Рм = Р04.
Топливо, Рт = Р16.
Запас водоизмещения, Рзв = Р11.
Экипаж, Рэ = Р14.
Груз Рг = Р15.
Определение массы корпуса
01 раздел – самый "тяжелый" в нагрузке порожнего судна. Массу этого раздела можно определить одним из четырех способов:
В способах первой группы используются наиболее простые, а поэтому и наименее точные формулы вида,
Рк= рк D или Рк= qк LBH,
где D, LBH – модули, а рк, qк – измерители, определяемые по прототипу, отнесенные к соответствующим модулям.
Формулы второй группы учитывают такие особенности, как: тип судна, высота надводного борта, количество палуб, развитость надстроек и т.п. Результаты расчета по формулам второй группы оказываются более достоверными, чем в первом случае. Типовая формула второй группы для массы голого корпуса (суммы групп с 0101 по 0107)
,где А1 = 1 – для судов с минимальным надводным бортом и 0,96 – для судов с избыточным надводным бортом. А2 = 1 – для однопалубных судов, 1,06 – для двухпалубных судов, 1,12 – для трехпалубных судов. А3 = 1 – для судов длиной более 70 м, для судов меньшей длины А3 = 2,9 : L0,25. Приведенная высота борта Н', определяется по формуле
,где hн и lн – соответственно высота и длина надстроек.
Формулы третьей группы выведены исходя из требований, предъявляемых к прочности судна. Выполнение этих требований обеспечивается, в первую очередь, продольными связями, входящими в эквивалентный брус. Следовательно, строго говоря, по формулам третьей группы, можно определить массу именно этих связей, но поскольку их масса составляет 80 – 90 % массы стали в составе корпуса, то формулы распространяются на все остальные связи, что приводит к незначительной погрешности, допустимой на начальных этапах проектирования.
Масса связей, участвующих в продольном изгибе, зависит от удельной массы стали ρ, площади поперечного сечения эквивалентного бруса F и длины судна L.
Рпс= ρ L сF,
где с – коэффициент уменьшения площади сечения эквивалентного бруса по длине судна.
Площадь поперечного сечения влияет на момент сопротивления эквивалентного бруса
W = η H F,
где η – коэффициент утилизации площади сечения эквивалентного бруса. В то же время минимальный момент сопротивления равен отношению изгибающего момента к допустимым напряжениям в связях корпуса
.Изгибающий момент при постановке судна на волну
,где k – коэффициент изгибающего момента.
Тогда:
, 
.По статистике, коэффициент с ≈ δ1/3, а η ≈ 0,05L1/2. Тогда
,где
– измеритель массы продольных связей корпуса.Учитывая, что Рпс = (0,8 – 0,9) Р01, можно определить массу всего раздела.
Способы четвертой группы основаны на постатейном пересчете масс отдельных конструкций. В этом случае общую массу корпуса разбивают на ряд составляющих (объединяя отдельные статьи, например, по функциональным признакам), для каждой из которых подбирают соответствующий модуль пересчета. Результаты, получаемые в результате расчета, по формулам четвертой групп наиболее точны, но в то же время трудоемкость расчетов гораздо больше, чем в предыдущих способах.
Разобьем массу раздела корпус на следующие составляющие:
- Продольные связи
.- Поперечные переборки
где nпер – число переборок.
- Местные конструкции (платформы, выгородки, шахты и т.п.)
- Надстройки и рубки
,где Wнр – объем надстроек и рубок.
- Оборудование помещений
.- Прочие части раздела
.Формулы первой группы используют для ориентировочных первоначальных расчетов. При сопоставлении вариантов технического предложения пользуются более точными формулами второй или третьей группы. Расчет массы корпуса выбранного варианта осуществляют по наиболее точным формулам четвертой группы.
Определение массы механизмов
При определении массы механизмов исходят из предположения, что данная масса зависит от мощности энергетической установки N (кВт).
Рм = рмN.
Измеритель рм принимает следующие значения: для СЭУ с малооборотными дизелями (МОД) – 0,09 - 0,11 т/кВт; для СЭУ со среднеоборотными дизелями (СОД) – 0,07 - 0,09 т/кВт. Более легкими являются паротурбинные СЭУ (ПТУ) – 0,06 - 0,08 т/кВт и газотурбинные (ГТУ) – 0,04 - 0,06 т/кВт. С увеличением мощности СЭУ значение рм снижается. Для установок с N до 2 МВт измеритель принимает максимальные значения, а при N > 10 МВт значение рм приближается к нижнему пределу.
Определение мощности на ранних стадиях весьма затруднительно. Используя данные прототипа можно применить формулу адмиралтейских коэфициентов.
,где С – адмиралтейский коэффициент устанавливаемый по прототипу.
При перемещении СЭУ из середины судна в корму ее масса уменьшается на 5 – 6 % для МОД, на 7 – 8 % для СОД и на 9 – 12 % для ПТУ и ГТУ.
Обычно, уже на ранних стадиях определяется марка двигателя подлежащая к установке на судно, а, следовательно, и его масса Ргд. В этом случае величину Рм можно определить исходя из соотношения Рм и Ргд. Для МОД при n ≤ 100 об/мин Ргд = 50 - 55 %, при больших n Ргд = 40 - 45 %. Для СОД на долю дизель-редукторных агрегатов (ДРА) приходится приблизительно 40 % Рм, причем Ргд составляет 70 - 80 % массы ДРА. Для ГТУ Ргд составляет 25 - 50 % Рм. Для ПТУ масса главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА) составляет 18 - 20 % Рм. Масса парогенераторов для ПТУ 24 - 27 %, паропроводов 3 - 4 % Рм. Масса трубопроводов для МОД и СОД – 15 - 20 %, для ПТУ и ГТУ – 11 - 12 % Рм. Масса вспомогательных механизмов для МОД и СОД – 16 - 20 %, для ПТУ и ГТУ – 3 - 5 % Рм. Масса гребных винтов и валопроводов для МОД и СОД – 6 - 8 %, для ПТУ и ГТУ – 16 - 18 % Рм.