|
|
Общее устройство судов
ОглавлениеОТ АВТОРА ВВЕДЕНИЕ Глава I. Общие сведения о судах § 1. Классификация судов по общим основным признакам § 2. Классификация гражданских судов § 3. Классификация кораблей военно-морских сил Глава II. Геометрия судового корпуса и главные измерители судна § 4. Форма судового корпуса § 5. Главные размерения судна § 6. Соотношения главных размерений и коэффициенты, характеризующие форму судового корпуса § 7. Весовые и объемные измерители судна § 8. Назначение и принцип построения теоретического чертежа Глава III. Основные качества судов § 9. Эксплуатационные качества судов § 10. Тактико-технические (или боевые) качества кораблей ВМС §11. Экономические качества судов § 12. Мореходные качества судов. Часть 1 § 12. Мореходные качества судов. Часть 2 § 13. Судовые движители § 14. Суда, достигающие неводоизмещающего режима движения § 15. Катамараны Глава IV. Судовая архитектура § 16. Определение судовой архитектуры и архитектурные элементы судов § 17. Архитектурные типы судов § 18. Расположение судовых помещений § 19. Архитектура подводных кораблей и судов Глава V. Материалы, применяемые в судостроении § 20. Общие сведения о материалах § 21. Металлические материалы § 22. Неметаллические материалы § 23. Коррозия и эрозия металлов Глава VI. Прочность судового корпуса и его конструкция § 24. Силы, действующие на корпус плавающего судна § 25. Понятие прочности судна § 26. Системы набора корпуса судна § 27. Конструктивные элементы корпуса § 28. Конструкция корпуса подводных лодок § 29. Способы соединения деталей корпуса судна Глава VII. Судовые устройства § 30. Основные элементы судовых устройств § 31. Рулевое устройство § 32. Якорное устройство § 33. Швартовное устройство § 34. Буксирное устройство § 35. Грузовые устройства § 36. Шлюпочное устройство § 37. Промысловые устройства § 38. Прочие судовые устройства Глава VIII. Судовые системы § 39. Основные элементы и классификация систем § 40. Конструктивные элементы судовых систем § 41. Принципы проектирования судовых систем § 42. Корабельные системы подводных лодок Глава IX. Судовые силовые установки § 43. Общие сведения § 44. Паровые котельные установки § 45. Турбинные установки § 46. Двигатели внутреннего сгорания § 47. Передача мощности двигателей на гребной вал Глава X. Электрооборудование судов § 48. Общие сведения § 49. Источники электрической энергии § 50. Главный распределительный щит § 51. Судовые электрические сети, кабели и провода Глава XI. Судовые навигационные приборы и связь § 52. Электро и радионавигационные приборы § 53. Внутренняя и внешняя связь и сигнализация Глава XII. Корабли военно-морских сил § 54. Влияние нового вида оружия на корабельную архитектуру(1) § 55. Корабельное оружие § 56. Защита и живучесть кораблей Глава XIII. Судостроение и судоремонт § 57. Основы организации судостроения § 58. Задание на разработку проекта судна и этапы его проектирования § 59. Постройка судов § 60. Ремонт и докование судов Приложение 1 Приложение 2 Литература К. Н. Чайников
Общее устройство судов
ОТ АВТОРА
Учебники по предмету «Общее устройство судов» для средних судостроительных учебных заведений стали библиографической редкостью, и, естественно, в них не могло найти отражения современное состояние судостроения. Поэтому сейчас при изучении предмета учащимся техникума приходится пользоваться разнообразной периодической литературой, что представляет определенные трудности.
Автор стремился создать учебник по общему устройству судов, отражающий современное состояние судостроения. Для того, чтобы учебником могли пользоваться учащиеся всех специальностей, материал каждой главы изложен в объеме, максимально соответствующем программам предмета.
Современное судостроение должно быть основано на экономических расчетах, научной организации труда, на внедрении автоматизации и механизации. Эти вопросы изложены сверх программы и введены впервые в изучаемый предмет. Кроме того, в книге уделено внимание вопросам эстетики судостроения.
В учебнике освещены также вопросы современного военного кораблестроения на основе материалов, опубликованных в иностранной и отечественной печати.
Конспективность и краткость изложения ряда вопросов объясняется главным образом крайне ограниченным объемом учебника. Понимая, что книга не лишена недостатков, автор просит читателей сообщить свои замечания и пожелания, которые будут приняты с благодарностью. Автор выражает благодарность канд. техн. наук Хохлову П. М. за ряд ценных замечаний по отдельным вопросам, затронутым в учебнике.
Отзывы о книге просим направлять по адресу: Ленинград, Д-65, ул. Гоголя, дом № 8, издательство «Судостроение».
ВВЕДЕНИЕ
Человек, избравший своей специальностью судостроение, должен знать судно в целом как сложное инженерное сооружение.
Судостроитель любой специальности должен знать общее устройство судна, чтобы свободно ориентироваться на нем и при выполнении даже самой небольшой работы понимать, что его деятельность оказывает влияние на качество постройки всего судна, создаваемого большим коллективом разносторонних специалистов.
Предмет «Общее устройство судов» носит энциклопедический характер и дает представление о судне в целом, о физических основах, определяющих качества судна, о принятой в судостроении терминологии, классификации судов, их типах, об архитектуре и оборудовании судов, судовых механизмах и приборах, судовой автоматике, об основных экономических вопросах в судостроении, о научной организации труда и технологии судостроения и судоремонте.
При современном уровне развития науки и техники изучение всех вопросов создания судна непосильно для одного специалиста. Поэтому при подготовке специалистов, в том числе и техников-судостроителей, предусматривается разграничение на отдельные специальности: судокорпусостроение, судовые машины и механизмы, электрооборудование судов, судовая автоматика и другие.
Ознакомление с общим устройством судна позволит судостроителю любой специальности и квалификации знать судостроение в целом, а учащемуся- углубленно подойти к изучению предметов своего основного профиля.
Судном называется плавучее сложное инженерное сооружение, предназначаемое для выполнения народнохозяйственных, общественных или специальных задач.
Судно плавает в окружающей среде – воде и воздухе – в соответствии с законами физики, оно представляет собой сложное сооружение из разнообразных конструкций, большого количества машин, механизмов, приспособлений, приборов, аппаратов и т. п., предусмотренных в соответствии с назначением судна.
Инженерным сооружением судно называется потому, что его создание основывается на инженерном методе, т. е. на широком применении передовых научных знаний, прогрессивных достижений техники и технологии производства, на экономическом анализе и учете опыта эксплуатации однотипных судов. Современное судостроение является не искусством, как это было в прошлые времена, а передовой наукой.
Как инженерное сооружение судно должно обладать определенными качествами, обеспечивающими безопасность находящимся на нем людям и сохранность перевозимых грузов, в частности иметь необходимую прочность для плавания при любом состоянии моря и погоды.
В последнее время, когда суда стали предназначаться для выполнения конкретных задач, стало целесообразно разделять их по назначению. Словом судно стали определять плавучее сооружение, служащее только для гражданских целей, а словом корабль – предназначаемое для выполнения военных задач. Таким образом, кораблем можно назвать всякое судно, носящее военно-морской флаг. Современное человечество невозможно представить без тесных культурных, экономических и научных связей между странами мира. Все шире развивается туризм, обмен делегациями и другие контакты с целью улучшения взаимопонимания и упрочения мира между государствами.
Прекращение экономических связей между народами на большинстве стран сказалось бы катастрофически. Товары, производящиеся в изобилии в одной стране, являются дефицитными или отсутствуют в другой. В государствах, не обеспечивающих себя сельскохозяйственными продуктами, возник бы голод, а в государствах с развитой промышленностью остановилось бы производство, так как они не смогли бы сбывать товары, наступила бы массовая безработица. Наоборот, сельскохозяйственные страны не могли бы сбывать свою продукцию – продукты питания, сырье для промышленности и т. п.
Для осуществления экономических и культурных связей с ранней поры развития человечества используются водные пути.
Вода, по меткому выражению академика А. П. Карпинского, является «действительным проводником культуры».
Мировой океан занимает 361 млн. км2 (или 71% из 510 млн. км2 всей поверхности земного шара), а с бассейнами озер и рек водные пространства составляют более двух третей всей площади земного шара. Поверхность суши на земном шаре в 2,5 раза меньше поверхности Мирового океана. Водные пространства представляют собой готовые природные пути сообщения, использование которых создает большие преимущества.
Только морской транспорт перевозит сейчас около 1,5 млрд. т грузов в год. Объем грузооборота в мире увеличивается в среднем на 7% в год. Очевидно, что даже при неизменном темпе роста общий грузооборот удвоится уже к 1980 г.
Но важно и расстояние, на которое перевозятся грузы. Производительность транспорта характеризуется весом перевозимого груза, умноженным на дальность его перевозки, и выражается в тонно-милях. По данным 1960 г., из общего количества в 5,9 триллиона тонно-миль транспортных перевозок всеми видами транспорта на перевозки, выполненные морским флотом, приходится более половины- около 3,2 триллиона тонно-миль. Это можно объяснить технико-экономическими преимуществами морского флота по сравнению с другими видами транспорта.
В перевозках грузов морским флотом основное место занимают межконтинентальные перевозки. В жизни нашей страны морские перевозки играют большую роль. Наш морской флот перевозит такие грузы, как нефтепродукты, лес, руду, уголь и другие. Объем внешних торговых перевозок, выполненных флотом нашей страны за последние 10 лет, возрос в 2,7 раза.
В начале 1970 г. в составе советского морского флота насчитывалось более 6420 судов валовой вместимостью около 14,2 млн. рег. т.
Если сравнить технико-экономические показатели различных транспортных средств по удельным мощностям их механизмов, как это обычно и делают, то увидим следующее: если удельная мощность морского флота находится в пределах 0,2- 0,8 л. с. на 1 г грузоподъемности, то для железнодорожного транспорта она составляет 1,4 л. с, для автомобильного -20 л. с, а для авиационного – свыше 100 л. с. на 1 т груза.
Себестоимость перевозок грузов морским флотом в 1,5 раза ниже себестоимости перевозок грузов железнодорожным транспортом. Автоматизация и механизация управления судном и выполнения трудоемких работ при его эксплуатации позволит сократить команду в 2-3 раза. На современном танкере грузоподъемностью 50-60 тыс. т экипаж составляет 40-45 человек. Грузы, перевозимые танкером, потребуют для перевозки 10-15 большегрузных железнодорожных составов, для обслуживания которых (включая людей, работающих на железной дороге) понадобятся сотни человек.
Непрерывный рост объема перевозок, выполняемых авиацией, вызвал сокращение перевозок пассажиров морскими судами. Стали экономически выгоднее авиационные межконтинентальные перевозки пассажиров. Время нахождения в пути при этом сократилось почти в 3,5 раза, что очень важно.
Но зато стал развиваться другой вид пассажирских перевозок – так называемый круиз: человек путешествует по морским странам и отдыхает в комфортных условиях во время плавания морского пассажирского судна между портами.
Озерный и речной флот выполняет большие перевозки грузов и пассажиров по внутренним путям- в бассейнах озер и рек.
Кроме транспортного флота бурно развивается промысловый флот. Промысловые суда добывают и частично перерабатывают продукцию моря, 82% всего улова в нашей стране дает океаническое рыболовство.
Промысловый флот нашей Родины -самый крупный в мире (в 1969 г. свыше 16 000 судов) и перспективы его развития очень широки.
В недрах Мирового океана содержатся колоссальные сырьевые ресурсы, пока используемые человечеством в среднем не более чем на 5%.Множество различных морских организмов человек мог бы либо употреблять в пищу, либо использовать как сырье для промышленности. Развитие химии и физики сделало возможным использование даже морской воды, из которой стали добывать ценные вещества. Добыча богатства океанских недр производится специальными судами, оборудованными особыми устройствами и приспособлениями.
Морские промыслы необходимо вести на научной основе: разрабатывать и совершенствовать методы добычи сырьевых ресурсов, предотвращать бесцельное уничтожение морских запасов, изучать жизнь организмов, населяющих морские недра, искать новые виды животных и морских организмов, промысел которых может быть полезен человеку и т. д. Эти работы ведут на многочисленных специальных судах – научно-промысловых базах.
Наиболее сложны по конструкции и насыщению корабли военно-морского флота, назначение которых-защита границ своего государства, проходящих по водным пространствам, или выполнение других военных задач.
Берега нашей Родины, омываемые тремя океанами и четырнадцатью морями, имеют протяженность в 47 тыс. км.
Чтобы обеспечить превосходство отечественного флота, наши кораблестроители должны внедрять новые принципы движения кораблей, новейшие виды оружия, широко использовать новые способы получения энергии, средства автоматизации, микрорадиоэлектроники, новые высокопрочные материалы, а также другие научно-технические достижения.
Кроме перечисленных судов и кораблей, существует большое количество судов других назначений, обеспечивающих мореплавание.
На 4667 км протянулась ледовая трасса от Карских ворт до Берингова пролива по северным берегам нашей Родины. Судоходство на этой трассе обеспечивает многочисленный флот ледокольных судов.
Суда гидрографического флота изучают и поддерживают навигационную обстановку в море, обеспечивая нормальное мореплавание.
В течение всего года, в любое время суток многочисленные суда разного назначения несут в морях и океанах свою службу. Ни погода, ни состояние моря не останавливают этого гигантского движения.
Глава I. Общие сведения о судах
§ 1. Классификация судов по общим основным признакам
Большое разнообразие типов судов, вызванное различным их назначением и условиями эксплуатации, затрудняет специализацию их проектирования, организацию постройки и ремонта, внедрение стандартизации, планирование перевозок и сравнительные экономические подсчеты. Чтобы устранить эти затруднения, принято все суда и корабли классифицировать по основным признакам. При этом различают суда:
1) по средству движения – самоходные и несамоходные;
2) по способу движения – плавающие над водой (на подводных крыльях, на воздушной подушке); на поверхности воды (водоизмещающие); под водой (подводные корабли и суда);
3) по состоянию корпуса -с жестким корпусом, с эластичным корпусом (транспортные емкости, перевозящие жидкие грузы на буксире, в трюмах и т. п.) и с надувным корпусом;
4) по основному материалу корпуса – стальные, из легких металлических сплавов, пластмассовые, деревянные, железобетонные, из эластичных материалов (нейлон) и композитные;
5) по району плавания – морские (неограниченного и ограниченного района плавания: с удалением от порта-убежища на расстояние до 200 миль, рейдовые(1) и прибрежного плавания), внутреннего плавания (речные и озерные суда(2)) и смешанного плавания (суда, совершающие перевозки между морскими и речными портами без перевалки грузов);
6) по роду главной силовой установки, приводящей судно в движение,- пароходы (с поршневыми или турбинными паровыми установками); теплоходы (с двигателями внутреннего сгорания); электро-турбо-дизелеходы (с электромоторами, вращающими гребной вал); газоходы (с газовыми турбинами) и т. д.(3);
7) по типу движителя – винтовые (водяной или воздушный винт); с крыльчатым движителем, водометный; с гребными колесами; парусные; весельные и т. п.
8) по специальному назначению – гражданские суда и корабли ВМС.
Каждая из этих групп в соответствии с задачами, выполняемыми судами или кораблями, классифицируется самостоятельно.
(1) Рейдом называется водное пространство у берегов, представляющее собой удобную якорную стоянку, защищенную от волн и ветра.
(2) По Правилам Речного Регистра РСФСР суда внутреннего плавания подразделяются на четыре разряда: М – близкие к морским судам прибрежного плавания; О – суда, плавающие в низовьях крупных рек и на водохранилищах; Т – речные суда и Л – речные суда облегченного типа.
(3) Часто говорят неправильно атомоход. Такое название было бы правильным, если бы суда классифицировались по роду топлива, вырабатывающего энергию для движения судна.
§ 2. Классификация гражданских судов
Гражданские суда в основном представлены транспортными и промысловыми судами, для обеспечения нормальной эксплуадами, для обеспечения нормальной эксплуатации которых предназначаются суда остальных типов. Эти суда обеспечивают мирные связи между государствами (внешнюю торговлю, деловые и культурные отношения), добычу продукции моря, ее переработку и т. п. В зависимости от основного назначения гражданские суда разделяют на следующие типы:
1) Транспортные суда (в морском флоте их часто называют торговыми), которые в свою очередь подразделяются на пассажирские, предназначаемые для перевозки не менее 12 пассажиров(1) и небольшого количества срочных грузов (багаж, почта и т. п.);
грузовые , предназначаемые для перевозки различных грузов; в зависимости от особенности грузов эти суда разделяются на сухогрузные (генерального груза(2), сыпучего груза, лесовозы, хлопковозы, треллерные и контейнерные), рефрижераторные (для перевозки скоропортящихся грузов) и наливные, или танкеры, перевозящие жидкие грузы наливом;
грузо-пассажирские – для перевозки пассажиров и одновременно груза.
Транспортные суда линейного плавания, совершающие регулярные рейсы между двумя определенными портами (например, Ленинград – Лондон), называются лайнерами. Грузовые суда, перевозящие грузы не на определенных линиях, а в любом направлении (в зависимости от потребности перевозок – бродячие суда), называют трампами;
паромы , самоходные суда, перевозящие различные средства сухопутного транспорта и людей через водные пространства – моря, проливы, озера, реки и т. п.
2) Промысловые суда, добывающие продукцию моря (рыбу, морских животных, водоросли и т. п.), перерабатывающие (в полуфабрикаты или готовую продукцию) и транспортирующие ее на береговые или плавучие базы.
Эти суда подразделяют на
рыболовные , к которым относятся: траулеры – суда, приспособленные для лова рыбы тралами. В зависимости от размеров, района плавания и объема трюмов их разделяют на большие морозильные рыболовные траулеры (БМРТ), суда морского и океанического рыболовства, оборудованные для полной переработки рыбы и хранения готовой продукции; большие рыболовные траулеры (БРТ), разделяющиеся на посольно-свежьевые и морозильные траулеры-рыбозаводы; средние рыболовные траулеры (СРТ), частично обрабатывающие рыбу и сдающие ее в бочках на базы; малые рыболовные траулеры (МРТ) и тралботы (ТБ) – суда, предназначенные для тралового лова донных рыб, раков, креветок и т. п. в прибрежных районах, частичной обработки улова и доставки его в порт или на плавучие базы; сейнеры – суда, приспособленные для лова рыбы кошельковым методом. Эти суда не обладают средствами первичной обработки (охлаждения) улова и механизацией работ. В зависимости от водоизмещения и связанной с этим оснащенности сейнеры также разделяют на большие, средние и малые; рыболовные боты – небольшие моторные суда разнообразного типа, производящие лов рыбы различными орудиями и обеспечивающие прибрежный ставной неводный лов; тунцеловные суда – однопалубные суда, предназначенные для лова рыбы – тунца ярусом и тролами;
китобойные , предназначенные специально для охоты за китами (в носу у них устанавливается гарпунная пушка) и для отбуксирования китовых туш к плавучим заводам;
зверобойные – моторно-парусные суда небольшого водоизмещения, приспособленные для плавания в ледовых условиях к лежбищам морских зверей (моржей, котиков и т. п.), отбоя их и доставки туш на базу;
плавучие базы – суда, которые обслуживают промыслы в удаленных районах: принимают от рыболовных китобойных или зверобойных судов их добычу, окончательно обрабатывают ее в готовую продукцию, хранят ее в рефрижераторных трюмах, а также обеспечивают снабжение и ремонт промысловых судов, медицинское и культурно-бытовое обслуживание их личного состава;
рыбоконсервные заводы – суда, являющиеся одновременно плавучими базами и заводами, вырабатывающими консервы из продукции, добываемой промысловыми судами;
производственные рефрижераторы – суда, принимающие на промысле рыбу-сырец от добывающих судов, замораживающих ее и доставляющие в порт или на другие суда;
транспортные рефрижераторные суда , предназначенные для приема на промысле готовой рыбной продукции и транспортировки ее к береговым базам.
3) Научно-исследовательские суда предназначаются для выполнения разнообразных научно-исследовательских работ в открытых морях и океанах. К ним относятся специально приспособленные и оборудованные надводные и подводные суда, батискафы (глубоководные снаряды, способные передвигаться под водой) и батистаты (снаряды, опускаемые с судна под воду на тросе).
4) Учебные суда служат для плавательной практики и предназначены для лиц, обучающихся в учебных заведениях, готовящих плавсостав. Эти суда оборудованы специальными лабораториями, учебными кабинетами и аудиториями для практического освоения вопросов, связанных с эксплуатацией судов.
5) Специальные суда предназначены для обеспечения нормальной и безаварийной эксплуатации всех судов на водных пространствах. Эти суда могут быть движущимися или стояночными и в зависимости от назначения их подразделяются на
гидрографические, предназначенные для изучения океанов и морей, сбора материалов для составления карт, лоций и извещений мореплавателям об изменениях обстановки на местности и т. п.;
лоцмейстерские , поддерживающие в состоянии эксплуатации навигационные обозначения морских и рейдовых фарватеров;
лоцманские , доставляющие и снимающие лоцманов с судов после проводки их по фарватеру в порт или обратно;
плавучие маяки – суда, имеющие маячные средства (огни, радиосигналы и обозначения), стоящие на якоре и обозначающие вход на фарватер или мелкое место в открытом море;
водолазные боты-суда , оборудованные для обеспечения работ водолазов и подводных гидротехнических работ;
пожарные суда, оборудованные мощными противопожарными и отливными средствами для тушения пожаров на судах и откачки из них воды.
6) Судоремонтные суда (судоремонтные плавучие средства) служат для выполнения всех видов судоремонта. К ним относятся:
плавучие мастерские – самоходные и несамоходные суда, оборудованные средствами для выполнения всех видов судоремонта;
плавучие доки – несамоходные суда, приспособленные для подъема из воды плавающих судов, для их освидетельствования и выполнения работ в подводной части корпуса;
плавучие подъемные краны – самоходные и несамоходные суда, имеющие грузоподъемные устройства.
7) Служебные суда предназначены для выполнения разнообразных работ, связанных с обеспечением эксплуатации основных судов флота. Их можно подразделить на
ледоколы – суда, приспособленные для вскрытия ледяного покрова и плавания во льдах. Назначением их является обеспечение плавания судов в ледяной обстановке;
буксиры – суда, обеспечивающие буксировку несамоходных или больших самоходных судов в узкостях, где эти суда неуправляются;
толкачи – суда, работающие на внутренних путях сообщения для передвижения несамоходных и неуправляемых судов методом их толкания;
посыльные суда – мелкие самоходные суда, предназначенные для доставки на стоящие вдали от берега суда всевозможных предметов снабжения;
разъездные суда – мелкие быстроходные суда, служащие для связи между берегом и судном.
8) Спасательные суда служат для оказания помощи или спасения судов, терпящих бедствия в открытом море.
К этим судам относятся
морские спасатели – суда с высокими мореходными качествами, позволяющими им в любую погоду выйти в открытое море, подойти к аварийному судну и оказать ему помощь;
спасательные базы – суда, которые обслуживают более мелкие суда специального назначения при длительных спасательных работах в открытом море;
спасательные боты – мелкие мореходные суда, специально оборудованные для спасательных работ на месте аварии судна;
судоподъемные понтоны – емкости, предназначенные для подъема затонувших судов.
9) Спортивные суда предназначены для занятий спортом.
10) Суда технического флота служат для выполнения специальных гидротехнических работ (выем или намыв грунта); для обеспечения надлежащего состояния акваторий (территорий) портов и гаваней, каналов и фарватеров; для налива грунта на берег; для создания плотин или поднятия берегов, а также для добычи из-под воды гравия, строительного песка и других материалов. Эти суда подразделяются на
дноуглубительные суда, оборудованные специальными приспособлениями и механизмами для подъема грунта со дна. В зависимости от способа подъема грунта эти суда, в свою очередь подразделяются на землечерпательные или черпаковые, поднимающие грунт при помощи черпаков-ковшей, собранных на замкнутой шарнирной цепи, двигающейся по наклонным направляющим. При опрокидывании черпака над водою грунт попадает в лоток и отводится в стоящее у борта грунтовозное судно;
землесосы или рефулеры, разрыхляющие грунт специальными вращающимися ножами и мощными насосами, засасывают смесь грунта с водою (пульпу) в трубу -сосун. Поднятая пульпа по отводным трубам удаляется за борт на значительные расстояния, намывая берега;
грунтовозы (шаланды) – самоходные суда с открытыми бункерами для грунта и с саморазгружателями (откидными шлюзами в днище);
грунтовозные баржи – несамоходные суда с открытыми бункерами и саморазгружающимися шлюзами;
самоопрокидывающиеся баржи – несамоходные суда, способные самостоятельно создавать крен для разгрузки грунта за борт;
грязевые и фекальные баржи – несамоходные суда, предназначенные для приема, обезвреживания и отвода в район свалки нечистот и отходов от судов, стоящих в портах и гаванях.
(1) Пассажиром называется любое лицо на судне, не состоящее в списках экипажа.
(2) Генеральным грузом называется груз в упаковке – таре (ящики, бочки, мешки и т. п.).
§ 3. Классификация кораблей военно-морских сил
Корабли военно-морского флота входят в систему вооруженных сил государств, имеющих границы, проходящие по водным пространствам. Основной задачей военноморских сил является защита интересов своей страны на водных пространствах и поддержка своих сухопутных сил. Появление на кораблях ракетно-ядерного оружия и боевой радиоэлектронной техники резко изменило условия боевых действий на море.
В связи с этим утратилось значение традиционных классов кораблей. На смену им пришли корабли с новыми тактико-техническими данными, способные выполнять разнообразные оперативно-тактические задачи. В зависимости от назначения, (выполняемой задачи) корабли можно подразделить следующим образом.
1) Ударно-боевые корабли ВМС, разделяющиеся на следующие классы:
авианосцы – корабли, являющиеся плавучими аэродромами и ангарами для самолетов и вертолетов или стартовой площадкой для реактивных снарядов. В зависимости от выполняемой задачи и водоизмещения авианосцы подразделяются на следующие подклассы: тяжелые (ударные) авианосцы водоизмещением до 85 000 г, размещающие и обслуживающие до 120 самолетов; легкие авианосцы до 27 000 т водоизмещением, принимающие до 80 самолетов; конвойные авианосцы относительно небольшого водоизмещения (до 10 000 т), несущие до 30 истребителей или вертолетов, предназначенных для противовоздушного и противолодочного конвоя морских караванов;
крейсеры – корабли, предназначенные для защиты своих морских путей, для нанесения ударов по базам и объектам врага, для прикрытия караванов своих судов и десантов на переходе в море, а также для выполнения других оперативных задач. В соответствии с вооружением и броневой защитой крейсеры разделяют на следующие подклассы: тяжелые, легкие и вспомогательные крейсеры;
подводные лодки-корабли , имеющие значительные преимущества перед надводными кораблями: скрытость маневра и внезапность удара по противнику. Основным назначением подводных лодок являются боевые действия на морских путях противника, выполнение заданий всех видов разведки (в том числе и радиолокационного дозора) и обстрел реактивными ракетами любых целей противника.
В соответствии с вооружением подводные лодки подразделяются на ракетоносцы, ракетно-торпедные, торпедные, минно-торпедные и специального назначения – транспортные лодки, лодки радиолокационного дозора и пр.
В зависимости от водоизмещения подводные лодки делятся на подклассы: большие подводные лодки водоизмещением в подводном состоянии до 8200 г, достигающие максимальной скорости хода 25 узл, оборудованные атомной силовой установкой, с неограниченным районом плавания, их подводная автономность достигает 60 суток, глубина погружения – до 450 м средние подводные лодки подводным водоизмещением до 1500 т и скоростью хода 15-20 узл, наконец малые подводные лодки подводного водоизмещения до 550 т. К этому подклассу относятся и карликовые подводные лодки водоизмещением до 3 т, используемые для диверсий в базах противника;
эскадренные миноносцы (эсминцы) – корабли многоцелевого назначения, предназначаемые для нанесения мощного ракетного, торпедного и артиллерийского ударов по кораблям противника, для дозорной и разведывательной служб в море, для охраны крупных кораблей от надводных, воздушных и подводных атак, для постановки минных заграждений, для артиллерийской поддержки сухопутных сил и уничтожения подводных лодок противника.
Водоизмещение эскадренных миноносцев достигает 5000 т при скорости хода до 40 узл и дальности плавания 5000 миль и более;
торпедные катера, которые предназначаются для уничтожения кораблей и плавучих средств противника торпедами. Они разделяются на подклассы: большие торпедные катера, атакующие противника в море, и малые торпедные катера для атак на базы и в прибрежных районах противника, а также для постановки дымовых завес;
катера-ракетоносцы, предназначенные для нанесения удара управляемыми реактивными снарядами (УРС) по всем объектам противника в открытом море;
корабли противовоздушной обороны (ПВО), разделяющиеся на подклассы: корабли ПВО, предназначенные для обороны соединений кораблей от самолетов и реактивных снарядов противника и корабли радиолокационного дозора, служащие для дальнего обнаружения самолетов и реактивных снарядов противника и наведения на них средств истребления (истребительной авиации или реактивных снарядов) или же для того, чтобы скрыть собственные объекты и затруднить действия противника;
корабли противолодочной обороны (ПЛО), предназначенные для охраны своих кораблей от атак подводных лодок и торпедных катеров противника, их обнаружения и уничтожения. В зависимости от водоизмещения, корабли ПЛО делятся на подклассы: большие корабли ПЛО, действующие в открытых морях в значительном удалении от берега, и малые корабли ПЛО, выполняющие задачи в прибрежных районах;
сторожевые корабли (в некоторых иностранных флотах этот класс кораблей называют фрегатами), предназначенные для охраны кораблей в бою, караванов судов, а также при стоянке их на незащищенном рейде от самолетов, торпедных катеров и подводных лодок противника и нанесения дозорной службы. Для дозорной службы и борьбы с подводными лодками в прибрежных районах используют и сторожевые катера; тральщик и – противоминные корабли, предназначенные для борьбы со всеми видами минных заграждений. В некоторых иностранных ВМС их подразделяют на следующие подклассы:
а) эскадренные миноносцы-тральщики и эскадренные тральщики, развивающие большую скорость хода (скорость буксировки 26 узл), обладающие ракетным, артиллерийским и бомбовым вооружением, быстроходными контактными, акустическими и электромагнитными тралами;
б) морские тральщики – корабли узкоспециализированного типа с системами оружия, обеспечивающими обнаружение и уничтожение мин, оказавшихся перед кораблем при его ходе по курсу. Они предназначаются для траления в удаленных от баз районах;
в) базовые тральщики – корабли с конструктивными особенностями, обеспечивающие снижение собственных физических полей. Основное назначение – уничтожение минных заграждений, разведывательное траление и проводка кораблей и судов за тралами в районах баз, прибрежных коммуникаций и фарватеров;
г) рейдовые тральщики – эффективные корабли для разведывательного траления и уничтожения минных заграждений в районах баз и прибрежных фарватеров;
д) катера-тральщики – корабли, вооруженные средствами борьбы с минами всех типов в мелководных прибрежных районах. Кроме перечисленных существует подкласс тральщиков-искателей мин, несущих комплексные системы искателей-уничтожителей, обеспечивающих поиск мин или уничтожение их впереди по курсу корабля, водолазный поиск и поражение всего миноопасного района взрывами;
прорыватели минных заграждений – корабли, тралящие мины своим корпусом (в большинстве случаев для контрольного траления), взрывостойкость их обеспечивается прочными конструкциями, выдерживающими действие взрывной волны; сетевые заградители – для постановки сетевых противолодочных и противоторпедных заграждений на фарватерах, рейдах и в гаванях;
десантные корабли , подразделяющиеся на подклассы: войсковые транспорты; грузовые транспорты; транспортные доки с палубой в корме, над камерой дока, для вертолетов; быстроходные десантные баржи и другие корабли, предназначенные для обеспечения десантных операций;
штабные корабли соединений, предназначенные для размещения командующего с флагманскими специалистами, оборудованные всеми средствами связи для командования кораблями соединений в удаленных районах.
2) Корабли обеспечения, возникшие в соответствии с новой структурой военно-морских сил и изменением системы организации материально-технического обеспечения флота. Береговые военно-морские базы и порты при современных средствах поражения уже не могут рассматриваться как устойчивая система базирования флота. Наиболее жизнедеятельной признается система подвижного базирования. В современных условиях необходимо обеспечить боевому составу флота возможно меньшую зависимость от береговых баз снабжения.
Корабли обеспечения ВМС должны обеспечивать ударно-боевые корабли в открытом море всем необходимым для выполнения ими основных задач. К этим кораблям относятся:
плавучие базы, предназначенные для мобильного (быстро выполняемого) материально-технического обеспечения соединений кораблей оружием и боеприпасами, запасными частями, горючим (в том числе для заправки ядерным топливом и приема отходов), водой, электроэнергией и прочим. В соответствии с назначением соединения различаются четыре вида плавучих баз: а) подводных лодок (атомных и дизель-электрических); б) эскадренных миноносцев; в) противоминных кораблей; г) торпедных катеров;
ремонтные средства, состоящие из плавучих мастерских и плавучих доков, предназначаемые для ремонта вооружения, приборов управления стрельбой, двигателей, механизмов и элементов корпуса, с выполнением докования кораблей в передовых пунктах базирования соединения кораблей;
суда снабжения, обладающие большой скоростью хода, сопровождающие соединения боевых кораблей и снабжающие их на ходу всем необходимым. Они подразделяются на универсальные корабли снабжения, эскадренные танкеры снабжения, эскадренные сухогрузные корабли снабжения и специализированные корабли снабжения (боеприпасами, топливом, продовольствием, запасными частями и прочими средствами материально-технического снабжения и ремонта);
исследовательские корабли и аппараты – для отработки и испытания новой корабельной техники и систем вооружения;
корабли аварийно-спасательного обеспечения, состоящие из спасательных кораблей подводных лодок, надводных спасательных кораблей, противопожарных судов и судоподъемных средств;
специальные корабли – для испытания оружия обеспечения космических систем, такие, как плавучие мишени учебно-тренировачных стрельб по движущимся целям. Мишени подразделяются на буксируемые и самоходные, управляемые по радио. В последнем случае, кроме корабля-мишени, должен быть корабль-водитель, управляющий мишенью по радио;
учебные корабли – для переподготовки и тренировки личного состава кораблей и учебных отрядов при освоении новой техники и новых видов оружия, а также для практики курсантов.
3) Базовые плавучие средства ВМС обслуживают всем необходимым военно-морские базы и корабли флота. К плавучим средвам относятся:
ледоколы и буксиры – для передвижения кораблей во льдах, в узкостях и по закрытой акватории;
баржи самоходные и несамоходные – для различных видов перевозок;
танкеры и водолеи – для снабжения кораблей на рейде топливом и водою;
станции безобмоточного размагничивания (СВР) – для замеров и ликвидации магнитных полей кораблей перед выходом их в море;
плавучие краны – для грузовых операций на кораблях;
блокшкивы-корабли – для хранения боевых средств в удаленном районе, обеспечивающего безопасность береговых баз;
киллекторы – для установки и подъема мертвых якорей;
отопители и прочие – для обогрева в зимнее время кораблей, стоящих на базе в отрыве от берега, и обслуживания личного состава кораблей бытовыми нуждами;
несамоходные плавучие средства – плавучие пристани, швартовные понтоны, кранцы, грязевые шаланды и пр.,
посыльные и разъездные суда и т. п.
Глава II. Геометрия судового корпуса и главные измерители судна
§ 4. Форма судового корпуса
Каждому типу судна соответствует особая форма корпуса, зависящая от многих факторов: назначения судна, условий его эксплуатации, скорости хода, качества судна и т. п. Корпуса движущихся судов представляют собой удлиненное тело, ограниченное кривыми поверхностями, создающими обтекаемую форму, уменьшающую сопротивление воды и воздуха его движению. Корпуса таких судов имеют заостренные оконечности и плавные переходы боковых поверхностей в днищевые плоскости. Корпуса стояночных судов пли судов, скорость транспортировки которых не имеет большого значения, наоборот, делают для упрощения технологии постройки, прямоугольными или плоскостной формы с резко выраженными гранями.
Передняя, по направлению движения, оконечность корпуса называется носовой, и по принятым правилам судостроительного черчения на чертежах всегда изображается справа; противоположная оконечность, называемая кормовой, изображается на чертежах слева.
Корма судна имеет более сложную конфигурацию, чем носовая оконечность, так как в кормовой оконечности размещаются различные устройства, обеспечивающие маневренность судна (гребные винты, рули и т. п.), которым необходимо обеспечить наилучшие условия работы.
Для того, чтобы судно, идущее по сильно взволнованной водной поверхности, не зарывалось оконечностями в волну, борта корпуса в носовой оконечности по высоте расширяют (разваливают). Формы обводов современных судовых корпусов созданы в результате долголетней отработки.
Появление опытовых бассейнов позволило обеспечить выбор оптимальной формы корпуса судна на научной основе при использовании метода моделирования.
Форма корпуса всех движущихся судов в поперечном сечении делается симметричной для того, чтобы оказываемые его движению сопротивления на каждую сторону корпуса взаимно уравновешивались и действия руля на каждый борт были бы одинаковы.
Поверхности, ограничивающие корпус судна сверху, с боков и снизу, соответственно называются верхней палубой, бортами и днищем.
Общее представление о геометрической характеристике формы корпуса судна дает метод сечения корпуса тремя взаимно перпендикулярными плоскостями: вертикальной плоскостью симметрии, проходящей вдоль корпуса посередине его ширины; горизонтальной плоскостью, проходящей вдоль корпуса и делящей его на две несимметричные части: на надводную и подводную, и вертикальной плоскостью, перпендикулярной первым двум и проходящей посередине расчетной длины судна (рис. 1).
Вертикальная плоскость, проходящая вдоль корпуса судна и делящая его теоретическую поверхность на две симметричные части, называется диаметральной плоскостью (ДП).
Основной плоскостью (ОП) называется горизонтальная плоскость, проходящая через нижнюю точку килевой линии корпуса.
Основной линией (ОЛ) называется линия пересечения основной и диаметральной плоскостей.
Поскольку корпус судна имеет очень сложную форму, то при его изготовлении, а также при монтаже на нем всех деталей насыщения судна (механизмы, аппараты, оборудование и прочее), установочные размеры этих деталей можно определять по высоте и ширине судна только от этих двух плоскостей.
Линия, образующаяся при пересечении верхней палубы с диаметральной плоскостью, называется палубной линией. Палубная линия морских судов имеет изогнутую форму с подъемом от середины длины судна к оконечностям. Такой продольный изгиб палубной линии называется седловатостью палубы . Палубная линия речных судов, к мореходным качествам которых не предъявляют повышенных требований, делается прямой, без седловатости.
Рис. 1. Сечение корпуса судна тремя взаимно перпендикулярными плоскостями. I-диаметральна я плоскость; II-плоскость мидель-шпангоута; III – плоскость конструктивной ватерлинии. 1-верхняя палуба; 2 – борт; 3- днище; 4 – форштевень; 5 – килевая линия 6ахтерштевень; 7-палубна я линия; 8 – бортовая линия; 9 -нос ; 10- корма; h- стрелка погиби.
Бортовая линия палубы – линия пересечения теоретической поверхности борта и палубы или их продолжений при закругленном соединении палубы с бортом.
Килевая линия (КЛ) – линия пересечения днищевой части теоретической поверхности корпуса с диаметральной плоскостью. Килевая линия имеет разнообразные формы в зависимости от назначения и типа судна (рис. 2).
Килевая линия большинства современных судов горизонтальна. Наклонная килевая линия встречается у судов с так называемым конструктивным дифферентом, который делается для заглубления винта и руля и для их защиты при малой осадке судна. Килевая линия с уступом – реданом встречается у быстроходных легких судов (катеров). В этом случае на ходу судна носовая часть корпуса выходит из воды, а кормовая часть скользит (глиссирует) на водной поверхности. Килевая линия судов специальных типов (подводные лодки, яхты и т. п.) часто бывает криволинейной, что объясняется специфическими особенностями их эксплуатации.
Рис. 2. Палубная и килевая линии различных судов: а – морских; б – речных; в – с конструктивным дифферентом; г – с реданом (с уступом); д – криволинейная (специальные суда – яхты и т. п.).
Кромки, образующиеся при пересечении бортовых поверхностей корпуса с диаметральной плоскостью в носовой и кормовой оконечностях, по которым сопрягаются поверхности правого и левого борта, называются штевнями. Носовой штевень, расположенный по ходу судна впереди, называется форштевнем, кормовой штевень – ахтерштевнем.
Форма обводов штевней вырабатывалась на практике обычно в соответствии с назначением судна.
Характерные формы форштевней показаны на рис. 3:
а) наклонный форштевень, характеризующийся прямой наклонной линией, в подводной части плавно или под углом переходит в килевую линию. Такой форштевень придает судну как бы устремленность вперед, но делается он таким не только ради эстетического впечатления, а также исходя из практических соображений: наклонный форштевень в сочетании с развалом бортов в носовой оконечности увеличивает полезную площадь верхней палубы и улучшает всхожесть судна на волну;
Рис. 3. Характерные формы судовых форштевней: а – наклонный; б-клиперский; в – бульбообразный; г – ледокольный; д – прямой.
б) клиперский форштевень характеризуется плавной образующей линией, направленной верхним концом вперед. Такой форштевень делается по тем же соображениям, что и предыдущий, его форма заимствована у парусных судов;
в) бульбообразный форштевень имеет над водой наклонную прямую или вогнутую линию, его подводная часть имеет каплеобразную форму и опущена несколько ниже килевой линии. Такой форштевень предусматривается на судах с относительно большой шириной корпуса для уменьшения сопротивления воды движению и увеличения скорости хода судна;
г) ледокольный форштевень в надводной части характеризуется наклонной прямой, которая, не доходя немного до уровня воды, приобретает плавный наклон до 30° (выработанный на практике), наклон продолжается в подводной части до плавного перехода в килевую линию. Такой форштевень имеют ледоколы и суда, плавающие во льдах, для того, чтобы судно могло с хода вылезать на ледяное поле и своей тяжестью продавливать его;
д) прямой форштевень имеет вертикальную линию образования в подводной части, плавно переходящую в килевую линию. Такой форштевень встречается преимущественно у речных судов, имеющих свободное место на палубе, не плавающих на относительно взволнованной поверхности, он удобен для обзора пространства перед носом судна при частом плавании в узкостях и при подходах к причалам.
Кормовые оконечности судов, несмотря на их разнообразие, разделяются в основном на три типа (рис. 4). Рассмотрим их:
а) обыкновенная корма имеет свес верхней части корпуса высоко над водой, который называется подзором . Такая корма в большинстве случаев встречается у грузовых одновинтовых судов, имеющих небольшую скорость хода;
б) крейсерская корма с подзором (со свесом), утопленным в воду, и плавными обводами. Такая форма кормы увеличивает площадь палубы и уменьшает вихреобразование за корпусом и предусматривается на быстроходных судах или на судах с несколькими гребными винтами;
Рис. 4. Форма судовых кормовых оконечностей: а – обыкновенная с подзором; б – крейсерская; в- транцевая.
в) транцевая корма имеет над водой усеченный вид, образованный вертикальной или наклонной в корму поперечной плоскостью, носящей название транца. Такая корма бывает на тех судах, где с кормы выполняются специальные операции; она необходима, например, при работе с сетями на промысловых судах, при постановке мин или тралов военными кораблями и т. п.
Вторым сечением, характеризующим форму корпуса судна, является горизонтальное сечение или, как говорят, сечение по конструктивной ватерлинии.
Ватерлинией (ВЛ) называется след от пересечения теоретической поверхности корпуса горизонтальной плоскостью.
Конструктивной ватерлинией (КВЛ) называется ватерлиния, соответствующая полученному предварительным расчетом полному водоизмещению судов или нормальному водоизмещению (с половинным запасом топлива).
Конструктивная ватерлиния у транспортных судов является одновременно и грузовой ватерлинией (ГВЛ), соответствующей проектной осадке судна.
Характерные формы конструктивных ватерлиний современных судов показаны на рис. 5:
а) грузовое судно имеет ватерлинию, заостренную в оконечностях и так называемую цилиндрическу вставку в средней части, на протяжении которой обводы ватерлинии параллельны ДП. Цилиндрическая вставка увеличивает вместимость корпуса судна, упрощает технологию и удешевляет его постройку. Однако с увеличением скорости хода таких судов значительно возрастает сопротивление воды их движению, что вызывает затраты дополнительных мощностей. Суда со средней скоростью (14-16 узл) имеют цилиндрическую вставку, равную 10-40% длины корпуса;
б) быстроходное судно, скорость которого является важным эксплуатационным качеством, имеет ватерлинию хорошо обтекаемой формы с очень незначительной цилиндрической вставкой или же вообще без нее;
Рис. 5. Ватерлинии судов различных типов: а – грузового; б – быстроходного; в – с транцевой кормой; г – тихоходного.
в) ватерлиния быстроходных судов с транцевой кормой получается усеченной, транец выполняет роль редана, способствующего отрыву струи воды от днища при скольжении судна по поверхности воды – глиссировании. Эти суда также не имеют цилиндрической вставки;
г) тихоходные и несамоходные речные суда с большим внутренним объемом корпуса имеют ватерлинию полного образования с цилиндрической вставкой на 70-90% длины судна.
Третьим сечением, дающим представление о форме корпуса, является сечение вертикальной плоскостью, проходящей посередине длины судна перпендикулярно диаметральной плоскости и плоскости конструктивной ватерлинии, называемое обводом мидель-шпангоута.
В поперечном сечении корпуса судов могут иметь вертикальные борта, развал или завал в верхней части борта. Палуба в поперечном сечении корпуса делается выпуклой, с кривизной по параболе, со стрелкой погиби равной 0,02 (1:50) от ширины па- лубы на миделе. Выпуклость палубы в поперечном направлении корпуса судна называется погибью палубы. Погибь палубы делается для стока воды, заливающей палубу, и придает ей большую продольную устойчивость.
Плавный переход линии днища в линию борта выполняется по дуге окружности или по лекальной кривой и называется скуловым закруглением или скулою.
Характерные формы миделевых обводов судов разных типов показаны на рис. 6, наиболее характерны:
а) морские транспортные суда – с вертикальным бортом и с подъемом днища;
Рис. 6. Обводы миделевых сечений судов различных типов: а – транспортного; б – быстроходного; в -ледокола; г – быстроходного катера; д – судна внутреннего плавания; е – речного.
б) морские быстроходные суда -с хорошо обтекаемыми обводами, большим углом подъема днища и большим скуловым закруглением;
в) ледокольные суда со скругленными бортами и развалом в подводной части и завалом в надводной части. Такая форма поперечного сечения увеличивает поперечную жесткость корпуса, и в случае сжатия судна в ледяных полях лед вдвигается по наклонным бортам или под судно, выжимая его из воды, или поднимается вверх;
г) быстроходные суда малого водоизмещения (катера), в большинстве случаев имеющие прямые с развалом борта, переходящие под углом в днище с большим подъемом слегка изогнутой формы;
д) быстроходные суда внутреннего плавания -с плоскодонным днищем, с циркульной скулой, переходящей в борта с развалом. Такие образования увеличивают площадь палубы и помещения в надводной части корпуса;
е) речные плоскодонные суда -с горизонтальным днищем, с вертикальными бортами и с малым радиусом закругления скулы. Такой профиль поперечного сечения обеспечивает максимальный объем корпуса и предусматривается на тихоходных судах с минимальной осадкой.
§ 5. Главные размерения судна
Главными размерениями судна называют его линейные размеры: длину, ширину, высоту борта и осадку, которые необходимо знать при постройке, эксплуатации и ремонте судна. Главные размерения принято подразделять на конструктивные- расчетные, наибольшие и габаритные в зависимости от цели, с какой они определяются. Рассмотрим эти размерения более подробно (рис. 7).
LKBЛ – длина по конструктивной ватерлинии – расстояние, измеренное в плоскости конструктивной ватерлинии между точками пересечения ее носовой и кормовой частей с диаметральной плоскостью;
LПП – длина между перпендикулярами – расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между носовым и кормовым перпендикулярами.
Носовой перпендикуляр (НП)-лини я пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовую точку конструктивной ватерлинии.
Кормовой перпендикуляр (КП)-лини я пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через точку пересечения оси поворота руля с плоскостью КВЛ. В случае отсутствия руля кормовой перпендикуляр определяется как линия пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей на расстоянии 97% длины по КВЛ от носового перпендикуляра.
В качестве кормового перпендикуляра для судов, имеющих погруженную транцевую корму, допускается принимать вертикаль, проходящую через нижнюю точку боковой проекции среза транца (рис. 7, б).
LНБ – длина наибольшая – расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечности корпуса (включая концевые надстройки) без выступающих частей;
LГБ – длина габаритная – расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечности корпуса с учетом постоянно выступающих частей (рис. 7, в);
В – ширина – расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте между теоретическими поверхностями бортов перпендикулярно ДП, на уровне конструктивной ватерлинии;
ВНБ – ширина наибольшая – расстояние, измеренное перпендикулярно ДП между крайними точками корпуса без учета выступающих частей (привальных брусьев, обносов и т. п.):
Рис 7. Главные размерения судов: а – без выступающих частей; б – транцевой кормой; в – с постоянно выступающими частями.
ВГБ – ширина габаритная – расстояние, измеренное перпендикулярно ДП между крайними точками корпуса с учетом выступающих частей;
Н – высота борта – вертикальное расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте от основной плоскости до бортовой линии верхней палубы;
Т – осадка – вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до плоскости конструктивной или расчетной ватерлинии.
§ 6. Соотношения главных размерений и коэффициенты, характеризующие форму судового корпуса
Кроме приведенных ранее общих сведений о форме обводов диаметральной плоскости, конструктивной ватерлинии и мидель-шпангоута, для более полной характеристики формы судовых корпусов и представления о зависящих от нее мореходных и эксплуатационных качествах судов необходимо знать следующие числовые соотношения главных размерений судна:
1) отношение L/B, влияющее на ходкость судна;
2) отношение В/Г, влияющее на остойчивость судна, его ходкость и качку. Увеличение относительной ширины улучшает остойчивость судна, но качка при этом становится более резкой и сопротивление воды движению судна возрастает;
3) отношение Н/Т, влияющее на непотопляемость судна. Увеличение относительной высоты борта улучшает непотопляемость судна;
4) отношение L/Т, влияющее на поворотливость судна. Увеличение относительной длины судна ухудшает его поворотливость;
5) отношение L/Н, связанное с характеристикой общей продольной прочности судна (по Правилам Регистра СССР L/H должно быть в пределах от 9 до 14).
Наконец, судить о форме подводной части корпуса судна позволяют безразмерные коэффициенты полноты, полученные путем сравнения основных площадей и объемов корпуса с соответствующими площадями и объемами простейших геометрических фигур и тел, построенных на его главных размерениях.
Такими основными коэффициентами полноты подводной части корпуса судна являются:
а) коэффициент полноты конструктивной (грузовой) ватерлинии а – отношение площади ватерлинии 5 к площади описанного прямоугольника, построенного по расчетной длине L и ширине корпуса В (рис. 8, а)
б) коэффициент полноты мидель-шпангоута в -отношение площади погруженной части мидель-шпангоута w к площади описанного прямоугольника, построенного по расчетной ширине В и осадке корпуса Т (рис. 8, б)
Рис. 8. Коэффициенты полноты подводной части корпуса судна: а – ватерлинии; б – мидель-шпангоута; в – водоизмещения.
в) коэффициент полноты водоизмещения В – отношение объема подводной части корпуса V к объему описанного параллелепипеда, построенного на расчетной длине L, ширине В и осадке корпуса Т (рис. 8, в)
Кроме трех приведенных основных и независимых коэффициентов а В и б, применяют два коэффициента ф и y), являющихся производными от первых и связанных с ними следующими соотношениями:
г) коэффициент продольной полноты ф – отношение объема подводной части судна V к объему призмы с основанием, равным площади погруженной части мидель-шпагноута w, и высотой, равной длине корпуса L,
Подставляя вместо о и V их значения, после упрощения получим зависимость этого коэффициента общей полноты и полноты мидель-шпангоута
Коэффициент ф выражает распределение по длине корпуса объема его погруженной части, оказывающего влияние на сопротивление воды движению судна;
д) коэффициент вертикальной полноты y – отношение объема подводной части корпуса V к объему призмы, основание которой равно площади конструктивной (грузовой) ватерлинии судна S, а высота- осадке корпуса Т
подставляя вместо S и V их значение и произведя упрощение, получим зависимость y от 8 и а
Значение всех этих отношений и коэффициентов позволяет установить закономерность влияния формы корпуса на качество судна и использовать их при проектировании новых судов.
Для каждого основного типа судна, на основании долголетней практики судостроения, выработались оптимальные величины этих показателей.
§ 7. Весовые и объемные измерители судна
Каждое судно как физическое тело обладает определенным весом и объемом. Плавая на воде, оно занимает положение, определяемое осадкой, находящейся в прямои связи с его весом и объемом подводной части. Эти зависимости выражаются числовыми характеристиками, которые разделяются по признаку размерности на линейные (уже знакомые нам), на весовые и объемные измерители судна.
Весовое водоизмещение является главным весовым измерителем судна и слагается по статьям нагрузки из постоянного вес а (вес корпуса, механизмов, электрооборудования, устройств и т. п. ) и переменного вес а (топливо, запасы, экипаж, перевозимые грузы, пассажиры и пр.). Вес этих грузов точно учитывается при проектировании судна в специальном документе, который носит название весовой нагрузки судна и в соответствии с которым производятся все расчеты, связанные с определением качеств судна.
В зависимости от количества принимаемого переменного груза весовое водоизмещение может широко изменяться, вследствие чего возникает необходимость в установлении видов водоизмещения судна при различных состояниях его нагрузки. Для гражданских судов установлены следующие главные виды водоизмещения:
1) водоизмещение порожнем , равное постоянному весу судна, с водой в котлах, механизмах и трубопроводах, с инвентарем, постоянными запасными частями и снабжением, но без груза, пассажиров, команды и без топлива;
2) водоизмещение в полном грузу , равное водоизмещению порожнем плюс перевозимый груз, команда, топливо и все запасы при наибольшей допустимой осадке. Для военных надводных кораблей установлены следующие виды водоизмещения:
1) водоизмещение порожнем, равное весу готового к действию корабля, но без личного состава, боезапасов, снабжения, продовольствия и без запасов топлива, смазочных материалов и пресной воды;
2) стандартное водоизмещение, равное весу готового к действию корабля с личным составом и со всеми запасами, необходимыми в военное время, но без запасов топлива, смазочных материалов и котельной воды;
3) нормальное водоизмещение , равное стандартному плюс 50% запасов топлива, смазочных материалов и котельной воды;
4) полное водоизмещение , равное стандартному плюс полные запасы топлива, смазочных материалов и котельной воды, обеспечивающих заданную дальность плавания на любых режимах хода;
5) наибольшее водоизмещение , равное стандартному плюс добавочные запасы, которые корабль в состоянии принять до полного заполнения всех хранилищ: боевых средств (в том числе и мины на верхней палубе), топлива, смазочных масел и котельной воды.
Объемное водоизмещение судна является основной характеристикой надводного судна и определяется объемом подводной части его корпуса. Оно прямо связано с весовым водоизмещением судна, так как по закону Архимеда всякое плавающее тело вытесняет объем воды, вес которой равен весу самого тела.
Объемное водоизмещение зависит от удельного веса воды (плотности воды). В пресной воде, удельный вес которой равен единице, весовое водоизмещение, выраженное в метрических тоннах, численно равно объемному водоизмещению в кубических метрах.
Определение объемного водоизмещения (объем погруженной части корпуса) производится одним из способов, указанных ниже.
§ 8. Назначение и принцип построения теоретического чертежа
Выше мы познакомились с различными характеристиками формы корпуса по отдельным его элементам. Однако, зная эти характеристики, мы не можем получить конкретного представления о форме корпуса судна.
Полное представление о форме корпуса судна, необходимое для определения его мореходных качеств и постройки корпуса, дает теоретический чертеж, выполненный графически методом на три взаимно перпендикулярные плоскости (рис. 9).
Перед тем как начать построение теоретического чертежа, представим себе мысленно пересечение корпуса судна вспомогательными плоскостями, параллельными главным плоскостям, которыми являются: диаметральная плоскость, основная плоскость и плоскость мидель-шпангоута. Линии сечений, получившиеся при этом, образуют как бы каркас корпуса, который дает нам уже полное представление о его форме. Проекции этих линий на главные взаимно перпендикулярные плоскости соответственно называются боком, широтою и корпусом.
Линии сечения поверхности корпуса вспомогательными вертикальными плоскостями, параллельными диаметральной плоскости, называются батоксами. На проекции бок батоксы спроектируется в своем истинном виде, а на двух других – в виде прямых линий.
Линии, полученные от пересечения поверхности корпуса горионтальными плоскостями, параллельными основной плоскости, называются ватерлиниями. На проекции широты ватерлинии спроектируются в своем истинном виде, а на двух других – прямыми линиями.
И, наконец, линии, полученные от пересечения корпуса вертикальными плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, называются теоретическим и шпангоутами. На проекции корпуса линии спроектируются в истинном виде, а на двух других- прямыми линиями.
Расстояние между шпангоутами называется шпацией. Совокупность проекций сечения корпуса, имеющих вид прямых линий, образует так называемую сетку теоретического чертежа. При построении этой сетки конструктивная ватерлиния делится на двадцать равных частей – теоретических шпаций и через деления проводятся теоретические шпангоуты. Нумерация шпангоутов производится с носа в корму.
За нулевой шпангоут принимается носовой перпендикуляр, а кормовой перпендикуляр обозначается 20-м шпангоутом. Число равноотстоящих ватерлиний до КВЛ составляет 7-9 (включая ОП и КВЛ). Для построения борта выше КВЛ проводят еще несколько равноотстоящих ватерлиний. Число батоксов на один борт обычно берется 2-3.
Все линии изображения сечений корпуса на теоретическом чертеже должны быть очень строго согласованы между собой на всех трех проекциях.
Рис. 9. Теоретический чертеж корпуса судна.
Поскольку форма бортов корпуса судна всегда симметрична относительно ДП, то ограничиваются построением ватерлиний и шпангоутов только для одной половины корпуса судна (по одному борту). В этом случае проекция ватерлиний называется полуширотой, а на проекции корпуса только обвод мидель-шпангоута изображается полностью, на оба борта, а остальные шпангоуты половинками: справа от ДП шпангоуты, идущие в нос от миделя, а слева – в корму.
При вычерчивании корпуса судна, имеющего цилиндрическую вставку, на протяжении которой обводы шпангоутов одинаковы (и равны мидель-шпангоуту), на проекции бок теоретического чертежа в районе этой цилиндрической вставки делается разрыв и, с целью сокращения площади всего чертежа, в этом разрыве изображается проекция корпуса, перенесенная с правой части чертежа.
Для наглядной демонстрации формы наружной поверхности корпуса судна по теоретическому чертежу изготовляют в масштабе модель, которая называется блок-моделью.
Теоретический чертеж вычерчивается в масштабах 1 :25, 1 : 50 или 1 : 100 и, в исключительных случаях, 1:200 натуральной величины.
Теоретический чертеж корпуса является одним из основных технических документов, служащих для разработки проекта постройки, эксплуатации и ремонта судна.
С подлинника теоретического чертежа снимают координаты точек пересечения кривых с сеткой, которые затем переводят с масштаба чертежа в натуральное значение и записывают в специальный журнал, носящий название таблицы плазовых ординат. В дальнейшем по этим таблицам на судостроительном заводе, в специальном цехе, имеющем пол в виде чертежной доски и называемом плазом , вновь, но уже в натуральную величину, разбивают (вычерчивают) теоретический чертеж, с которого снимают шаблоны для изготовления деталей корпуса судна сложной конфигурации.
Прогрессивным способом разбивки является масштабно-плазовая разбивка судового корпуса, выполняемая на специальных плаз-щитах в масштабе 1:10 или 1:5 и масштабные чертежи раскроя листов для фотопроекционной разметки и газовой вырезки корпусных деталей. С масштабных чертежей снимают фотокопию, с которой (при помощи проекционной аппаратуры, установленной на участке цеховой разметки) изображение деталей воспроизводится в натуральную величину на поверхности размечаемого материала, фиксируется на нем, после чего материал поступает на обработку.
При масштабной разбивке трудоемкие и сложные работы, связанные с определением, построением и согласованием форм корпусных деталей и раскроем материала, выполняют не на плазе, а в разметочном бюро. При этом применяют счетно-решающие машины и оборудование с программным- управлением и вместо графических построений выполняют в возможно большем объеме аналитические расчеты.
Применение этого метода снижает общую трудоемкость плазовых и разметочных работ более чем в два раза.
Глава III. Основные качества судов
Для того, чтобы суда могли плавать при любой погоде и состоянии моря и соответствовать своему назначению, они должны обладать необходимыми эксплуатационными, тактико-техническими, экономическими и мореходными качествами, которые связаны между собой и выражают определенные возможности судна.
§ 9. Эксплуатационные качества судов
Эксплуатационные качества служат наиболее важными показателями гражданских судов, определяя их назначение.
Грузоподъемность судна, измеряемая весом перевозимых грузов в тоннах, определяет транспортные возможности судна. Принято различать полную (валовую) грузоподъемность (называемую дедвейтом), в которую входят вес перевозимого груза, пассажиров с багажом, воды, провизии, топлива, воды для котлов, смазочных материалов, экипажа судна с багажом и расходных материалов, и чистую грузоподъемность, включающую только вес перевозимого груза и пассажиров с багажом, водой и провизией.
Грузовместимость судна (регистровая вместимость) измеряется объемом или кубатурой судовых помещений, предназначенных для размещения в них перевозимых грузов.
Единицей измерения грузовместимости судна служит регистровая тонна, являющаяся в данном случае единицей объема, а не веса, и равная 2,83 м3.
Различают полную (валовую) вместимость (брутто-регистровую вместимость), включающую объем всех судовых помещений под палубой и в надстройках, и чистую вместимость (нетто- регистровую вместимость), получающуюся путем вычета из валовой вместимости объема помещений, не предназначенных для размещения в них грузов и пассажиров (помещение команды, служебных и бытовых помещений, машинно-котельных отделений и т. п.).
Скорость хода судна измеряется в морских единицах – узлах. Один узел равен одной морской миле (1852 м) в час, или 1852: (60X60) =0,514 м/сек (например, говорят: судно идет со скоростью 15 узл, значит, оно проходит 1852x 15 = 27,78 км/час и т. д.). Скорость хода речных судов измеряется в километрах в час.
Дальность плавания судна измеряется расстоянием, которое судно может пройти с заданной скоростью хода без пополнения запасов топлива. Современные суда, работающие на энергии расщепления атомного ядра, имеют неограниченную дальность плавания.
Автономность судна измеряется длительностью пребывания судна в море (в сутках) без пополнения запасов топлива, а также других расходных материалов, необходимых для нормальной жизни людей на нем.
Маневренность судна – его способность во время хода изменять направление движения и скорость хода.
Обитаемость судна характеризуется удобством размещения на нем экипажа и пассажиров, а также составом и оборудованием бытовых помещений.
Автоматизация судовождения и управления судном-совокупность машин программного действия, счетно-решающих устройств, навигационных и других приборов и устройств автоматического управления, обеспечивающих возможность, а также надежность применения на судах современных эффективных установок и механизмов, работающих на высоких параметрах, при сокращении обслуживающего их экипажа.
Оснащенность судна характеризуется количеством и качеством специального оборудования, обеспечивающего эффективное использование судна в соответствии с его назначением.
Прочность конструкций судна – способность элементов конструкций при минимальном весе противодействовать внешним нагрузкам, действующим на судно, устойчивость конструкций судна – неизменность формы конструкций при воздействии на них внешних сил.
Способность конструктивных элементов судна противостоять разрушающему воздействию различных физико-химических факторов (термостойкость, ударостойкость, коррозионная стойкость, износостойкость и т. п.), называется стойкостью материалов конструкции судна.
§ 10. Тактико-технические (или боевые) качества кораблей ВМС
Тактико-технические (или боевые) качества кораблей обеспечивают выполнение поставленных перед нами задач, подобно тому как эксплуатационные качества обеспечивают соответствие назначению гражданских судов. Этими качествами являются:
боеспособность корабля – способность наносить удары по противнику с целью его уничтожения, сохраняя или поддерживая при этом свое оружие и технические средства;
живучесть корабля – способность его противостоять боевым и навигационным повреждениям, воздействию пожаров, атомному и химическому оружию. Борьба за живучесть корабля означает также борьбу за непотопляемость, тушение пожаров, исправление повреждений корпуса и боевых установок и переключение энергетических средств и их магистралей.
Остальными боевыми (или тактико-техническими) качествами кораблей являются уже знакомые нам: скорость хода, маневренность, дальность плавания, автономность и обитаемость.
§11. Экономические качества судов
Экономические качества судна рассматриваются в самом начале разработки его проекта. Прежде всего устанавливается экономическая целесообразность создания судна или его значение для прогресса в той отрасли народного хозяйства, для которой судно предназначается.
Достижение наилучших экономических качеств обеспечивается при выборе
1) оптимальных главных элементов судна (главных размерений, мощности установок, оснащенности и т. д.), обеспечивающих сокращение до минимума непроизводительного времени (при стоянках под погрузочно-разгрузочными операциями и т. п.) и увеличение времени нахождения судна в море за навигацию, на промысле и т. п.;
2) оптимальных режимов работы судна (скорости хода, производительности промыслового и перерабатывающего оборудования), обеспечивающих при наименьших затратах времени и энергии достижение наилучших показателей;
3) оптимальной технологии постройки судна (определение способа его постройки и назначение завода-строителя, наилучшим образом приспособленного для такого строительства). Основным экономическим качеством является рентабельность судна – окупаемость (в определенные сроки) затрат на его создание и эксплуатацию, т. е. прибыль, получаемая при эксплуатации судна (перевозка грузов, добыча и переработка продукции промысла и т. п.)
Возможна постройка судов, нерентабельность которых заранее известна, но совершенно оправданна, например постройка судов, при эксплуатации которых осваиваются новые способы получения энергии, новые районы и виды промысла, отрабатываются новые механизмы, приборы и устройства.
§ 12. Мореходные качества судов. Часть 1
Мореходными качествами должны обладать как гражданские суда, так и военные корабли.
Изучением этих качеств с применением математического анализа занимается специальная научная дисциплина – теория судна.
Если математическое решение вопроса невозможно, то прибегают к опыту, чтобы найти необходимую зависимость и проверить выводы теории на практике. Только после всестороннего изучения и проверки на опыте всех мореходных качеств судна приступают к его созданию.
Мореходные качества в предмете «Теория судна» изучаются в двух разделах: статике и динамике судна. Статика изучает законы равновесия плавающего судна и связанные с этим качества: плавучесть, остойчивость и непотопляемость. Динамика изучает судно в движении и рассматривает такие его качества, как управляемость, качку и ходкость.
Познакомимся с мореходными качествами судна.
Плавучестью судна называется его способность держаться на воде по определенную осадку, неся предназначенные грузы в соответствии с назначением судна.
На плавающее судно всегда действуют две силы: а) с одной стороны, силы веса, равные сумме веса самого судна и всех грузов на нем (вычисленные в тоннах); равнодействующая сил веса приложена в центре тяжести судна (ЦТ) в точке G и всегда направлена по вертикали вниз; б) с другой стороны, силы поддержания, ил и силы плавучести (выраженные в тоннах), т. е. давление воды на погруженную часть корпуса, определяемое произведением объема погруженной части корпуса на объемный вес воды, в которой судно плавает. Если эти силы выразить равнодействующей, приложенной в центре тяжести подводного объема судна в точке С, называемой центром величины (ЦВ), то эта равнодействующая при всех положениях плавающего судна всегда будет направлена по вертикали вверх (рис. 10).
Объемным водоизмещением называется объем погруженной части корпуса, выраженный в кубических метрах. Объемное водоизмещение служит мерой плавучести, а вес вытесняемой им воды называется весовым водоизмещением D) и выражается в тоннах.
По закону Архимеда вес плавающего тела равен весу объема жидкости, вытесненной этим телом,
D = Р = Vy,
где у – объемный вес забортной воды, т/м3, принимаемый в расчетах равным 1,000 для пресной воды и 1,025 – для морской воды.
Рис. 10. Силы, действующие на плавающее судно, и точки приложения равнодействующих этих сил.
Так как вес плавающего судна Р всегда равен его весовому водоизмещению D, а их равнодействующие направлены противоположно друг другу по одной вертикали, и если обозначить координаты точки G и С по длине судна соответственно xg и хc, по ширине уg и уc и по высоте zg и zc, то условия равновесия плавающего судна можно сформулировать следующими уравнениями:
Р = D; xg = хc.
Вследствие симметрии судна относительно ДП очевидно, что точки G и С должны лежать в этой плоскости, тогда
yg = yc = 0.
Обычно центр тяжести надводных судов G лежит выше центра величины С, в таком случае
Zg › Zc
Иногда объем подводной части корпуса удобнее выразить через главные размерения судна и коэффициент общей полноты, т. е.
V = LBTб,
тогда весовое водоизмещение может быть представлено в виде
D = LBTбy.
Если обозначить через Vn полный объем корпуса до верхней палубы, при условии водонепроницаемости закрытия всех бортовых отверстий, то получим
Vn › V
Разность Vn – V, представляющая некоторый объем водонепроницаемого корпуса выше грузовой ватерлинии, носит название запаса плавучести. При аварийном попадании воды внутрь корпуса судна увеличится его осадка, но судно останется на плаву, благодаря запасу плавучести. Таким образом, запас плавучести будет тем больше, чем больше высота надводного непроницаемого борта. Следовательно, запас плавучести является важной характеристикой судна, обеспечивающей его непотопляемость. Он выражается в процентах от нормального водоизмещения и имеет следующие минимальные значения: для речных судов 10-15%, для танкеров 10-25 %, для сухогрузных судов 30-50%, для ледоколов 80-90%, а для пассажирских судов 80-100%.
Рис. 11. Строевая по шпангоутам
Вес судна Р (весовая нагрузка) И координаты центра тяжести определяются расчетом, учитывающим вес каждой детали корпуса, механизмов, предметов оборудования, снабжения, запасов, грузов, людей, их багажа и всего находящегося на судне. Для упрощения вычислений предусматривается объединение отдельных наименований по специальности в статьи, подгруппы, группы и разделы нагрузки. Для каждого из них подсчитывается вес и статический момент.
Учитывая, что момент равнодействующей силы равен сумме моментов составляющих сил относительно той же плоскости, после суммирования по всему судну весов и статических моментов, определяют координаты центра тяжести судна G. Объемное водоизмещение, а также координаты центра величины С по длине от миделя хc и по высоте от основной линии zc определяют по теоретическому чертежу методом трапеции в табличной форме.
Для этой же цели пользуются вспомогательными кривыми, так называемыми строевыми, вычерченными также по данным теоретического чертежа.
Различают две кривые: строевую по шпангоутам и строевую по ватерлиниям.
Строевая по шпангоутам (рис. 11) характеризует распределение объема подводной части корпуса по длине судна. Она строится следующим способом. Пользуясь методом приближенных вычислений, определяют по теоретическому чертежу площади погруженной части каждого шпангоута (w). По оси абсцисс откладывают в выбранном масштабе длину судна и на нее наносят положение шпангоутов теоретического чертежа. На ординатах, восстановленных из этих точек, откладывают в определенном масштабе соответствующие площади вычисленных шпангоутов.
Концы ординат соединяют плавной кривой, которая и является строевой по шпангоутам.
Рис. 12. Строевая по ватерлиниям.
Строевая по ватерлинии (рис. 12) характеризует распределение объема подводной части корпуса по высоте судна. Для ее построения по теоретическому чертежу подсчитывают площади всех ватерлиний (5). Эти площади в избранном масштабе откладывают по соответствующим горизонталям, расположенным по осадкам судна, в соответствии с положением данной ватерлинии. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая и является строевой по ватерлиниям.
Рис. 13. Кривая грузового размера.
Эти кривые служат следующими характеристиками:
1) площади каждой из строевых выражают в соответствующем масштабе объемное водоизмещение судна;
2) абсцисса центра тяжести площади строевой по шпангоутам, измеренная в масштабе длины судна, равна абсциссе центра величины судна хc;
3) ордината центра тяжести площади строевой по ватерлиниям, измеренная в масштабе осадок, равна ординате центра величины судна zc. Грузовой размер представляет собой кривую (рис. 13), характеризующую объемное водоизмещение судна V в зависимости от его осадки Т. По этой кривой можно определить водоизмещение судна в зависимости от его осадки или решить обратную задачу.
Эта кривая строится в системе прямоугольных координат на основании предварительно вычисленных объемных водоизмещении по каждую ватерлинию теоретического чертежа. На оси ординат в выбранном масштабе откладывают осадки судна по каж- дую из ватерлиний и через них проводят горизонтали, на которых, также в определенном масштабе, откладывают значение водоизмещения, полученное для соответствующих ватерлиний. Концы полученных отрезков соединяют плавной кривой, которая и называется грузовым размером.
Пользуясь грузовым размером, можно определить изменение средней осадки от приема или расходования груза или по заданному водоизмещению определить осадку судна и т. п.
Остойчивостью называется способность судна противостоять, силам, вызвавшим его наклонение, и после прекращения действия этих сил возвращаться в первоначальное положение.
Наклонения судна возможны по разным причинам: от действия набегающих волн, из-за несимметричного затопления отсеков при пробоине, от перемещения грузов, давления ветра, из-за приема или расходования грузов и пр.
Наклонение судна в поперечной плоскости называют креном , а в продольной плоскости – дифферентом ; углы, образующиеся при этом, обозначают соответственно O и y,
Различают начальную остойчивость , т. е. остойчивость при малых углах крена, при которых кромка верхней палубы начинает входить в воду (но не более 15° для высокобортных надводных судов), и остойчивость при больших наклонениях .
Представим себе, что под действием внешних сил судно получило крен на угол 9 (рис. 14). Вследствие этого объем подводной части судна сохранил свою величину, но изменил форму; по правому борту в воду вошел дополнительный объем, а по левому борту равновеликий ему объем вышел из воды. Центр величины переместился из первоначального положения С в сторону крена судна, в центр тяжести нового объема – точку С1. При наклонном положении судна сила тяжести Р, приложенная в точке G, и сила поддержания D, приложенная в точке С, оставаясь перпендикулярными к новой ватерлинии В1Л1 образуют пару сил с плечом GK, являющимся перпендикуляром, опущенным из точки G на направление сил поддержания.
Если продолжить направление силы поддержания из точки С1 до пересечения с ее первоначальным направлением из точки С, то на малых углах крена, соответствующих условиям начальной остойчивости, эти два направления пересекутся в точке М, называемой поперечным метацентром .
Расстояние между метацентром и центром величины МС называется поперечным мета центрическим радиусом , обозначаемым р, а расстояние между точкой М и центром тяжести судна G – поперечной метацентрической высотой h0 . На основании данных рис. 14 можно составить тождество
h0 = p + zc – zg.
В прямоугольном треугольнике GMR угол у вершины М будет равен углу 0. По его гипотенузе и противолежащему углу можно определить катет GK, являющийся плечо м восстанавливающей судно пары GK=h0 sin 8, а восстанавливающий момент будет равен Мвосст = DGK. Подставляя значения плеча, получим выражение
Мвосст = Dh0 * sin 0,
Рис. 14. Силы, действующие при крене судна.
Взаимное положение точек М и G позволяет установить следующий признак, характеризующий поперечную остойчивость: если метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в исходное положение, т. е. при накренении судно будет остойчиво, наоборот, если точка М находится ниже точки G, то при отрицательном значении h0 момент отрицателен и будет стремиться увеличивать крен, т. е. в этом случае судно неостойчиво. Возможен случай, когда точки М и G совпадают, силы Р и D действуют по одной вертикальной прямой, пары сил не возникает, и восстанавливающий момент равен нулю: тогда судно надо считать неостойчивым, так как оно не стремится вернуться в первоначальное положение равновесия (рис. 15).
Метацентрическую высоту для характерных случаев нагрузки вычисляют в процессе проектирования судна, и она служит ме- рой остойчивости. Значение поперечной метацентрической высоты для основных типов судов лежит в пределах 0,5-1,2 м и лишь у ледоколов достигает 4,0 м.
Для увеличения поперечной остойчивости судна необходимо снижать его центр тяжести. Это чрезвычайно важный фактор всегда надо помнить, особенно при эксплуатации судна, и вести строгий учет за расходованием топлива и воды, хранящихся в междудонных цистернах.
Продольная метацентрическая высота H0 рассчитывается аналогично поперечной, но так как ее величина, выражается в десятках или даже в сотнях метров, всегда весьма велика – от одной до полутора длин судна, то после проверочного расчета продольную остойчивость судна практически не рассчитывают, ее величина интересна только в случае определения осадки судна носом или кормой при продольных перемещениях грузов или при затоплении отсеков по длине судна.
Рис. 15. Поперечная остойчивость судна в зависимости от расположения грузов: а – положительная остойчивость; б – положение равновесия – судно неостойчиво; в – отрицательная остойчивость.
Вопросам остойчивости судна придается исключительно важное значение, и поэтому обычно, кроме всех теоретических вычислений, после постройки судна проверяют истинное положение его центра тяжести путем опытного кренования, т. е. поперечного наклонения судна путем перемещения груза определенного веса, называемого кренбалластом .
Все полученные ранее выводы, как уже упоминалось, практически справедливы при начальной остойчивости, т. е. при крене на малые углы.
При расчетах поперечной остойчивости на больших углах крена (продольные наклонения на практике не бывают большими) определяют переменные положения центра величины, метацентра, поперечного метацентрического радиуса и плеча восстанавливающего момента GK для различных углов крена судна. Такой расчет делают начиная от прямого положения через 5- 10° до того угла крена, когда восстанавливающее плечо превращается в нуль и судно приобретает отрицательную остойчивость.
По данным этого расчета для наглядного представления об остойчивости судна на больших углах крена строят диаграмму статической остойчивости (ее также называют диаграммой Рида), показывающую зависимость плеча статической остойчивости (GK) или восстанавливающего момента Мвосcт от угла крена 8 (рис. 16). На этой диаграмме по оси абсцисс откладывают углы крена, а по оси ординат – значение восстанавливающих моментов или плечи восстанавливающей пары, так как при равнообъемных наклонениях, при которых водоизмещение судна D остается постоянным, восстанавливающие моменты пропорциональны плечам остойчивости.
Рис. 16. Диаграмма статической остойчивости.
Диаграмму статической остойчивости строят для каждого характерного случая нагрузки судна, и она следующим образом характеризует остойчивость судна:
1) на всех углах, при которых кривая расположена над осью абсцисс, восстанавливающие плечи и моменты имеют положительное значение, и судно имеет положительную остойчивость. При тех углах крена, когда кривая расположена под осью абсцисс, судно будет неостойчивым;
2) максимум диаграммы определяет предельный угол крена 0 мах и предельный кренящий момент при статическом наклонении судна;
3) угол 8, при котором нисходящая ветвь кривой пересекает ось абсцисс, называется углом заката диаграммы . При этом угле крена восстанавливающее плечо становится равным нулю;
4) если на оси абсцисс отложить угол, равный 1 радиану (57,3°), и из этой точки восставить перпендикуляр до пересечения с касательной, проведенной к кривой из начала координат, то этот перпендикуляр в масштабе диаграммы будет равен начальной метацентрической высоте h0.
Большое влияние на остойчивость оказывают подвижные, т. е. незакрепленные, а также жидкие и сыпучие грузы, имеющие свободную (открытую) поверхность. При наклонении судна эти грузы начинают перемещаться в сторону крена и, как следствие, центр тяжести всего судна уже не будет находиться в неподвижной точке G, а начнет тоже перемещаться в ту же сторону, вызывая уменьшение плеча поперечной остойчивости, что равносильно уменьшению метацентрической высоты со всеми вытекающими из этого последствиями. Для предотвращения таких случаев все грузы на судах должны быть закреплены, а жидкие или сыпучие должны быть погружены в емкости, исключающие всякое переливание или пересыпание грузов.
При медленном действии сил, создающих кренящий момент, судно, наклоняясь, остановится тогда, когда кренящий и восстанавливающий моменты сравняются. При внезапном действии внешних сил, таких, как порыв ветра, натяжение буксира на борт, качка, бортовой залп из орудий и т. п., судно, наклоняясь, приобретает угловую скорость и даже с прекращением действия этих сил будет продолжать крениться по инерции на дополнительный угол до тех пор, пока не израсходуется вся его кинетическая энергия (живая сила) вращательного движения судна и его угловая скорость не превратится в нуль. Такое наклонение судна под действием внезапно приложенных сил называется динамическим наклонением . Если при статическом кренящем моменте судно плавает, имея лишь некоторый крен 0СТ, то в случае динамического действия того же кренящего момента оно может опрокинуться.
При анализе динамической остойчивости для каждого водоизмещения судна строят диаграммы динамической остойчивости, ординаты которых представляют в определенном масштабе площади, образованные кривой моментов статической остойчивости для соответствующих углов крена, т. е. выражают работу восстанавливающей пары при наклонении судна на угол 0, выраженный в радианах. При вращательном движении, как известно, работа равна произведению момента на угол поворота, выраженный в радианах,
Т1 = Мkp0.
По этой диаграмме все вопросы, связанные с определением динамической остойчивости, можно решить следующим образом (рис. 17).
Угол крена при динамически приложенном кренящем моменте можно найти, нанеся на диаграмму в том же масштабе график работы кренящей пары; абсцисса точки пересечения этих двух графиков дает искомый угол 0ДИН.
Если в частном случае крепящий момент имеет постоянное значение, т. е. Мкр = const, то работа будет выражаться
Т2 = Мkp0.
а график будет иметь вид прямой, проходящей через начало координат.
Для того, чтобы построить эту прямую на диаграмме динамической остойчивости, необходимо отложить по оси абсцисс угол, равный радиану, и провести из полученной точки ординату. Отложив на ней в масштабе ординат величину Мкр в виде отрезка Nn (рис. 17), надо провести прямую ON, которая является искомым графиком работы кренящей пары.
Рис. 17. Определение угла крена и предельного динамического наклонения по диаграмме динамической остойчивости.
На этой же диаграмме показан угол динамического наклонения 0ДИН, определяемый как абсцисса точки пересечения обоих графиков.
С увеличением момента Мкр секущая ON может занять предельное положение, обратившись во внешнюю касательную ОТ, проведенную из начала координат к диаграмме динамической остойчивости. Таким образом, абсцисса точки касания будет искодинмах мым предельным углом динамических наклонений 0 Ордината этой касательной, соответствующая радиану, выражает предельный кренящий момент при динамических наклонениях Мкрмах.
При плавании судно часто подвергается динамическому воздействию внешних сил. Поэтому умение определить динамический кренящий момент при решении вопроса об остойчивости судна имеет большое практическое значение.
Изучение причин гибели судов приводит к выводу, что в основном суда гибнут из-за потери остойчивости. Для ограничения потери остойчивости в соответствии с различными условиями плавания, Регистром Союза ССР разработаны Нормы остойчивости судов транспортного и промыслового флота. В этих нормах основным показателем является способность судна сохранять положительную остойчивость при совместном действии на него бортовой качки и ветра. Судно отвечает основному требованию Норм остойчивости, если при наихудшем варианте загрузки его МКР остается меньше MОПР.
При этом минимальный опрокидывающий момент судна определяется по диаграммам статической или динамической остойчивости с учетом влияния свободной поверхности жидких грузов, бортовой качки и элементов расчета парусности судна для различных случаев нагрузки судна.
Нормами предусматривается целый ряд требований к остойчивости, например: MКР ‹ MОПР, коэффициент запаса остойчивости
метацентрическая высота должна иметь положительное значение, угол заката диаграммы статической остойчивости должен быть не менее 60°, а с учетом обледенения – не менее 55° и т. п. Обязательное соблюдение этих требований при всех случаях нагрузки дает право считать судно остойчивым.
Непотопляемостью судна называется его способность сохранять плавучесть и остойчивость после затопления части внутренних помещений водой, поступившей из-за борта.
Непотопляемость судна обеспечивается запасом плавучести и сохранением положительной остойчивости при частично затопленных помещениях.
Если судно получило пробоину в наружном корпусе, то количество воды Q, вливающееся через нее, характеризуется выражением
где S – площадь пробоины, м?;
g – 9,81 м/сек?
Н – отстояние центра пробоины от ватерлинии, м.
Даже при незначительной пробоине количество воды, поступающее внутрь корпуса, будет так велико, что справиться с нею отливные насосы не в состоянии. Поэтому водоотливные средства ставят на судне исходя из расчета только удаления воды, поступающей уже после заделки пробоины или через неплотности в соединениях.
Чтобы предотвратить распространение по судну воды, вливающейся в пробоину, предусматривают конструктивные мероприятия: корпус делят на отдельные отсеки водонепроницаемыми переборками и палубами . При таком делении в случае получения пробоины затопится один или несколько ограниченных отсеков, отчего увеличится осадка судна и соответственно уменьшится высота надводного борта и запас плавучести судна.
§ 12. Мореходные качества судов. Часть 2
Степень обеспечения непотопляемости судна зависит от его назначения. Так, на гражданских судах количество переборок и их размещение определяются удобством погрузки грузов, надежностью их крепления и возможностью работы с ними в трюме, а также тем условием, чтобы судовые машины и механизмы свободно размещались в отсеках и их было бы удобно обслуживать. С другой стороны, необходимо выполнение Норм Регистра СССР, согласно которым на основании Международной конвенции по спасению человеческих жизней на море грузовые суда при затоплении одного любого отсека, а пассажирские суда – при затоплении двух любых и даже смежных отсеков должны оставаться на плаву и сохранять не менее 75 мм высоты надводного борта от действующей ватерлинии до бортовой линии палубы переборок в любом положении судна (рис. 18).
Рис. 18. Минимальная высота надводного борта судна, имеющего дифферент.
Палубой переборок или палубой непотопляемости называется палуба, до которой доводят по высоте поперечные водонепроницаемые переборки.
На судах, имеющих и продольные непроницаемые переборки (на пассажирских судах и кораблях ВМС), в случае получения пробоины в подводной части борта и затопления бортовых отсеков образуются одновременно дифферентующий и кренящий моменты в сторону поврежденного борта. Это должно быть принято во внимание при выборе расположения продольных и поперечных переборок на судне.
Деление судна на отсеки должно быть таким, чтобы при бортовой пробоине плавучесть судна исчерпывалась ранее его остойчивости: судно должно тонуть без опрокидывания.
Для спрямления судна, имеющего крен и дифферент, полученные при затоплении отсеков, а также для восстановления уменьшающейся при этом остойчивости, производят принудительное контрзатопление заранее подобранных отсеков с одинаковыми по величине, но с обратными по значению моментами. Например, если судно от пробоины получило крен на левый борт и дифферент на нос, то для его спрямления необходимо затопить кормо- вой отсек по правому борту с равным моментом. Спрямленное судно, естественно, получит дополнительную осадку, но с восстановленной остойчивостью будет продолжать сохранять свои мореходные качества (а корабль -и боевые качества, т. е. производить маневрирование и стрельбу из орудий, запуск реактивных снарядов).
Этот принцип контрзатопления отсеков судна впервые в мире, еще в 1875 г., был предложен выдающимся русским ученым и моряком С. О. Макаровым. В 1903 г. эта идея была использована для практического применения на боевых кораблях молодым тогда ученым, офицером, впоследствии выдающимся советским кораблестроителем, академиком А. Н. Крыловым. Им были предложены специальные таблицы, названные таблицам и непотопляемости , по которым для всех отсеков на корабле были заранее рассчитаны кренящие и дифферентующие моменты, возникающие при затоплении одного или группы отсеков, и заранее определены моменты и указаны отсеки, которые в этом случае необходимо затопить для спрямления корабля. Пользуясь таблицами, можно в сложной боевой обстановке быстро выровнять корабль, получивший пробоину, и восстановить его утраченные боевые качества. Таблицы непотопляемости в настоящее время должны быть составлены для каждого корабля.
В дальнейшем трудами академика Ю. А. Шиманского, профессора В. Г. Власова и других советских ученых наука о непотопляемости корабля получила такое развитие, при котором практически исключается гибель корабля от потери остойчивости при боевом повреждении корпуса.
Качка судна – колебательные движения, которые судно совершает около положения его равновесия. Различают три вида качки судов:
а) вертикальную – колебания судна в вертикальной плоскости в виде периодических поступательных перемещений;
б) бортовую (или боковую)-колебания судна в плоскости шпангоутов в виде угловых перемещений;
в) килевую (или продольную) качку – колебания судна в диаметральной плоскости также в виде угловых перемещений. При плавании судна на взволнованной поверхности воды часто все три вида качки возникают одновременно или в различных комбинациях. Существенное влияние на все виды качки судна оказывает направление его движения по отношению к бегу волны. Качка судна вредно отражается на его эксплуатационных и мореходных качествах.
Перечислим вредные последствия качки:
а) периодический подъем и зарывание в волну оконечностей судна, вызывающие дополнительное сопротивление движению и выход из воды гребного винта, что приводит к потере его упора и снижению скорости хода, увеличению расхода топлива, заливаемости палубы и ухудшению условий обитаемости судна;
б) создание таких условий, которые могут привести к опрокидыванию судна из-за потери им поперечной остойчивости;
в) ухудшение условий эксплуатации машин и механизмов, а также дополнительные нагрузки на прочные связи корпуса от удара волн и действия сил инерции, возникающих при качке;
г) снижение эффективности артиллерийской или торпедной стрельбы на кораблях, затруднение работы ракетных установок;
д) вредное физиологическое воздействие на людей (заболевание морской болезнью).
Принято различать два вида колебаний судна на качке: свободные (на тихой воде), которые происходят по инерции после прекращения сил, вызвавших их, и вынужденные , которые вызываются внешними периодически приложенными силами, например морским волнением.
Рис. 19. Характеристики качки: а – амплитуда; б – размах; в – период качки.
Основной причиной качки судна является одновременное действие на него волн, сил плавучести и остойчивости. Основными характеристиками качки как периодического колебательного движения судна являются: амплитуда, размах и период качки (рис. 19).
Амплитудой качки называется наибольшее отклонение судна от исходного положения, измеренное в градусах.
Размах качки – сумма двух последовательных амплитуд (наклонение судна на оба борта).
Период качки -время между двумя последовательными наклонениями или время, в течение которого судно совершает полный цикл колебаний, возвращаясь к тому положению, при котором начался отсчет.
Период качки судна оказывает влияние на характер качки: при большом периоде качка совершается плавно, наоборот, при малом периоде качка происходит порывисто, вызывая тяжелые последствия.
Период (в секундах) свободной бортовой качки вычисляется по следующей формуле:
где k – коэффициент, зависящий от типа судна; его величина лежит в пределах 0,74/0,80;
В – расчетная ширина судна по действующую ватерлинию, м;
h0 – начальная поперечная метацентрическая высота, м.
Из приведенного значения видно, что судно, обладающее большой остойчивостью, имеет порывистую качку, существенно влияющую на его эксплуатацию.
Период (в секундах) свободной вертикальной качки на тихой Rone насчитывается по приближенной формуле
а килевой качки – по формуле
где Т0 – осадка судна, м.
При плавании судна на взволнованной воде, поскольку судно увлекается движением воды и до некоторой степени является поверхностной частицей, участвующей в орбитальном движении, равнодействующая приложенных к судну сил веса, сил плавучести и сил инерции направлена по нормали к склону воды. Изменение профиля волны непрерывно отражается на форме подводного объема судна и его величине, что приводит к вынужденным колебаниям судна.
Следовательно, характер вынужденных колебаний судна зависит от профиля волны, а их период всегда равен периоду волны. Для уменьшения качки судна принимают ряд мер, условно разделяемых на общие и специальные. К общим мерам относится рациональный выбор формы теоретического чертежа судна , а к специальным- установка конструкций – успокоителей качки , создающих моменты, противодействующие качке судна.
Общими мерами, направленными на уменьшение заливаемости судна и погружение его оконечностей в волну, являются: седловатость палубы, расширение верхней части носовых шпангоутов, образующее развал бортов, а также установка в носовой части верхней палубы водоотбойного козырька, который разрушает покрывающую судно волну и отводит ее к бортам.
Для успокоения наиболее неблагоприятной и опасной бортовой качки применяют специальные меры, заключающиеся в установке успокоителей качки, которые делят на пассивные и активные. Действие первых основано на использовании энергии качания самого судна, действие вторых – на использовании внешних источников энергии, они искусственно управляются. Рассмотрим наиболее простые и эффективные успокоители качки.
1) Боковые (скуловые) кила (рис. 20) представляют собой простейшие пассивные успокоители, имеющие вид наделок в виде пластин площадью до 4% от площади ватерлинии. Эти пластины устанавливают по нормали к скуле в средней части корпуса вдоль линии тока воды, длиной до 40% от длины судна. Принцип действия этих килей заключается в создании момента, обратного моменту качания судна. Под действием таких боковых килей амплитуда бортовой качки уменьшается до 50%.
2) Бортовые пассивные цистерны (рис. 21) устроены по принципу сообщающихся сосудов в виде бортовых цистерн, соединенных водными и воздушными каналами с клапаном, регулирующим переливание воды между цистернами. Клапан регулирует воду с таким расчетом, чтобы она не поспевала за креном судна, а, отставая, переливалась бы по инерции в сторону поднимающегося борта, когда момент воды в цистерне, противодействуя наклонению судна, успокаивает его качку.
Рис. 20. Боковые кили и их конструкция.
Эти цистерны дают хорошие результаты как успокоители только при режимах качки, близких к резонансу. Во всех прочих случаях они почти не умеряют качку, а даже увеличивают его амплитуду.
Рис. 21. Бортовые пассивные цистерны и положение в них жидкости при качке судна в резонанс с волной.
3) Бортовые активные цистерны представляют собой такие же бортовые цистерны, соединенные каналами, но вода в них перетекает под воздействием автоматически регулируемых насосов. Эти цистерны действуют эффективно при всех режимах качки судна. Вес воды, находящейся в активных цистернах (обычно их используют под пресную воду или топливо), должен составлять приблизительно 4% от водоизмещения судна.
4) Управляемые боковые рули (рис. 22) являются активными успокоителями качки и устанавливаются в подводной части корпуса в том районе, где ширина судна наибольшая.
Рис 22 Схема работы управляемых боковых рулей левого борта, 1 – аппаратура управления; 2 – система управления; 3 – приводы рулей; 4- ниши для рулей; 5 -перо руля левого борта; 6 – перо руля правого борта. V-скорость и направление набегающего потока; Р – подъемная сила; F – лобовое сопротивление.
Перекладка рулей производится автоматически: на всплытие – на погружающемся борту, на погружение – на всплывающем борту судна. Подъемные силы, возникающие на рулях, образуют момент, обратный наклонению судна, умеряющий амплитуду качки до четырехкратного ее размера. Так как подъемная сила рулей зависит от скорости судна, боковые рули эффективны только на быстроходных судах.
При отсутствии качки для устранения дополнительного сопротивления движению судна и предотвращения поломки рулей при швартовке бортом боковые рули убирают в специальные ниши внутрь корпуса судна.
Рис. 23. Схема устройства гироскопического успокоителя качки. 1 – гироскоп; 2 – рама гироскопа; 3 – цапфы, конструктивно связывающие раму с корпусом; 4 – устройство, поворачивающее или тормозящее раму гироскопа.
5) Гироскопический успокоитель (рис. 23) основан на использовании гироскопического эффекта – свойстве гироскопа сохранять неизменной ось своего вращения. Гироскопический момент в значительной степени компенсирует кренящий момент, снижая амплитуду качки. Успокоитель представляет собой маховик, вращающийся в раме, связанной на шарнирах с корпусом судна.
При бортовой качке судна рама гироскопа самопроизвольно раскачивается в ДП. Если эти качания рамы тормозить или принудительно поворачивать раму при помощи специального электродвигателя, то она будет оказывать на цапфы добавочные давления, образующие пару, противодействующую качке судна. Например, такой успокоитель (с маховиком весом 20 т) установлен на американской подводной лодке «Джордж Вашингтон».
Управляемостью судна называется его способность удерживать заданное направление движения или изменять его в соответствии с перекладкой пера руля. Управляемость характеризуется, с одной стороны, способностью судна противостоять на ходу действию внешних сил, затрудняющих удержание заданного направления движению, – устойчивостью на курсе и, с другой стороны, способностью судна изменять направление движения и двигаться по криволинейной траектории – эта способность называется поворотливостью.
Таким образом, под управляемостью судна понимаются оба эти качества, которые являются противоречивыми. Так, если создать судно с таким соотношением главных размерений, которые обеспечат ему твердую устойчивость на курсе, то судно будет обладать плохой поворотливостью. Наоборот, если судно будет обладать хорошей поворотливостью, то оно будет неустойчивым и рыскливым на курсе. При создании судна необходимо это учитывать и выбирать оптимальное значение для каждого из этих качеств с таким расчетом, чтобы судно обладало нормальной управляемостью.
Рыскливостью называется способность судна самопроизвольно отклоняться от курса под влиянием внешних сил. Считается, что судно устойчиво на курсе, если для его удержания число перекладок руля не превышает 4-6 в минуту и судно при этом успевает отклониться от курса не свыше 2-3°.
Для обеспечения устойчивости судна на курсе и его поворотливости в кормовой части судна устанавливают рули . При перекладке руля на борт возникает момент пары сил, поворачивающий судно вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести, в ту сторону, в которую переложен руль (рис. 24).
Рис. 24. Схема сил, действующих на судно при перекладке пера руля. N – равнодействующая сил давления воды на перо руля; l- плечо пары сил, вращающих судно; Q – сила дрейфа; F – лобовое сопротивление движению судна.
Перенесем равнодействующую N в центр тяжести судна – точку G, не меняя ее направления и величины, и приложим вторую силу N в обратном направлении. Образовавшаяся пара сил создает момент Mпов = Nl, отклоняющий судно от прямого направления в сторону перекладки пера руля.
Силу N обратного направления разложим на две составляющие: F – силу, направленную вдоль – в сторону, обратную движению судна, и создающую лобовое сопротивление, уменьшающее скорость хода судна примерно на 25-50%; Q – силу дрейфа, действующую перпендикулярно ДП и вызывающую перемещение судна лагом, которое быстро погашается сопротивлением воды.
Если руль идущего с определенной скоростью судна оставить положенным на борт, то центр тяжести судна (вокруг которого оно поворачивается) начнет изменять траекторию своего движения из прямой в криволинейную, постепенно переходящую в окружность постоянного диаметра Dц, который называется диаметром циркуляции, а движение судна по такой траектории – циркуляцией судна (рис. 25).
Диаметр циркуляции, выраженный в длинах судна, определяет степень поворотливости судна. Судно считается хорошо поворотливым, если Dц = (3/5) L. Чем меньше диаметр циркуляции, тем лучше поворотливость судна. Расстояние l, пройденное судном между ЦТ его в момент перекладки руля и до поворота судна на 90°, измеренное по прямой его движения, называется выдвигом.
Рис. 25. Циркуляция судна. Dц – диаметр установившейся циркуляции; Dт – тактический диаметр циркуляции; ,в – угол дрейфа.
Расстояние между положением диаметральной плоскости в начале поворота и после изменения курса судна на 180°, измеренное по перпендикуляру к первоначальному направлению движения, называется тактическим диаметром циркуляции , который обычно составляет Dт = (0,9/1,2) Dц . Угол, образованный положением ДП и касательной к траектории движения судна при циркуляции, проведенной через точку G, называется углом дрейфа в.
При движении судна на циркуляции у него возникает крен на борт, противоположный перекладке руля. Кренящий момент образуется от пары сил: центробежной силы инерции, приложенной в ЦТ судна, и силы гидродинамического давления, приложенной приблизительно посередине осадки. Максимального значения угол крена достигает при диаметре циркуляции, равном 5L, и становится тем больше, чем больше скорость судна и чем меньше диаметр циркуляции, и увеличение этих параметров может привести к опрокидыванию судна.
Ходкостью судна называется его способность перемещаться с заданной скоростью при затрате определенной мощности главных двигателей.
При движении судна на него сразу же начинают действовать силы сопротивления воды и воздуха, направленные в сторону, противоположную его движению, преодолеваемые упорным давлением движителя.
Изучение вопросов, связанных с закономерностью этих сопротивлений, дает возможность выбора наиболее рациональных обводов судна, обеспечивающих достижение скорости при минимальной затрате мощности двигателей.
Сопротивления движению судна возрастают при увеличении его скорости и равны сумме отдельных сопротивлений. Сопротивление воды слагается из:
а) сопротивления формы или вихревого сопротивления Rф, зависящего от формы погруженной части корпуса и создающихся за кормой вихревых образований воды, которые, отрываясь от судна, уносят с собой приобретенную ими живую силу вращательного движения. Чем полнее корпус судна и хуже его обтекаемость, тем больше вихрей и значительнее сопротивление;
Рис. 26. Система волн, возникающих при движении судна. 1, 2 – расходящиеся кормовые и носовые соответственно; 3, 4 – поперечные носовые и кормовые соответственно.
б) сопротивления трения Rт, которое зависит от скорости судна и величины поверхности погруженной в воду части корпуса. Сопротивление трения возникает оттого, что частички воды, соприкасающиеся с погруженной поверхностью корпуса, прилипают к ней и приобретают скорость судна. Соседние слои воды также начинают двигаться, но по мере удаления от поверхности корпуса скорость их постепенно снижается и пропадает совсем. Таким образом, на поверхности погруженной части корпуса образуется так называемый пограничный слой, в поперечном сечении которого скорость воды неодинакова. Экспериментальным путем получены формулы, с помощью которых определяется трение судовой поверхности.
Шероховатость поверхности увеличивает сопротивление трения, которое учитывается дополнительно.
На сопротивление трения большое влияние оказывает обрастание подводной части корпуса водорослями, ракушками и другими организмами, жувущими в воде, которое увеличивает трение между корпусом и водой. Известны случаи, когда через 4-5 месяцев после очистки подводной поверхности скорость судна из- за обрастания уменьшалась на 4-5 узл.
в) волнового сопротивления RВ, зависящего от формы подводной части корпуса и представляющего собой затрату части мощности главного двигателя на образование системы волн, сопровождающей судно на ходу (рис. 26).
На малых скоростях образуются преимущественно расходящиеся волны. При увеличении скорости хода возрастает величина поперечных волн, на образование которых затрачиваются большие мощности; в.ч
г) сопротивления выступающих частей R , зависящего от сопротивления отдельных выступающих частей, расположенных в подводной части корпуса: рулей, кронштейнов, боковых килей, выступающих деталей приборов и т. п.
Для определения величины этих сопротивлений (за исключением сопротивления трения, которое определяется расчетно-экспериментальным путем), проводят испытания моделей судов в специальных опытовых бассейнах, размеры которых достигают 1500x20 м при глубине до 7 м. Длина моделей 2-8 м.
Буксировку этих моделей осуществляют с помощью специальных тележек, движущихся по рельсам, уложенным по обеим сторонам бассейна. Модель соединяется с тележкой через динамометр, замеряющий силу сопротивления модели при равномерном движении тележки с определенной скоростью вдоль бассейна. Модели судов делают из деревянного каркаса (скельтон), обтянутого парусиной и покрытого слоем парафина. Парафин хорошо обрабатывается и легко поддается переделкам и восстановлению. Иногда модели делают полностью из дерева.
Полученные при испытании моделей результаты пересчитывают на натурное судно по законам динамического подобия. Воздушное сопротивление RВ3 зависит от величины проекции надводной части судна на плоскость миделя; скорости, направления движения; скорости ветра. Оно определяется в аэродинамической трубе методом продува в ней модели и достигает на больших скоростях внушительных размеров, доходящих до 10% от полного сопротивления. После определения всех отдельных сопротивлений полное сопротивление движению судна определяется как сумма их, равная
Полное сопротивление является основой для определения необходимой мощности главной судовой силовой установки, которая преобразуется движителями в поступательное движение судна с заданной скоростью.
Существуют три вида необходимой мощности
1) буксировочная, или эффективная, мощность (EPS), необходимая для преодоления полного сопротивления движению судна с определенной скоростью, выраженная в лошадиных силах (1 л. с.=75 кГм/сек); она равна
где R – полное сопротивление, кГ
v – скорость судна, м/сек;
2) мощность на валу двигателя (BPS), она больше предыдущей и определяется на основе буксировочной с учетом коэффициентов полезного действия самого движителя, передаточных механизмов (редукторов, муфт и т. п.), валопровода (опорных и подшипников и т. п.), она равна
где n – коэффициент полезного действия: nд – движителя; nв – валопровода; nП – передаточного механизма и прочие;
3) индикаторная мощность (JPS), которая в свою очередь больше мощности на валу и равна необходимой мощности силовой установки, с учетом коэффициента полезного действия самого двигателя, т. е.
где nМ – механический коэффициент полезного действия машины. Произведение всех коэффициентов полезного действия называют общим пропульсивным коэффициентом, который у современных судов находится в пределах т) = 0,2-0,64. Все приведенные расчеты относились к сопротивлениям на тихой воде. Волнение, качка, рыскание судна и другие явления также влияют на скорость движения судна, снижая ее в среднем еще на 7-9%, а при сильном шторме и волнении – до 50-60%. Мощность главной судовой силовой установки преобразуется в поступательное движение судна судовыми движителями.
§ 13. Судовые движители
Движителями называются специальные устройства, преобразующие механическую работу судовой силовой установки в упорное давление, преодолевающее сопротивления и создающее поступательное движение судна.
На судах в качестве движителей применяются: гребные винты, крыльчатые движители и водометные движители. Находят применение также паруса, гребные колеса и другие движители.
По принципу действия движители разделяют на активные, к которым относят паруса, непосредственно преобразующие энергию ветра в поступательное движение судна, и реактивные – все остальные, так как создаваемое ими упорное давление получается в результате реакции масс воды, отбрасываемой в сторону, противоположную движению судна.
Наиболее распространенными благодаря простоте устройства и работы, компактности, надежности в эксплуатации и наибольшему коэффициенту полезного действия являются гребные винты. В зависимости от конструкции их подразделяют на два типа: цельные винты (ступица с лопастями изготовляется совместно) и винты со съемными лопастями , применяемые на судах, плавающих во льдах. Такие винты называются винтами фиксированного шага, а винты, имеющие механизмы, поворачивающие лопасти в ступице и изменяющие шаг винта, называются винтами регулируемого шага.
Шагом винта называется путь в направлении оси, который проходит любая точка поверхности винта за один его оборот.
Гребные винты фиксированного шага – ВФШ (рис. 27) изготовляют цельными (одной деталью), литыми, сварными или штампованными, и они состоят из следующих основных элементов: ступицы, представляющей собой втулку, наеаживаемую на конус шейки гребного вала, и лопастей (от 3 до 6), радиально расположенных на ступице. Нижняя часть лопасти, соединяющая ее со ступицей, называется корнем лопасти; верхняя часть – вершиной или концом; поверхность лопасти, обращенная в сторону корпуса судна, носит название засасывающей поверхности, обратная поверхность – нагнетающей, которая в большинстве случаев представляет собой правильную винтовую поверхность. Пересечение этих двух поверхностей образует кромки лопастей.
Рис. 27. Гребной винт фиксированного шага (ВФШ) и схема создания упорного давления элементарной площадкой лопасти винта.
Диаметром гребного винта D называется диаметр окружности, описанной вершиной лопасти. Диаметр винта крупных судов доходит до 6,0 м и более.
Применяют гребные винты правого и левого вращения, их различают по общим правилам: если винт завинчивается вращением по часовой стрелке, то он называется винтом правого вращения, а если против часовой стрелки – винтом левого вращения.
При вращении винта его лопасти отбрасывают массы воды в одну из сторон. Реакция этой воды воспринимается нагнетающей поверхностью лопасти, создающей упор винта, который через ступицу и гребной вал передается на упорный подшипник, преобразуясь в силу, движущую судно.
Чтобы понять, как возникает упорное движение при вращении винта (рис. 27), рассмотрим те силы, которые действуют при этом на элементарной площадке его лопасти, двигающейся по окружности со скоростью v0 И одновременно перемещающейся вместе с судном со скоростью v1. Угол а, образовавшийся между результирующей этих сил v и хордой рассматриваемой элементарной площади лопасти, будет углом атаки, создающим на ней подъемную силу R. Если разложить эту силу на составляющие, то одна составляющая – сила Р, действующая по направлению движения судна, и будет силой-упора, а вторая-сила T, действующая по окружности в сторону, обратную вращению винта, создает момент относительно его оси, который преодолевается судовым двигателем.
Рис. 28. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) с поворотношатунным механизмом изменения шага. 1 – лопасти винта; 2- ступица; 3- гребной вал; 4 – ползун со штангой; 5 – палец шатуна; 6 -подшипник лопастной заделки; 7 – обтекатель винта.
Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) имеет конструкцию, обеспечивающую поворот лопастей в ступице во время работы винта на ходу судна из поста управления, расположенного в рубке. При повороте лопастей, осуществляемом механизмом по многообразным кинематическим схемам (одна из которых-поворотно-шатунная-приведена на рис. 28), изменяется шаг винта, отчего изменяется и величина создаваемого им упора, увеличивающего или уменьшающего скорость хода, и направление движения судна, при этом число оборотов, мощность главной машины и направление ее вращения остаются неизменными.
Использование винтов регулируемого шага допускает применение на судах нереверсивных главных машин с упрощенной системой обслуживания, что сокращает износ их цилиндров примерно на 30-40% (возникающий у реверсивных машин от частого изменения режима работы и направления вращения), позволяет полнее использовать мощность машин и поддерживать высокое значение к. п. д. винта.
Суда с ВРШ обладают гораздо более высокими маневренными качествами, чем суда с ВФШ.
Рис. 29. Крыльчатый движитель: а – конструктивная схема; б – размещение движителя на судне. 1 – несущий диск; 2 – поворотные лопасти; 3 – ведомая шестерня, приводящая во вращение диск; 4 – гидравлическое устройство управления маятниковым рычагом; 5 – маятниковый рычаг, изменяющий положение лопастей вокруг своей оси; 6 – гребной вал с ведущей конической шестерней.
Суда с ВРШ обладают гораздо более высокими маневренными качествами, чем суда с ВФШ.
Крыльчатый движитель (рис. 29) представляет собою конструктивное устройство, состоящее из горизонтально вращающегося цилиндра с вертикально расположенными на нем 6-8 лопастями мечевидной, обтекаемой формы, поворачивающимися вокруг своих осей маятниковым рычагом, управляемым из рулевой рубки.
При вращении диска на лопастях, как на крыле, возникает подъемная сила, составляющая которой создает упорное давление. При повороте лопастей изменяется величина упора и его направление, что дает возможность варьировать направление движения судна без помощи руля (на судне с этим движителем руль не устанавливается), а также величину упора движителя от «Полного вперед» до «Полного назад» или останавливать судно, не изменяя скорости и направления вращения (без реверса) главной силовой установки.
К. п. д. крыльчатого движителя почти равен к. п. д. гребного винта, но крыльчатый движитель значительно сложнее по конструкции. Выступающие лопасти часто ломаются. Однако в последнее время этот движитель находит все более широкое применение, обеспечивая судам хорошую маневренность, позволяющую им свободно работать в узкостях.
Водометный движитель относится к серии водопроточных движителей. Современные водометные движители делают трех типов: с выбросом водяной струи в воду, в атмосферу и с полуподводным выбросом.
Гребной винт работает как насос, засасывающий воду в канал через трубу, проходящую в днище корпуса впереди винта. Для защиты от попадания на винт посторонних предметов в начале канала укрепляется защитная решетка.
Для уменьшения потерь от закручивания гребным винтом водного потока и повышения к. п. д. движителя за винтом устанавливается контрпропеллер. Направление хода судна изменяется перекладкой реверс-руля.
Коэффициент полезного действия такого движителя составляет только 35-45%, а отсутствие всяких выступающих частей в подводной части судна обеспечивает ему большую проходимость на мелководье, в узкостях и на засоренных фарватерах. Для судна с таким движителем не являются препятствием даже плавающие предметы, через которые оно свободно переходит.
Перечисленные преимущества водометного движителя сделали его применение особенно удобным на речных судах, в первую очередь на лесосплаве.
В последние годы водометные движители стали применяться и на быстроходных судах, таких, как суда на подводных крыльях, развивающие скорость хода до 95 км/час.
Использование современных паровых и газовых турбин позволяет успешно применить водометные движители на крупных морских судах, где по расчетам пропульсивный к. п. д. может достичь около 83%, что на 11% выше пропульсивного коэффициента гребного винта, запроектированного для того же судна.
К недостаткам судов с этим движителем следует отнести потери судном грузоподъемности на величину веса прокачиваемой воды и потери объема внутренних помещений, занимаемого каналом.
§ 14. Суда, достигающие неводоизмещающего режима движения
Одно из решений проблемы увеличения скорости движения судов – резкое снижение сопротивления их движению – привело к созданию неводоизмещающих судов: судов на воздушной подушке и на подводных крыльях,- а также водоизмещающих двухкорпусных судов – катамаранов.
Суда на воздушной подушке принято называть так потому, что слой сжатого воздуха, специально подведенного под днище, поднимает судно на высоту H = 0,3-0,5 м над уровнем спокойной воды, и судно как бы парит над нею.
Рис. 30. Суда на воздушной подушке: а – с полным отрывом от воды, б – без отрыва от воды. H – высота подъема судна над водой; h – глубина водяной чаши.
Воздух непрерывно выходит из-под днища, и поэтому для поддержания подъемной силы он непрерывно туда нагнетается вентиляторами.
Воздушные или водяные движители обеспечивают поступательное движение судна, и оно, встречая незначительное сопротивление воздуха, развивает большую скорость, в некоторых случаях превышающую 80 узл. Суда на воздушной подушке двигаются с высокими скоростями, недостижимыми для обычных водоизмещающих судов, они могут достигать значительных размеров, двигаться по мелководью, по болотам, пескам, снегу и льду, в условиях ледостава и ледохода, что невозможно для любого другого судна.
Суда, плавающие на воздушной подушке, разделяют обычно на три категории: с полны м отрывом , с частичным отрывом и без отрыва от воды (рис.30).
Суда первой категории после подъема на воздушную подушку по всему периметру не соприкасаются с водой. Такие суда могут выйти на берег и способны двигаться над твердой поверхностью. Днище судов второй категории после подъема на подушку находится ниже уровня невозмущенной воды во время стоянки. Воздух выходит из-под днища по всему периметру. При выходе на берег судно может двигаться над землей.
Суда третьей категории имеют толщину воздушной подушки, приближающуюся к тонкой воздушной прослойке. Некоторые части корпуса находятся ниже дна водной чаши, воздух ограниченно выходит из-под купола как на стоянке, так и на ходу. Над землей такие суда двигаться не могут из-за недостаточной высоты подъема над твердой поверхностью.
Рис. 31. Сечение крыла судна на подводных крыльях. а – угол атаки; Р – равнодействующая давления водяного потока над крылом и под крылом; Ру – подъемная сила; Рx- лобовое сопротивление.
Недостатки судов на воздушной подушке, из-за того, что опыт их эксплуатации еще невелик и малоизучен, трудно пока еще установить, но очевидно, что к ним следует отнести: затруднения плавания на взволнованной поверхности, забрызгивание, обледенение при низких температурах, потерю видимости при брызгообразовании и т. п.
Суда на подводных крыльях имеют корпус водоизмещающего судна в подводной части с конструкциями в виде крыльев. При стоянке или движении на малой скорости такие суда водоизмещающие, как и всякое надводное судно. На ходу, при увеличении скорости, находящиеся в воде крылья судна приобретают подъемную силу. Когда подъемная сила достигает величины водоизмещения, корпус судна полностью выходит из воды (судно выходит в крыльевой режим), в воде остаются только крылья, движители и рули.
Подводное крыло (рис. 31) в поперечном сечении имеет вытянутую обтекаемую форму. Если крыло поставить под некоторым углом а, называемым углом атаки, к набегающей воде, то оно рассечет воду на два потока: один, обтекающий крыло сверху, а другой- снизу. После прохода крыла оба потока соединяются вновь. Скорость воды над крылом больше, отчего давление ее над крылом становится меньше, чем под крылом. Равнодействующая этих давлений Р направлена под углом вверх и приложена в центре давления в точке С. Если силу разложить на составляющие: одну по направлению потока, а другую – перпендикулярно ему, то получим силы: Рx – силу лобового сопротивления и Рy – подъемную силу, которая на ходу выводит судно на крыльевой режим.
При выходе корпуса из воды сопротивление воды движению судна резко уменьшается, отчего скорость судна намного увеличивается.
Основными преимуществами судов на подводных крыльях являются: достижение значительной скорости без увеличения мощности силовой установки и, как результат этого, экономия топлива или увеличение района плавания, хорошая мореходность на тихой воде, отсутствие волнообразований, дающее преимущества, аналогичные преимуществам катамаранов, и т. п.
К недостаткам таких судов следует отнести: отсутствие заднего хода на крыльевом режиме и ухудшение мореходных качеств при плавании на взволнованной поверхности, когда судно может потерять устойчивость, а это приведет к срыву крыльевого режима и сведет на нет все преимущества судов на подводных крыльях.
§ 15. Катамараны
Катамаранами называются двухкорпусные суда, коопуса которых смонтированы на некотором расстоянии друг от друга, имеют параллельные диаметральные плоскости и перекрыты общей верхней палубой. По сравнению с однокорпусными судами равного водоизмещения и длины, они имеют относительно большую ширину, увеличивающую их остойчивость.
Благодаря большей смоченной поверхности корпусов, у катамаранов больше и сопротивление трения движению судна. При расстоянии между корпусами не менее двух ширин одного корпуса волновое сопротивление их резко уменьшается, а так как при большом отношении длины к ширине каждого корпуса сопротивление формы значительно снижается, то буксировочное сопротивление у катамарана оказывается значительно меньше, причем при повышении скорости эти преимущества возрастают. Снижение волнового сопротивления дает возможность увеличить скорость движения катамаранов по внутренним водным путям, так как малая высота создаваемой волны не мешает судоходству, не расстраивает счалы встречных составов и судов, стоящих у пристаней, а также не размывает берега рек и особенно неукрепленные берега каналов.
Катамараны обладают хорошими маневренными качествами, устойчиво держатся на курсе как на переднем, так и на заднем ходу, хорошо управляемы и хорошо противостоят качке на спокойной -или взволнованной поверхности воды.
Кроме того, на катамаранах облегчаются и ускоряются грузовые операции благодаря возможности перевозки грузов на палубе.
Глава IV. Судовая архитектура
§ 16. Определение судовой архитектуры и архитектурные элементы судов
Судовой архитектурой называется общее расположейие элементов корпуса, оборудования, устройств, планировка судовых помещений, которые должны быть выполнены наиболее рационально, с соблюдением требований безопасности, экономичности и современной эстетики, обусловливающее внешний вид судна.
На изучении этих принципов возникла научная дисциплина, называемая судовой архитектурой.
Главными архитектурными элементами всякого современного судна являются: корпус судна с его палубами, платформами, прочными поперечными и продольными переборками, надстройками и рубками.
Часто бывает трудно провести различие между архитектурными и конструктивными элементами современных судов. Так, например, являющиеся основными архитектурными элементами прочные водонепроницаемые переборки, устанавливаемые исходя из расчета непотопляемости судна, одновременно обеспечивают общую и местную прочность и жесткость корпуса, выполняя функции жестких опорных контуров для наружной обшивки и плоских перекрытий (палуб и платформ).
Некоторые промысловые устройства на судах, например кормовой слип для подъема сетей, представляют собой архитектурные и конструктивные элементы судна.
Конструкции, служащие защитой на военных кораблях, такие, как противоминные переборки, являются одновременно главными архитектурными и конструктивными элементами корпуса и т. д. При создании нового проекта за основу принимается прототип существующего судна, на основании анализа опыта постройки и эксплуатации которого выбирают элементы нового судна с учетом требований, предъявляемых к новому судну, так на основе научнотеоретических обоснований и практики создается новый проект.
Палубой называется сплошное перекрытие на судне, идущее в горизонтальном направлении. Палуба, идущая не по всей длине или ширине судна, а только на части ее, называется платформой. Внутреннее пространство корпуса по высоте разделяется палубами и платформами на междупалубные пространства, которые называются твиндеками. По правилам минимальное расстояние между палубами (в свету) должно быть не менее 2,25 м.
Рис. 32. Схема общего расположения палуб и помещений гражданского судна. 1 – верхняя палуба; 2 – вторая палуба; 3 – третья палуба; 4 – платформа; 5 – второе дно; 6 – палуба надстройки; 7 – прогулочная палуба; 8 – шлюпочная палуба; 9 – мостик; 10 – верхний мостик. I – междудонное пространство; II – трюм; III – второй твиндек; IV – первый твиндек; V – надстройка; VI – рубки.
Верхней палубой (или расчетной) называется палуба, составляющая верхний пояс поперечного сечения прочной части корпуса судна. Название остальных палуб дается от верхней палубы, считая вниз, в зависимости от их местоположения (вторая , третья и т.д.) или эксплуатационного назначения- (грузовая, жилая, коммунальная и т. п.). На двухпалубных судах палубы называются верхней и нижней: на трехпалубных – верхней, средней, нижней ит . д.
Палуба, идущая над днищем на протяжении некоторой части длины судна и конструктивно связанная с ним, называется вторым дном . На наливных судах второе дно делается только в районе машинно-котельных отделений. Образовавшееся по высоте пространство между днищем и настилом второго дна называется междудонным пространством и используется для размещения жидких грузов, таких, как жидкое топливо, вода, смазочное масло, водяной балласт и т. п.
Палубы, расположенные вверх от верхней палубы, носят название в соответствии с назначением: прогулочная шлюпочная плуба и т. п., за исключением палубы над рулевой рубкой, которая называется – верхний мостик (рис.32).
По длине корпус разделяется прочными водонепроницаемыми поперечными переборками, образующими водонепроницаемые помещения, которые называются отсеками. Минимальное количество таких отсеков определяется в соответствии с требованиями непотопляемости судна. Помещения, расположенные над вторым дном и предназначенные для размещения в них сухих грузов, называются трюмным и отсекам и или трюмами . Отсеки, в которых размещены главные силовые или котельные установки, соответственно называются машинными или котельными отделениями. При расположении машинного отделения в средней части судна, а части грузовых трюмов – в корму от них, для ограждения линии гребного вала, идущего от машины к гребному винту, делается туннель гребного вала.
Всякая емкость, образованная конструкциями корпуса и предназначенная для размещения в ней жидкого груза, называется цистерной.
Емкость для жидких грузов, размещенная вне второго дна, называется диптанком . Танкам и называются отсеки на наливных судах, предназначенные для перевозки жидких грузов. Отсеки в зависимости от расположения их по длине судна носят специальные названия. Концевой – первый отсек от форштевня называется форпиком , а первая поперечная водонепроницаемая переборка называется форпиковой или таранной. Последняя перед ахтерштевнем поперечная водонепроницаемая переборка называется ахтерпиковой , а отделяемый ею до кормового образования отсек называется ахтерпиком .
В форпике размещается специальное помещение, называемое цепным ящиком, в котором хранятся якорные цепи. В ахтерпике, имеющем в нижней части узкое пространство, вызванное формой кормы корпуса, проходит дейдвудная труба, через которую гребной вал выходит из корпуса судна наружу. Нижние части форпика и ахтерпика, сверху перекрытые платформами, обычно используются как балластные цистерны, при помощи которых создается или устраняется дифферент судна.
Узкие отсеки, отделяющие цистерны от остальных помещений, называются коффердамами , они должны быть пустыми, хорошо вентилируемыми и удобными для осмотра образующих их переборок. На танкерах их иногда заполняют водой во избежание скопления в них взрывоопасных газов.
Для разделения корпуса судна по ширине в некоторых случаях ставят прочные водонепроницаемые продольные переборки. На наливных судах продольные переборки ставят для уменьшения момента инерции свободной поверхности жидкости, оказывающей влияние на остойчивость судна.
Продольные переборки ставятся и для выделения бортовых цистерн, в которых размещается топливо, вода или прочие жидкие грузы.
Выгородками на судне называются всякие легкие водопроницаемые переборки, разделяющие помещения. Шахтам и называются отсеки, ограниченные вертикальными переборками, проходящими через несколько палуб, и не имеющие горизонтальных перекрытий. Могут быть шахты светлого люка, машинно-котельные, вентиляционные, грузовые, запасных выходов и т. п.
Надстройкой называется закрытое сооружение на верхней палубе, простирающееся от одного борта до другого или не доходящее до бортов на расстояние, не превышающее 0,04 ширины судна. Надстройки увеличивают общую вместимость судна при основных его размерениях, повышают высоту надводного борта, улучшая одно из мореходных качеств судна – непотопляемость, а также всхожесть на волну, уменьшают заливаемость палубы и т. п.
Носовая надстройка , идущая от форштевня в корму, называется баком , а кормовая , идущая от кормового образования в нос, – ютом. Бак и ют улучшают непотопляемость судна в случае затопления отсеков, создающих дифферент судна. При расположении машинно-котельных отделений в корме судна ют улучшает их защиту от попадания воды.
Полубаком или полуютом называются концевые надстройки, имеющие высоту менее допускаемого междупалубного расстояния, в этом случае верхняя палуба идет не по всей длине судна, а начинается или оканчивается у торцевых переборок этих надстроек или с наклоном поднимается на эти надстройки, переходя в палубы полубака или полуюта.
Средней называется надстройка, расположенная посредине длины судна или сдвинутая в нос или корму. Она защищает во время качки от заливания водой наиболее важные помещения судна: пассажирские и жилые помещения, машинно-котельные отделения, командные посты и т. д.
Если протяженность надстроек не превосходит 15% длины судна, то их принято называть короткими, а если протяженность надстроек превосходит эту длину, то их считают длинными.
Рубкой называется всякого рода закрытое помещение на верхней или вышележащих палубах надстроек, продольные наружные переборки которого не доходят до бортов основного корпуса судна на расстояние более 0,04 ширины судна.
Мостиком называется узкая поперечная платформа, идущая поперек судна с одного борта на другой. Обычно на мостиках расположены легкие рубки со средствами управления судном на ходу. Свое название мостики носят в соответствии с расположенными на них помещениями.
Часть мостика, выдающаяся в сторону наружного борта за продольные наружные переборки расположенной под ним рубки, называется крылом мостика.
Фальшбортом называется сплошное ограждение открытой палубы, выполненное из листового материала. Он служит для крепления находящихся на палубе грузов и предотвращения смывания за борт находящихся на ней предметов. На верхней торцевой кромке фальшборт обделан горизонтальной полосой, называемой планширем. Обшивка фальшборта подкрепляется косыми стойками, которые называются контрфорсами (рис. 33). По длине фальшборта делаются отверстия для быстрого стока воды, попавшей на палубу с накрывшей ее волной.
Рангоутом называются круглые деревянные или стальные трубчатые части вооружения судов, расположенные на открытой палубе и предназначенные для несения сигналов и конструкции приборов связи (антенны всех видов радио и радиолокации), для размещения и крепления своего вооружения или служащие опорами для грузовых устройств (подвеска и раскрепление грузовых стрел). К рангоуту относятся: мачты, стеньги (продолжение мачт по высоте), а к его вооружению: стрелы, реи, гафел и и т. п.
Верхняя часть мачты, называемая топом, заканчивается шаром или специальной наделкой, называемой клотиком. В некоторых случаях для обеспечения устойчивости мачт, в особенности при качке судна, их раскрепляют тросами , которые в зависимости от направления, называются: вантами, когда они раскрепляют мачты в плоскости шпангоутов, и штагами, когда они поставлены по диаметральной ПЛОСКОСТИ судна.
Рис. 33. Фальшборт. 1 – обшивка фальшборта; 2 – планширь; 3 – стойка фальшборта (контрфорс); 4 – продольное ребро жесткости; 5 – холостая стойка.
Первая от форштевня мачта на судне называется фок-мачтой, вторая – гротмачтой, третья – бизаньмачтой, четвертая – второй бизанью и т. д.
Такелаж – наименование всех тросов, составляющих вооружение отдельных мачт. Такелаж, служащий для удержания или постоянного раскрепления рангоута в надлежащем положении, называется стоячим , а весь остальной такелаж, который может передвигаться (скользить по блокам),-переменны м ил и бегучим, с его помощью выполняют работы, связанные с тягой, выбиранием и травлением.
Дельными вещами называют унифицированные или стандартные изделия, которые являются не составной частью корпуса судна, а частью его оборудования, необходимого для эксплуатации судна и нормальных условий обитаемости. К ним относятся: судовые двери, необходимые для доступа с палуб в закрытые помещения; горловины или крышки люков – для закрытия отверстий в палубах; иллюминаторы, окна и светлые люки – для естественного освещения судовых помещений; судовые трапы – для сообщения между палубами или схода за борт; петли, задрайки, крючки и прочие изделия.
§ 17. Архитектурные типы судов
Основной архитектурный тип судна определяется формой основного корпуса и его оконечностей, числом надстроек и рубок и их расположением на судне, размещением машинно-котельных отделений, расположением палуб, рангоута, дымовых труб и т. п. и их общим архитектурно-эстетическим оформлением, в совокупности обусловливающими общий вид судна.
Внешний вид судна не создается искусственно, а зависит от его основного назначения. Формы судна должны быть рациональными, в максимальной степени отвечающими его назначению. Развитие науки судостроения изменило архитектурный облик судна: от пароходов неуклюжих форм с вертикальными форштевнями, развитыми угловыми надстройками и т. п. перешли к современным судам, имеющим легкий и изящный вид.
В основу современной архитектурной композиции судна кладутся линии его корпуса, приспособленного для движения по воде. Главной линией, определяющей внешний облик судна, является бортовая линия, образуемая пересечением поверхностей борта и верхней палубы или верхней кромки фальшборта.
Кроме скорости хода и мореходных качеств, на архитектуру современного транспортного судна оказывают влияние элементы и конструкции, обеспечивающие сокращение времени погрузочно- разгрузочных операций на стоянке судна в порту.
СЛОЖНУЮ задачу представляет согласование надстроек с основным корпусом на пассажирских судах, внешний вид которых должен быть в максимальной степени эстетичен. Сдвиг надстроек надводного судна к носу и вписывание его контура в выпуклую каплевидную огибающую кривую со скругленным переходом от верхней палубы к форштевню (наподобие старой подводной лодки) создает впечатление нединамичности, чрезмерной перегруженности носовой оконечности надстройки, как бы стремление судна к дифференту на нос и зарыванию в волну.
Если же судно имеет подчеркнутую седловатость, согласованную с ней форму штевней и компоновку надстроек, облегчающие оконечности судна, и силуэт всех сооружений, находящихся выше верхней палубы, вписывается в плавную кривую, приближающуюся к трохоиде (форме волны), то внешний вид судна создает впечатление легкости, изящества и хорошей мореходности (рис. 34).
Для создания такой формы судна следует надстройки располагать ступеньками. Такое расположение и технически целесообразно.
В настоящее время появилась возможность помещения, расположенные выше верхней палубы (особенно на пассажирских судах), выполнять со сплошным остеклением, что придает надстройкам легкость и изящество.
Трубы – завершающая архитектурная деталь, они органически связаны с комплексом надстроек и создают эффект устремленности вверх, отчасти возмещая недостаток вертикальной устремленности, из-за которого современные суда сильно проигрывают в стройности и легкости парусникам с их устремленным вверх рангоутом и парусами.
Рис. 34. Судно с волнообразной компоновкой надстроек.
На судне, имеющем красивый вид, должны быть продуманы и остальные детали: размещение и наклон мачт, их гармония с наклоном фронтальных стенок надстроек, наклоном оси дымовых труб, ритмичность вертикальных линий силуэта судна и т. д.
Современные растущие эстетические требования к судам заставляют специалистов-архитекторов заниматься вопросами судовой архитектуры на самых ранних стадиях проектирования судна.
Украшать уже спроектированное судно чисто декоративными средствами, исправлять его внешний вид нерационально, а зачастую невозможно. Чтобы найти более совершенные технические и эстетические решения, необходимо иметь знания технической эстетики, истории развития архитектурных типов судов, путей развития современного судостроения.
Если рассмотреть по всем рассмотренным признакам современные суда, то можно установить основные их архитектурные типы (рис. 35):
1) трехостровное судно, имеющее три надстройки, расположенные по длине судна в виде выступающих «островов»: в носу (бак), в средней части корпуса (средняя надстройка) и в корме (ют). В большинстве случаев сухогрузные суда являются судами такого типа;
2) двухотровное судно – судно с баком и ютом, с силовой установкой, расположенной в корме. Судами такого типа часто бывают танкеры и суда для перевозки сыпучих грузов:
3) судно с удлиненным баком . Удлинение носовой надстройки увеличивает всхожесть судна на волну, повышая этим мореходные качества судов, работающих в тяжелых морских условиях. К судам такого типа относятся боевые корабли, спасательные суда и т.п.;
4) судно с удлиненным ютом. Наиболее распространенный тип промысловых судов, на которых промысловое устройство и вооружение, расположенное в носовой части корпуса, изолировано от общесудовой службы и помещений для переработки продукции промысла;
Рис. 35. Архитектурные типы судов. 1 – трехостровное; 2 – двухостровное; 3 – с удлиненным баком; 4 – с удлиненным ютом; 5 – квартердечное судно; 6 – со сплошной надстройкой (шельтердечное судно); 7 – гладкопалубное судно с минимальным надводным бортом.
5) квартердечное судно – с приподнятой на 0,8-1,0 м кормовой частью верхней палубы. Судами такого типа наиболее часто являются промысловые суда, работающие в тяжелых морских условиях. Силовая установка, жилые и служебные помещения на этих промысловых судах расположены в корме;
6 ) судно со сплошной надстройкой по всей его длине. Верхняя палуба на этих судах, являющаяся палубой надстройки, конструктивно выполняется прочной и до нее доводятся прочные поперечные переборки. Судно с такой надстройкой является двухпалубным судном с избыточным надводным бортом. Увеличение объема внутренних помещений вызывается необходимостью перевозки грузов с малым удельным весом и с большим объемом, таких, как бочки (компактно не укладывающиеся), хлопок и т. п. или для размещения обрабатывающих заводов, лабораторий и прочих помещений;
7) шельтердечное судно – тип судна со сплошной надстройкой, главной палубой которого является вторая палуба, отчего судно имеет минимальный надводный борт. В верхней палубе этих судов и в переборках сплошной надстройки сделаны специальные, так называемые обмерные отверстия, не имеющие прочных,закрытий, обеспечивающих их водонепроницаемость, что снижает безопасность плавания такого судна. В наружных бортах этих надстроек для обеспечения выполнения грузовых операций в горизонтальном направлении с применением контейнеров и треллеров делаются закрывающиеся отверстия, называемые портами.
Помещения, которые ограничиваются главной и верхней палубой, на таком судне исключаются из регистровой вместимости (с целью уменьшения налоговых сборов с судна) и вместе с тем используются для перевозки грузов. Эта особенность повышает рентабельность таких судов.
§ 18. Расположение судовых помещений
Расположение судовых помещений зависит от назначения судна и той функции, которую эти помещения должны выполнять.
Расположение и габариты судовых помещений регламентируются различными требованиями наблюдающих организаций, выполнение которых при постройке гражданских судов обязательно. Согласно этим правилам каждому члену экипажа должны быть обеспечены разумный комфорт, удобства для индивидуального отдыха. Так, командный состав на отечественных судах должен размещаться в одноместных каютах, а помещения старшего командного состава должны включать рабочий кабинет и индивидуальные санитарные помещения с ванной или душем. Для рядовых членов экипажа каюты должны быть не более двухместных при обязательном соблюдении лимитированных правилами норм кубатуры (не менее 4,0 м? ), площади (в пределах 1,8-4,2 м? ), оборудования, освещения, отопления и вентиляции на одного человека. Высота жилых помещений «в свету» (расстояние от нижней кромки зашивки подволока до верхней кромки настила палубы) должна быть не менее 2,0 м, а на малых судах- 1,85 м. Размещение кают, как правило, предусматривается в надстройках, в средней части судна.. Размещение кают в носовой части судна запрещено.
Жилые помещения команды должны быть расположены на кратчайшем пути к служебным помещениям, проходящем по возможности в закрытых проходах. Двери из жилых помещений должны выходить в закрытые коридоры, которые при выходе на открытую палубу имеют две двери. Помещения коридоров, ограниченные этими дверями, называются тамбурами.
Проходы через палубы должны иметь или люковые крышки, или специальные тамбуры, герметически разобщающие палубы. Кроме основного выхода из любого помещения на судне должен быть предусмотрен запасный выход, обеспечивающий проход на открытую палубу.
На кораблях, где личного состава значительно больше, чем на гражданских судах, матросы размещаются по принципу однородности их службы, в многоместных помещениях, называемых кубриками.
По требованиям противопожарной охраны всякое судно должно иметь надлежащую конструктивную противопожарную защиту; кроме деления корпуса водонепроницаемыми переборками на отсеки для обеспечения непотопляемости, судно должно еще быть разделено на противопожарные зоны прочными, непроницаемыми переборками с огнестойкой изоляцией и с автоматически перекрывающимися проходами через них. При таком делении судовых помещений в случае возникновения пожара огонь не сможет распространиться по всему судну, люди, без паники в кратчайшие сроки могут быть эвакуированы в безопасную зону и огонь будет быстро ликвидирован сосредоточенными усилиями при использовании всех средств противопожарной обороны судна, вплоть до применения химических средств тушения огня (которыми при наличии в районе пожара посторонних людей пользоваться запрещено).
Основными помещениями, обеспечивающими назначение транспортного судна, являются грузовые трюмы и твиндеки . Погрузка груза в них производится через грузовые люки в палубах, огороженных комингсами, перекрывающимися специальными крышками или щитами – лючинами. Погрузка в танкеры жидких грузов происходит через грузовой трубопровод.
Для пассажирских судов основными помещениями являются пассажирские каюты , которые располагаются в междупалубных помещениях и в надстройках. Эти каюты оборудуются спальными местами, санитарными и другими помещениями в соответствии с классом. К высшему классу относятся каюты люкс, состоящие из гостиной, кабинета, спальни и отдельного санузла. К пассажирским помещениям, кроме кают, следует отнести также обслуживающие пассажиров холлы, лестницы, залы, салоны (концертный, танцевальный, курительный и т. п.), библиотеки, киоски (почтовый, сувенирный и т. п.), рестораны, буфеты, бары, спортивные палубы, бассейны, прогулочные палубы и т. д.
Помещения расторанов, являющиеся одним из самых парадных на судах, обычно отделываются с особым вниманием так, чтобы они создавали у посетителей хорошее эстетическое впечатление, чувство уюта и покоя. Отделка помещений на советских судах во многом отличается от отделки помещений на зарубежных судах, например отсутствием излишнего украшательства и утяжеляющих форм.
Все прочие судовые помещения являются типовыми и объединяются в следующие группы:
посты управления – помещения, в которых расположены главные навигационные приборы и оборудование для управления судном, судовые радиоустановки, станции пожаротушения и т. п. Эти помещения включают: рулевую, штурманскую, радиорубку, помещение гирокомпаса и др.;
жилые помещения: каюты экипажа и обслуживающего его или пассажиров персонала, каюты для медицинского обслуживания (амбулатория, лазарет, изолятор для больных, аптека), коридоры, вестибюли и тамбуры, примыкающие к этим помещениям;
общественные помещения – салоны, кают-компании столовые, красные уголки, библиотеки, кинозалы и пр.;
санитарно-гигиенические помещения – туалетные, гальюны, умывальные, душевые, ванны, бани, прачечные, закрытые бассейны и т. п.;
служебные помещения , состоящие из хозяйственных помещений, которые на судах обычно предусматривают раздельными для команды и пассажиров: заготовительные, камбузы, хлебопекарни, буфетные, посудомоечные, кладовые (мокрой и сухой провизии), рефрижераторные (кладовые для скоропортящихся продуктов), а также сушилки, гладильные, пошивочные мастерские, почтовые отделения и т. п.;
кладовые : фанарные, малярные, шкиперские и др.;
машинные помещения – машинное и котельное отделения, в которых расположены главные силовые установки, помещения вспомогательных механизмов – электростанции, преобразователи электрического тока, аккумуляторные, помещения вспомогательных котлов, насосов, компрессоров, станций размагничивания и т. п.;
грузовые помещения для перевозки на пассажирских судах: багажа пассажиров, личных автомашин, срочных почтовых грузов, а на грузовых судах – генеральных, сыпучих или жидких грузов. Этими помещениями в соответствии с характером груза являются: твиндеки, трюмы и танки.
Вместо обшивки трюмов изнутри, по бортам трюмов устанавливаются рыбинсы – деревянные брусья – обычно сечением 50 X Х200 мм, расположенные горизонтально на расстоянии 250 мм друг от друга на закладных планках-гнездах, прикрепленных к шпангоутам. Рыбинсы используют также и в качестве закладных досок в продольных разделительных переборках, устанавливаемых в трюмах на время перевозки в них сыпучих грузов для предотвращения перемещения груза при качке судна.
Такие разделительные переборки называются шифтинг-бордсами. Конструкции шифтинг-бордсов состоят из вертикальных стоек, коробчатых профилей, в которые закладываются доски (или используются рыбинсы). При большой длине трюмов дополнительно устанавливаются съемные пиллерсы такого же профиля, как и основные стойки.
На всех судах автономного плавания должна быть предусмотрена биологическая защита жизненно важных судовых помещений, к которым относятся: служебные и хозяйственные помещения с провизионными кладовыми и цистернами питьевой воды, медикосанитарные помещения и специальные помещения, оборудованные для противохимической обработки людей. Эта защита заключается в создании герметизации помещений с повышенным давлением, для предотвращения попадания наружного зараженного воздуха при прохождении судном зоны радиоактивного заражения. Питание этих помещений воздухом должно осуществляться через специальную вентиляцию, имеющую воздушные фильтры, очищающие зараженный наружный воздух или работающие по замкнутому циклу с регенерацией (восстановлением) надлежащего состава воздуха.
Характерное общее расположение судовых помещений показано на чертеже общего расположения судна (рис. 36).
Рис. 36. Схема расположения архитектурных элементов на сухогрузном судде. 1 – форштевень; 2 – форпик; 3 – цепной ящик; 4 – таранная (форпиковая) переборка; 5 – трюмы; 6 – днище; 7 -растил второго дна; 8 – междудонные цистерны; 9 – поперечные переборки; 10 – коффердамы; 11 -горловины лазов; 12 – фундамент под котел- 13 – главный паровой котел; 14 – платформы; 15-главная судовая силовая установка; 16-главныи турбозубчатый агрегат, 17 – упорный подш и пни к; 18 – клинкетная дверь; 19 – туннель гребного вала; 20 – линия гребного вал а; 21 – рецесс; и – ах-терпиковая переборка; 23 – дейдвудная труба; 24 – ахтерпик; 25-ахтерштевень; 26 – ледовый шпор; 27 – гелъмпортовая труба; 28 – ют; 29 – флаг-шток; 30 – леерное ограждение; 31 – твиндеки; 32 – лючины (крышки) грузовых «люков; 33 – нижняя (вторая) палуба; 34 – комингсы грузовых люков; 35 – фалы; 36 – гафель; 37 – ванты; 38 – грот-мачта; 39 – фальшборт; 40 – планширь; 41 – верхняя палуба; 42 – наружные трапы; 43 – светлый люк; 44 – шахта светлого люка; 45 – кожух дымовой трубы; 46 -шлюпочная палуба- 47 – палуба надстройки; 48 – верхний мостик; 49 – нактоуз магнитного компаса; 50 – ходовой мостик; 51 – ходовая рубка; 52 – капитанская рубка; 53 – средняя надстройка; 54 – дымовая труба; 55 – штаг-карнак; 56 – клотик; 57 _ фок-мачта; 58 – фока-штаг; 59 – козырек; 60 – шкиперская кладовая; 61 – бак.
§ 19. Архитектура подводных кораблей и судов
Архитектура подводных кораблей и судов, обычно называемых подводными лодками, во многом отличается от архитектуры кораблей надводного плавания. Подводные суда гражданского назначения полностью повторяют архитектуру боевых подводных лодок. Различие между подводными и надводными кораблями объясняется, главным образом, средою, в которой они плавают. Если надводные суда только частью корпуса погружены в воду и в основном архитектурные элементы судна расположены над водой, то подводные лодки плавают в однородной среде, которой является вода. Средства выполнения их основных задач и основные архитектурные элементы судна скрыты под водой. Отработка эстетического внешнего вида подводных лодок имеет несоизмеримо меньшее значение по сравнению с отработкой формы обводов, обеспечивающих наилучшую обтекаемость полностью погруженного в воду тела. По этим соображениям форма корпуса в основном и определяет внешний вид и архитектурный тип подводных лодок.
Подводные лодки, в зависимости от типа энергетической установки, подразделяют на атомные, дизель-электрические, парогазо- турбинные, с двигателями, работающими по замкнутому циклу, и т. п.
Оптимальной формой подводной лодки является форма тела вращения малого удлинения, наиболее полно отвечающая требованиям к ее гидродинамическим качествам и обеспечивающая наибольшую прочность корпуса. Но эта форма не оправдывает себя при плавании лодки на поверхности воды.
В капиталистических странах в основном строят подводные лодки двух конструктивных типов: однокорпусные и двухкорпусные, только в отдельных случаях встречаются полуторакорпусные лодки (рис. 37).
Однокорпусные лодки имеют один прочный корпус, заканчивающийся в оконечностях конструкциями легкого корпуса, придающего лодке обтекаемость. Двухкорпусные лодки имеют по всей длине два корпуса – прочный и легкий, полностью облегающий первый и создающий обтекаемость всей лодки.
Архитектурные элементы зарубежных атомных подводных лодок значительно отличаются от архитектурных элементов дизель-электрических лодок (рис. 38).
Как правило, все атомные лодки имеют смешанную конструкцию: в средней части однокорпусные, а в носовой и кормовой оконечностях – двухкорпусные (с прочным и легким корпусами, имеющими форму концентрических окружностей). Дизель-электрические лодки строят одно, полутора- и двухкорпусными, с относительно развитыми надстройками и удлиненным легким корпусом, увеличивающим их устойчивость на курсе при плавании в надводном положении для зарядки аккумуляторов.
В оконечностях прочный корпус лодок ограничивается прочными плоскими или сферическими переборками с выпуклостью наружу.
По длине прочный корпус подразделяется несколькими плоскими прочными водонепроницаемыми поперечными переборками на ряд отсеков, в которых размещаются корабельные помещения.
Рис. 37. Схемы поперечного сечения подводных лодок: а – однокорпусная; б – полуторакорпусная; в – двухкорпусная. 1 – прочный корпус; 2- прочная рубка; 3- сходные люки; 4 – ходовой мостик; 5 – ограждения; 6 – верхняя палуба; 7 – доковый киль; 8 – надстройка; 9 – главные балластные цистерны; 10 – легкий корпус.
Эти переборки ограничивают распространение воды при затоплении отсеков лодки.
На дизель-электрических подводных лодках поперечные переборки обычно располагаются исходя из условий обеспечения надводной непотопляемости при затоплении одного отсека и прилегающих цистерн главного балласта с одного борта. Современные американские атомные подводные лодки, предназначенные для плавания преимущественно в подводном положении, при затоплении одного любого отсека как в подводном, так и в надводном положении непотопляемостью не обеспечены.
По высоте отсеки прочного корпуса разделяются платформами на несколько ярусов, число которых на атомных лодках доходит до четырех. Такое расположение помещений увеличивает полезную площадь платформ, приходящуюся на единицу объема лодки.
В средней части прочного корпуса дизель-электрических лодок установлены прочные рубки, сверху закрытые легкими водонепроницаемыми рубками, являющимися ограждением, и обтекателями выдвижных устройств. В верхней части легкой рубки оборудуется крытый ходовой мостик для 3-5 наблюдателей. Атомные лодки имеют лишь легкие рубки, для уменьшения веса изготовляемые из алюминиевых сплавов или из пластиков, армированных сталью.
Рис 38 Схема архитектурных элементов и общего расположения двух подводных лодок США: а – атомной типа «Итэн Аллен»; б – дизель-электрический типа «Балао». 1 – торпедные аппараты 2 -носовой торпедный отсек; 3 – жилые помещения; 4 – аккумуляторные батареи; 5 – центральныйпост(поступравления)6-поступравления ракетной стрельбой; 7-ракетный отсек; 8-помещение успокоителя качки 9-реакторный отсек 10 -отсек вспомогательных механизмов; 11 – отсек главных двигате – лей; 12 – кормовой торпедный отсек.
На дизель-электрических и атомных лодках-ракетоносцах надстройки расположены по всей длине лодки.
На атомных лодках, не имеющих вовсе надстроек, палубой служит верхняя часть прочного корпуса с нескользящим покрытием шириною около двух метров. Прочные рубки у них заменены выходной шахтой, представляющей собой вертикальный цилиндр или усеченный конус со средним диаметром около одного метра.
Современные подводные лодки отличаются очень большим диапазоном подводного водоизмещения: от сверхмалой подводной лодки США («Минисаб») водоизмещением 0,20 т до атомной подводной лодки Франции (Е-1) водоизмещением 9000 г, с расчетной глубиной погружения свыше 600 м, скоростью подводного хода около 30 узл, с неограниченным районом плавания и подводной автономностью 74 суток.
Совершенствование атомных энергетических установок открыло возможность использования судов подводного плавания в гражданском флоте. Экономическая целесообразность использования таких судов возрастает с ростом их водоизмещения. Впервые в мире в Советском Союзе используется бывшая подводная лодка ВМС, переоборудованная для научно-промысловых целей.
Гражданские подводные лодки можно подразделить на грузовые, пассажирские и научно-исследовательские. К первому можно отнести спроектированные за рубежом атомные подводные транспортные суда, а к пассажирским подводным судам – уже эксплуатируемую прогулочную лодку «Огюст Пикар», плавающую в Женевском озере в Швейцарии. Научно-исследовательскими подводными лодками, применяющимися для глубоководных научных исследований, можно считать американские «Алюминаут» и «Элвин», а также японские «Иоммури» и «Куросио».
Глава V. Материалы, применяемые в судостроении
§ 20. Общие сведения о материалах
В судостроении находит применение большое количество материалов, основными из которых следует считать металлы, дерево и пластмассы. Каждый из применяемых материалов обладает определенными химическими, физико-механическими и технологическими свойствами, которые имеют решающее значение при определении их использования в судостроении.
Эти свойства, в соответствии с техническими условиями, должны быть достигнуты при изготовлении материалов и учтены при создании судовых конструкций.
Каждая поставляемая на судостроительный завод партия материала, несмотря на сопровождающие его документы – сертификаты, удостоверяющие его качество, на заводе вновь проходит химические, механические и технологические испытания.
В металлическом судостроении основным материалом для постройки корпусных конструкций служит сталь. В морском судостроении в основном применяют низколегированные стали, обладающие значительно повышенными прочностными характеристиками по сравнению с углеродистой сталью. Внедрение легированных сталей при равнопрочных конструкциях позволяет уменьшить собственный вес корпуса судна. Переход от клепаных конструкций к сварным, замена трудоемких и сложных крупногабаритных литых деталей (форштевней, ахтерштевней, кронштейнов, рулевых рам и пр.) сварными (из листового и профильного проката) и листосварными оказались возможными благодаря созданию новых марок сталей, которые хорошо свариваются и имеют повышенную прочность, а некоторые из них, кроме того, обладают высокими литейными качествами.
Одним из основных показателей механических качеств материала является предел текучести бT, который входит в расчетные формулы прочности судовых конструкций (и, следовательно, предопределяет их вес).
Для изготовления прочих, менее ответственных корпусных конструкций, применяют углеродистые судостроительные стали, чугун, легкие сплавы, цветные металлы, пластмассы и т. п.
§ 21. Металлические материалы
В судостроении применяются черные металлы, в первую очередь углеродистые стали, обладающие пластичностью, хорошо свариваемые и противостоящие коррозии от воздействия соленой воды.
Стали. Применяют углеродистые судостроительные стали марок ВМСт. Зсп и С. Индексы означают: В – группа стали, которая характеризуется различными механическими свойствами и химическим составом; М – сталь изготовляется в мартеновских печах; сп – спокойная плавка; С – судостроительная сталь. Предел текучести этих сталей бT = 240 кГ/мм2. Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14-0,22%), а также вредных примесей серы и фосфора (не более 0,05%). Известно, что сера придает металлу красноломкость, а фосфор – хладоломкость.
Применяются низколегированные судостроительные стали марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д и 10ХСНД с более высокими пределами текучести бT = 300-400 кГ/мм2 с низким содержанием углерода (не более 0,12%) и добавками марганца, кремния, хрома, меди и никеля.
Стали поставляются металлургической промышленностью в виде листового проката толщиной от 4 до 32 мм и профильного проката. Длина поставляемых листов до 8000 мм, ширина-до 2500 мм.
В судостроении ковкой преимущественно изготовляют мелкие детали (штыри, леерные стойки, коуши и т. п.). Судовые поковки изготовляют из-углеродистой или легированной стали. К сталям с особыми физическими или физико-механическими свойствами относятся:
1) нержавеющая сталь, обладающая высокой сопротивляемостью коррозии. В ее составе характерно содержание не менее 12% хрома, способствующего образованию на поверхности стойкой окисной пленки, предохраняющей сталь от окисления. Эта сталь хорошо сваривается и позволяет получать прочные, устойчивые к коррозии детали. Нержавеющая сталь в морском судостроении используется как заменитель цветных металлов и сплавов для изготовления облицовки гребных валов, лопаток турбин и т. п.;
2) немагнитная сталь обладает слабой магнитной проницаемостью. Это достигается высоким ее легированием, при котором в состав стали вводятся никель и марганец. При добавлении в эту сталь свыше 13% хрома она приобретает дополнительные свойства стойкости против коррозии и кислотостойкости. Немагнитная сталь в судостроении применяется для изготовления корпусов и элементов навигационных приборов, оборудования и т. п.;
3) плакированная сталь – конструкционная углеродистая или низколегированная сталь, покрытая тонким слоем нержавеющей стали. Такая сталь, обладая высокой прочностью основного материала, является коррозионностойкой и вместе с тем позволяет экономить дорогой и дефицитный никель;
4) жароупорная сталь, легированная хромом, кремнием и алюминием, не окисляется и, благодаря введению молибдена, вольфрама, ванадия и прочих примесей, обладает высоким сопротивлением механическим нагрузкам во время работы при высоких температурах;
5) износоустойчивая сталь содержит 1,0-1,3% углерода и 11,0-14,0% марганца, применяется для изготовления способом фасонного литья деталей, работающих на износ под давлением, таких, например, как детали землечерпательных ковшей, драг и т. п.
Чугуны. В судостроении широко используется серый чугун благодаря его хорошим литейным качествам и относительной легкости механической обработки. Чугунные отливки дешевле стальных и применяются для изготовления гребных винтов, кнехтов, деталей судовых устройств, дельных вещей и т. д.
Широкое применение в судостроении получили и модифицированные чугуны, в состав которых вводятся примеси-модификаторы (силикокальций, ферросилиций, силикоалюминий и т. д.), повышающие механические свойства отливок. Из этого чугуна изготовляют рамки иллюминаторов, гребные винты, цилиндрические втулки и прочее.
Ковкий чугун, являющийся разновидностью серого чугуна, получается путем длительной термической обработки (отжига), отливок из хрупкого белого чугуна. Благодаря такой обработке чугун получает некоторую пластичность – ударостойкость и меньшую хрупкость при механическом воздействии. Детали из ковкого чугуна широко применяют в судовых системах.
В судостроении применяются следующие цветные металлы.
Алюминий и его сплавы получили широкое применение благодаря малому удельному весу (26-28 г/см?), относительной прочности (бв до 470 кг/мм?), а также немагнитности и легкости обработки и т. п.
Введение в алюминиевые сплавы магния, марганца, кремния, меди, железа и других компонентов (от 1,5 до 20%) изменяет их механические и технологические свойства.
Дюралюминий – алюминиево-медный сплав, термически обработанный, превосходит по прочности даже некоторые стали, но из-за низкой коррозионной стойкости он находит ограниченное применение в судостроении.
Присадки кремния, магния, меди и цинка улучшают некоторые качества алюминия, например литейные, прочность, твердость, но одновременно и ухудшают его пластичность, коррозионную стойкость и т. д.
Медь и ее сплавы. Мед ь в судостроении применяется почти исключительно для изготовления трубопроводов в специальных системах, в электротехнике или как декоративный поделочный материал.
Бронза представляет собой сплав меди и олова, марганца, железа и других элементов. Кроме оловянистых бронз, применяют и безоловянистые, представляющие собой сплавы меди с алюминием и другими металлами без добавления олова, которое является дефицитным и дорогим металлом.
Бронзы отличаются высокой антикоррозионной стойкостью и применяются преимущественно для изготовления ответственных отливок, работающих на трение в морской воде. Из бронзы изготовляют арматуру, детали судовых устройств, втулки, муфты и т. г
Латунь – сплав меди с цинком. Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Содержание в латуни около 30% цинка делает ее максимально пластичной, а около 45%-максимально прочной.
Латунь хорошо прокатывается и куется. Из нее изготовляют поделочные листы и прутки, трубы, прессованные детали сложной конфигурации и прочие детали, получаемые литьем, прокатом, ковкой, штамповкой и прессованием и предназначенные для работы в воде, влажном воздухе и других агрессивных средах.
Антифрикционные сплавы изготовляют на основе олова, свинца и алюминия. Эти сплавы применяют в судостроении для заливки подшипников скольжения, которые характеризуются малым коэффициентом трения, высокой пластичностью, минимальным износом и нагревом.
Титан и его сплавы являются новейшими прогрессивными конструкционными материалами. Они характеризуются высокой прочностью, пластичностью, малым удельным весом (45 г/см?), высокой температурой плавления и большой антикоррозионной стойкостью.
Легирующие добавки к титану – алюминий, хром, марганец, ванадий, железо, молибден и олово – значительно повышают прочность сплава.
Титановые сплавы хорошо свариваются электросваркой в атмосфере аргона или гелия. Титановые сплавы куются, штампуются и прокатываются, что позволяет изготовлять из них и профильные материалы.
Титан и его сплавы пока относительно дорогие материалы, но по мере совершенствования технологии их производства стоимость их быстро снижается, и эти материалы все шире применяют в судостроении для изготовления особенно ответственных деталей корпуса и его элементов.
§ 22. Неметаллические материалы
Лесоматериалы находят широкое применение в судостроении из-за небольшого объемного веса, достаточной прочности, легкости обработки и невысокой стоимости. Из дерева изготовляют корпуса некоторых судов, настилы палуб, детали обрешетника под изоляцию другими материалами, обшивку переборок и выгородок, подушки под механизмы, детали оборудования и многое другое. Древесиной дорогих пород, имеющей красивое строение, отделывают парадные помещения. Вес применяемой древесины достигает 15% от веса корпуса.
Все древесные породы делятся на хвойные и лиственные . Из хвойных пород в судостроении применяются сосна, лиственница, кедр, пихта, ель, из лиственных – красное дерево, тик, ясень, береза, дуб и др. Наилучшими породами древесины являются красное дерево, тик, сосна, кедр, лиственница, ясень.
Особый интерес представляет бакаут – твердая тяжелая древесина, которая особенно ценится как материал для изготовления вкладышей дейдвудных подшипников, работающих в воде без смазки.
Красное дерево, тик и бакаут, хорошо зарекомендовавшие себя в судостроении, поступают для отечественного судостроения как импортные товары, поэтому требуют особенно бережного использования.
Для защиты древесины от гниения ее пропитывают специальными растворами, называемыми антисептиками, а для увеличения ее огнестойкости – антипиренами.
Пластические массы, или пластики, изготовляют на основе высокомолекулярных органических веществ, называемых смолами. Смолы являются главными связующими веществами и могут иметь вид жидкости, густой пластической массы и твердого вещества. По происхождению они могут быть естественными (например копалы, шеллак, сандарак, канифоль, природный асфальт и др.) и синтетическими, полученными в результате химических реакций из каменноугольного дегтя или из бензола и метилового спирта, органических кислот, аммиака и пр.
Применяемые в промышленности пластмассы представляют собой сложную механическую смесь, состоящую из многих компонентов, а также различных наполнителей, повышающих прочность пластмасс, ее термостойкость и прочие качества.
Добавление в некоторые смолы вспенивающих веществ делает пластмассы газонаполненными (пено- и поропласты). Такие материалы с очень малым удельным весом находят широкое применение в качестве тепло- и звукоизоляции судовых помещений. К недостаткам пластмасс относят невысокую теплостойкость, низкую теплопроводность и низкий модуль упругости. При температуре около 300° С они начинают разлагаться и обугливаться.
Изоляционные материалы применяют в судостроении для тепловой, противопожарной и противошумной изоляции. К этим материалам относятся: экспанзит (в виде плит, спрессованных из размельченной коры пробкового дуба или бархатного дерева); пробковая крупа (крошка), древесно-волокнистые и торфоизоляционные плиты, вермикулитовая противопожарная изоляция, пеностекло, стекловойлок, фольга алюминиевая, плиты из гофрированного винипласта и многие другие материалы. К ним предъявляются, кроме основных требований теплоизоляции, также требования не поддерживать горение, быть стойкими к воздействию влаги, для чего изоляция покрывается шпаклевкой и окрашивается. Чтобы защитить изоляцию от механических повреждений и придать судовым жилым и служебным помещениям вид, отвечающий требованиям современной эстетики, места изоляции закрывают зашивкой, которая крепится на обрешетнике (деревянных брусках или металлических планках).
Покрасочные материалы применяют для покрытий судовых поверхностей. Покрытия принято разделять на антикоррозионные, декоративные и противообрастающие ; для покрытий используют масляные, смоляные и силикатные краски, лаки, синтетические краски. Для покрытия подводной поверхности корпуса применяют специальные химические краски.
Бетоны применяются для постройки корпуса судна, в судоремонте и при борьбе за живучесть судна во время аварийного повреждения корпуса. Для этих целей используют различные цементы (марок не ниже 500).
Бетон приготовляют из цемента, пресной воды и заполнителей (песок, щебень и гравий) с введением различных добавок. Железобетон представляет собой монолит, изготовленный из бетона с арматурой из горячекатаных стальных прутков диаметром 3- 28 мм.
Для покрытия палуб применяются материалы, предохраняющие их от износа и коррозии, увеличивающие стойкость при ударах, создающие нескользящую поверхность и т. п. Для этого применяют: дерево, цемент и бетон, ксилолит, магнезиальную мастику, керамические плитки, разные мастики, асфальт, мрамор, пластмассы, резину, парусину, краски, металлические листы, асбошифер, асбоэбонит, стекло и прочие материалы.
§ 23. Коррозия и эрозия металлов
Коррозией металлов называется их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой.
Химической коррозией называется процесс разрушения металлов без электрического тока, происходящий в среде сухих газов или в жидкостях, не проводящих электрический ток. Химической коррозии подвергаются поверхности корпусных конструкций при соприкосновении с перевозимыми нефтепродуктами, солью, углем и другими минералами.
Наибольшие коррозионные разрушения наблюдаются на танках, вмещающих светлые сорта нефтепродуктов – бензины, керосины и т. п.,- от воздействия на металл корпуса сернистых соединений и различных кислотных остатков, входящих в их состав.
Электрохимической коррозией является процесс разрушения металла при соприкосновении его с жидкостями, проводящими электрический ток (электролитами). Это разрушение происходит на границе между металлом и жидкостью и вызвано электрохимической реакцией, возникающей между ними, аналогично явлению, протекающему в гальваническом элементе. Таким электролитом по своему химическому составу является морская вода. Металлический же корпус судна, представляющий собой неоднородный по структуре материал, образует большое количество микрогальванических пар, являющихся анодами, с участков которых металл, корродируя, переходит в раствор.
В судостроении наибольшие потери металлов от корродирования происходят вследствие электрохимической коррозии, влияние на которую оказывает состав морской воды (наличие в пей солей и содержание кислорода).
Известно, что введение, например, в сталь легирующих элементов повышает ее антикоррозионную стойкость.
Рассматривая коррозионные разрушения корпуса, можно обнаружить следующую закономерность: наибольшему разрушению подвергается наружная обшивка корпуса в районах грузовой ватерлинии и действия гребных винтов, верхняя палуба у бортов, концевые поперечные переборки, палубы трюмов в районе льял, сварные швы и головки заклепок.
Методами борьбы с коррозией корпуса судна являются: выбор металла, обладающего наибольшей коррозионной стойкостью в определенных условиях эксплуатации судна; применение легированных сталей; нанесение на поверхность металла различных покрытий – гальванизация, металлизация и плакирование металлом (цинком, никелем, хромом и др.), лакокрасочные покрытия и установка электрохимической (катодной и протекторной) защиты, а также исключение контактов стальных конструкций с деталями из других сплавов, в первую очередь с цветными металлами.
Наиболее эффективным способом борьбы с коррозией судового корпуса является электрохимический способ , заключающийся в установке в районе предполагаемого коррозионного разрушения проекторов – металлических накладок из магниево-алюминиевого сплава или цинка, электрический потенциал которого ниже потенциала защищаемого металла. Этот способ основан на разнице электрических потенциалов металла (катода), подвергающегося коррозии, и протектора (анода).
Кроме коррозионного разрушения, на наружной обшивке в районе гребных винтов наблюдаются внешне схожие разрушения металла в виде скопления на поверхности углублений и язвочек. Такое разрушение называется эрозией металла.
Эрозия металла происходит от механического воздействия на поверхность металла быстродвижущихся частиц жидкостей, песчинок твердых тел, взвесей, газовых пузырьков и т. п. Интенсивность эрозионного разрушения зависит от однородности структуры и твердости металла. Для увеличения эрозионной стойкости в металл корпуса вводят легирующие компоненты, повышающие его прочность и антикоррозионную стойкость, производят поверхностное упрочение, закалку и проводят другие мероприятия.
Глава VI. Прочность судового корпуса и его конструкция
§ 24. Силы, действующие на корпус плавающего судна
На корпус плавающего по воде судна действуют постоянные и временные силы. К постоянным относятся статические силы, такие, как вес судна и давление воды на погруженную часть корпуса – силы поддержания. К временным следует отнести силы, появляющиеся при качке судна на взволнованной поверхности воды: силы инерции масс судна и силы сопротивления воды.
Силы, действующие на судно, плавающее на тихой воде, несмотря на равенство их равнодействующих, по длине корпуса распределяются неравномерно. Силы поддержания, как известно, распределяются по длине соответственно погруженному в воду объему корпуса и характеризуются формой строевой по шпангоутам. Силы же веса распределяются по длине корпуса в зависимости от расположения его элементов, таких, как переборки, надстройки, мачты, механизмы, установки, грузы и т. п. Фактически получается так, что на одном участке по длине корпуса силы веса преобладают над силами поддержания, а на другом – наоборот.
Рис. 39. Изгиб корпуса судна, вызванный неравномерным распределением действующих на него сил. 1 – кривая сил веса; 2 – кривая сил поддержания.
От непропорционального распределения по длине корпуса сил веса и сил поддержания возникает общий продольный изгиб корпуса судна (рис. 39).
При плавании судна на взволнованной поверхности на его корпус действуют силы поддержания, все время меняющие свою величину на отдельных участках длины судна. Максимального значения эти силы достигают тогда, когда судно идет курсом, перпендикулярным направлению волны, длина которой равна длине судна. При прохождении вершины волны у миделя, в средней части корпуса образуются избыточные силы поддержания с недостатком их в оконечностях. От неравномерного распределения сил поддержания в этом случае получается перегиб корпуса (рис. 40, а). Через короткий промежуток времени судно переходит на подошву волны, при этом избыток сил поддержания перемещается к оконечностям, отчего возникает прогиб корпуса (рис. 40, б).
Вследствие качки судна, возникшей на волнении, на корпус действуют силы инерции, оказывающие на него дополнительное воздействие, а во время плавания с большой скоростью против крупной встречной волны при ударе днищевой частью носовой оконечности о воду (явление слеминга) возникают дополнительно ударные или динамические нагрузки.
Рис. 40. Продольный изгиб судна на взволнованной поверхности воды: а -па вершине волны; б – на подошве волны.
§ 25. Понятие прочности судна
Прочностью судна называется способность его корпуса не разрушаться и не изменять своей формы под действием постоянных и временных сил. Различают общую и местную прочность судна.
Общей продольной прочностью корпуса судна называется его способность выдерживать действие внешних сил, приложенных по длине.
Общая прочность судна обеспечивается водонепроницаемой оболочкой, которой служит обшивка и верхняя палуба, настил других палуб, продольные переборки с подкрепляющими их конструкциями и всеми конструктивными связями, имеющими длину больше высоты борта.
Местной прочностью корпуса называется способность его отдельных конструкций противостоять дополнительному воздействию сил: главным образом давлению забортной воды и сосредоточенным нагрузкам.
Для обеспечения местной прочности отдельных конструкций предусматривают их специальное местное подкрепление.
Кроме прочности, конструкции судна должны обладать также устойчивостью, т. е. они не должны изменять своей формы под действием сжимающих усилий (например, не должно происходить выпучивания палуб, изгиба переборок и т. п.). Для обеспечения необходимой устойчивости конструкций на них устанавливают дополнительные ребра жесткости или другие какие-либо подкрепления.
Расчет общей прочности судна сводится к определению размеров его прочных связей и вычислению внутренних напряжений, возникающих в них под действием приложенных сил. Если возникающие напряжения не превосходят допускаемых для данного материала, то прочность судна обеспечена; если же -наоборот, то следует увеличить размеры связей и вновь произвести расчет прочности. Для такого расчета необходимо знать момент сопротивления поперечного сечения посредине длины корпуса судна.
В строительной механике корпус принимается как пустотелая составная балка сложной конструкции. Расчет такой балки сводится к вычислению момента сопротивления так называемого эквивалентного бруса , представляющего собой условную составную балку, отдельные части которой имеют площадь и расположение по высоте, аналогичные соответствующим элементам прочных связей корпуса, участвующим в обеспечении продольной прочности судна.
Приближенно наименьшее значение момента сопротивления определяется по формуле
где ? – коэффициент утилизации площади сечений, равный 0,5- 0,55;
F – площадь сечения продольных связей;
Н – высота борта судна. Внутренние напряжения бвн при изгибе балки, как известно, находят по формуле
где М – наибольший изгибающий момент по длине судна. Изгибающий момент зависит от водоизмещения и длины судна и выражается зависимостью
где k – коэффициент пропорциональности, изменяющийся в пределах от 20 до 40 в зависимости от типа судна.
§ 26. Системы набора корпуса судна
Конструкция всякого корпуса состоит из тонкой оболочки и подкрепляющих ее ребер-балок, образующих так называемый набор корпуса судна. Набор конструктивно расположен внутри корпуса, к нему своей внутренней стороной прилегает наружная обшивка и настилы палуб, скрепленные с ним сварными соединениями.
В соответствии с расположением элементов набора его разделяют на подпалубный, бортовой, днищевый и набор переборок. Конструкции, образованные набором с оболочкой, представляют собою основные связи судового корпуса, которые по их расположению разделяют на продольные и поперечнце связи.
К продольным связям относятся: обшивка корпуса, настил палуб и платформ, продольные переборки и все продольные балки набора.
К поперечным связям по аналогии следует отнести ту же обшивку, настил палуб и платформ, поперечные переборки и все поперечные балки набора.
Каждый из элементов этих связей выполняет определенную работу в общей конструкции корпуса. Наружная обшивка воспринимает непосредственно давление забортной воды, обшивка переборок-давление воды на одну сторону в случае затопления отсека или давление жидкости из граничащей с ней цистерны, а детали набора (продольные и поперечные балки) являются опорами для обшивки и переборок, они воспринимают действующие на них усилия и передают их на другие прочные части корпуса.
Система продольных и поперечных балок набора, перекрытых общей обшивкой или настилом, ограниченная жестким опорным контуром, образует так называемое корпусное перекрытие. В зависимости от преобладающего направления балок набора образуется определенная система набора корпуса судна.
В судостроении приняты разнообразные конструкции корпуса, обусловленные типом судна, условиями его эксплуатации и перевозимыми грузами, но все они в зависимости от главного направления балок набора могут быть отнесены к одной из четырех основных систем набора: продольной, поперечной, смешанной и комбинированной.
Продольной называется такая система набора корпуса, при которой балки главного направления расположены вдоль судна (рис. 41, а). Конструкции этого набора воспринимают изгибающие усилия, действующие вдоль продольной оси корпуса и обеспечивают прочность и устойчивость перекрытий в продольном направлении, с меньшей затратой металла, позволяя выиграть в весе корпуса. Элементы набора этой системы приведены на рис. 42. На рис. 43 видно, что детали продольного набора, по сравнению с набором по другим системам, занимают много места во внутренних помещениях судна, затрудняя размещение габаритных грузов.
Продольную систему набора применяют для судов с большим отношением длины к ширине, таких, например, как быстроходные или наливные суда.
Рис. 41. Системы расположения основного набора корпуса судна: а – продольная; б – поперечная; в – смешанная; г – комбинированная. 1- стрингеры; 2 – рамные шпангоуты; 3 – шпангоуты; 4- поперечные переборки; 5 – холостые шпангоуты (ледовое подкрепление); 6 – вертикальный киль; 7 – радиальные (поворотные) шпангоуты.
Поперечной называется такая система набора корпуса, при которой балки главного направления расположены поперек судна в плоскости шпангоутов (рис. 41, б).
Рис. 42. Элементы продольного набора корпуса. 1 – вертикальный киль; 2 – днищевые стрингеры – кильсоны; 3 – скуловой стрингер (междудонный лист); 4- бортовые стрингеры; 5 – подпалубные стрингеры – карлингсы.
Рис. 43. Поперечное сечение корпуса танкера с продольной системой набора: а – с плоскими продольными переборками; б – с гофрированными переборками (волнистый гофр); в – с гофрированными переборками (коробчатый гофр). 1, 2, и 3 – подпалубные, бортовые и днищевые ребра жесткости соответственно; 4 – днищевые кницы; 5 – вертикальный киль; 6 – флор; 7 – продольные переборки; 8 – рамный шпангоут; 9 – рамный бимс; 10 – карлингсы; 11 – подпалубные кницы.
Поперечная система набора применяется преимущественно на морских транспортных судах с малым отношением длины к ширине, у которых продольная прочность обеспечивается наружной обшивкой, настилом палуб и вертикальным килем.
К поперечной системе набора относятся элементы, показанные на рис. 44.
Смешанной называется такая система набора корпуса, при которой балки представляют собой сетку, выполненную из непрерывных и разрезных балок продольной и поперечной систем, расположенных в продольном и поперечном направлениях – с некоторым преобладанием поперечных балок (рис. 41, в).
По этой системе строят суда с относительным удлинением, предназначаемые для перевозки генеральных грузов.
Рис. 44. Сечение корпуса судна с поперечной системой набора. 1 – шпангоут рамный (усиленный); 2 – полубимс; 3 – бимс рамный (усиленный); 4 – бимс; 5 – бимсовая кница; 6 – шпангоут; 7 – скуловая кница; 8 – флор сплошной (непроницаемый); 9 – флор с вырезами; 10 – флор открытый (бракетный); 11- браке- ты; 12, 13 – верхние и нижние балки соответственно.
Комбинированной называется такая система набора корпуса, при которой балки продольной и поперечной системы представляют комбинацию для различных перекрытий (рис. 41, в) в зависимости от преобладающих в них нагрузок.
Там, где растягивающие или сжимающие усилия достигают максимального значения, например на палубах и на днище, ставят набор по продольной, а борта – по поперечной системе. Эта система позволяет наиболее рационально располагать элементы набора корпуса и при максимальной прочности судна достичь минимального его веса. Комбинированная система набора является наиболее прогрессивной и успешно применяется на больших морских судах, предназначенных для смешанных условий плавания (во льдах).
§ 27. Конструктивные элементы корпуса
Корпус всякого судна состоит из наружной обшивки и настила верхней палубы, изнутри подкрепленных продольными и поперечными переборками, палубами и платформами с их набором. Совместно со штевнями эти перекрытия образуют основной корпус. Наружная обшивка и настил верхней палубы образуют оболочку, препятствующую попаданию воды внутрь судна. Совместно с настилом прочих палуб и второго дна они одновременно являются основными связями, обеспечивающими общую продольную прочность судна, и опорными контурами перекрытий прочных переборок.
Рис. 45. Растяжка наружной обшивки и настила верхней палубы. I – стыки;II – пазы. 1 – горизонтальный киль; 2 – поясья днища; 3 – скуловой пояс; 4 – потеряй; 5 – бортовые поясья; 6 – ширстрек; 7 – фальшборт; 8 – палубный стрингер; 9 – настил палубы.
Наружную обшивку корпуса выполняют из листового материала, внутренней плоскостью крепящегося к кромкам набора. Листы обшивки своими длинными сторонами обычно располагаются вдоль судна, образуя по ширине и высоте корпуса поясья . Соединения поясьев между собой длинными горизонтальными кромками, идущими вдоль корпуса, называются пазами . Соединения листов поясьев короткими кромками, идущими поперек судна, называются стыками .
Чертеж растяжки наружной обшивки (рис. 45) представляет собой развертку наружной обшивки одного борта, построенную по длине периметра шпангоутов. Шпангоуты в средней части корпуса имеют большую длину, чем в оконечностях, поэтому ширина наружной обшивки, а соответственно и ширина поясьев обшивки у миделя больше, чем в оконечностях. Сужающиеся поясья обрываются потерями – листами обшивки, заканчивающимися, не доходя до штевней корпуса.
По длине растяжка наружной обшивки строится по проекции шпангоутов на ДП и равна длине судна, а не периметру его бортов, поэтому листы на растяжке не соответствуют истинной длине листов наружной обшивки.
Поясья, составляющие наружную обшивку днища и бортов, соответственно называются днищевыми и бортовыми.
Верхний пояс бортовой обшивки, притыкающийся к настилу верхней палубы, называется ширстреком , пояс, идущий по скуле корпуса, – скуловым , а пояс обшивки днища, расположенный на диаметральной плоскости,- горизонтальным килем (рис. 46).
Рис. 46. Расположение деталей наружной обшивки. 1 – горизонтальный киль; 2 – обшивка днища; 3 – скуловой пояс; 4 – обшивка борта; 5 – бортовой ширстрек; 6 – палубный стрингер; 7 – настил палуб.
Горизонтальный киль и ширстрек испытывают при продольном изгибе корпуса наибольшие напряжения как наиболее удаленные от нейтральной оси поперечного сечения корпуса. Обычно их усиливают, утолщая по сравнению с остальными поясьями обшивки или выполняя из материала более высокой прочности. На судах, предназначенных для плавания во льдах, поясья бортовой обшивки в районе ватерлинии (ледовый пояс), а также в оконечностях делают более усиленными.
Крайние поясья настила второго дна, идущие вдоль скулы и замыкающие по бортам отсеки двойного дна, называются междудонными листами или скуловыми стрингерами .
Главные продольные и поперечные переборки относятся к основным корпусным конструкциям. Продольные переборки участвуют в обеспечении общей продольной прочности, а поперечные – в обеспечении поперечной и местной прочности корпуса.
Переборки могут быть плоскими и гофрированными. Последние изготовляют из коробчатых или волнистых гофров из листовой стали. Гофрированные переборки имеют ряд значительных преимуществ перед плоскими: они легче (на 20-25% для больших судов), трудоемкость их изготовления на 10-15% меньше, упрощается использование трюмов с такими переборками и т. п.
Набор переборок выполняется из вертикально (стоек) или горизонтально расположенных балок, последние называются шельфами.
Форштевень является передней конструктивной деталью корпуса в виде балки, первой принимающей на себя удары при возможных столкновениях со льдами, плавучими предметами и т. п. Конструктивно форштевень выполняется так, чтобы воспринимаемые им усилия передавались на детали внутри судового корпуса. Форштевни, в зависимости от типа судна, изготовляют литыми, коваными и комбинированными: из литой стали и из обычного проката.
Ахтерштевень – мощная конструкция, которой заканчивается корпус судна. Кроме обеспечения прочности кормовой части корпуса, ахтерштевень поддерживает руль, защищая его при касании грунта кормой. На одновинтовых судах ахтерштевень удерживает дейдвудную трубу, которая проходит через него в специальной втулке, называемой яблоком.
Рис. 47. Ахтерштевень одновинтового судна. 1 – рудерпост; 2 – старнпост; 3 – яблоко старнпоста; 4 – подошва; 5 – пятка; 6 – рулевые петли; 7 – рога; 8 – линия притыкания наружной обшивки.
Конструкция и форма ахтерштевней зависят от количества и расположения гребных винтов и от формы кормового образования корпуса. Наиболее сложна конструкция ахтерштевня ледокола. При ходе ледокола назад на его ахтерштевень и перо руля действуют большие ударные нагрузки, для защиты от которых у верхней полки ахтерштевня делается специальный прилив, называемый шпорой.
Ахтерштевни изготовляются литосварными, чаще всего из нескольких частей, и литыми. Конструкция ахтерштевня состоит из деталей, показанных на рис 47.
Прочное соединение ахтерштевней с основными корпусными конструкциями осуществляется при помощи приливов, называемых хвостовиками, брештуков и ребер жесткости.
Кронштейны гребных валов являются опорами для концов гребных валов у винтов. Они разносят усилия от работы гребных винтов на основные корпусные конструкции. Изготовляются кронштейны литыми и значительно реже сварными, с одной или двумя лапами.
Мортиры двухвинтовых судов имеют вид трубы, выходящей из корпуса, внутри которой проходит гребной вал. Мортиры удлиненной конструкции одновременно выполняют и роль кронштейнов (рис. 48).
Фундаменты и подкрепления корпуса под различные установки, машины, механизмы и т. п. представляют собой прочные и жесткие опоры, передающие развиваемые усилия, большой вес и инерционные усилия, возникающие при качке судна, на прочные связи корпуса без вибрации.
Рис. 48. Кронштейн и мортира гребного вала.
§ 28. Конструкция корпуса подводных лодок
Конструкция корпуса подводных лодок имеет специфические особенности, обусловленные плаванием подводных лодок в воде на значительных глубинах, оказывающих большое давление на корпус.
Основными расчетными параметрами подводных лодок иностранные специалисты принимают:
а) рабочую, или оперативную, глубину – наибольшую глубину, на которую подводные лодки погружаются при эксплуатации;
б) расчетную, или разрушающую глубину, соответствующую гидростатическому давлению, которое принимается в расчетах прочности корпусных элементов;
в) испытательную, или предельную, глубину погружения. На эту глубину, несколько превышающую рабочую, американские подводные лодки погружаются во время проведения сдаточных испытаний.
По мнению иностранных специалистов, прочный корпус подводных лодок необходимо также рассчитывать на усталостную прочность с числом циклов «погружения-всплытия», равным 10 000- 30 000. Концентрация напряжений от гибки и сварки, коррозии, вибрации, растягивающих напряжений при всплытии корабля, когда возникает знакопеременный цикл нагрузки и т. п., может привести к текучести материала прочного корпуса в отдельных узлах, на глубинах, которые значительно меньше предельной. Про- изводится также проверка динамической равнопрочности элементов прочного корпуса подводной лодки или уточнение размеров отдельных корпусных конструкций в случае воздействия на лодку стандартного подводного взрыва.
Отношение расчетной глубины погружения к рабочей в иностранной литературе называется коэффициентом безопасности (аналогично отечественному понятию о запасе прочности).
Рис. 49. Конструкции поперечных сечений подводных лодок: а – однокорпусной; б – полуторакорпусной; в – двухкорпусной; г – многокорпусных. 1 – голландская подводная лодка «Дельфин» 2 – проект подводного танкера (США).
Коэффициент безопасности компенсирует возможные неточности при сложных расчетах и ряд принятых допущений. Зарубежные специалисты считают, что коэффициент безопасности следует выбирать таким, чтобы в случае провала в глубину на полной скорости лодка не могла бы превысить расчетную глубину погружения. При проектировании современных боевых подводных лодок американские специалисты считают возможным принимать коэффициент безопасности в пределах 1,5-2,0.
Американские экспериментальные подводные лодки рассчитаны на рабочую глубину погружения 600-960 м, а в перспективном проектировании подводные лодки рассчитываются на рабочие глубины, превышающие 4500 м.
Основным элементом конструкции подводного корабля является его прочный корпус, представляющий собою соединение круговых цилиндров или конических колец оболочки, называемых обечайками, подкрепленных поперечными ребрами жесткости – шпангоутами. В зарубежном подводном кораблестроении нашли применение также прочные корпуса с поперечными сечениями, имеющими вид овала и вертикальной или горизонтальной «восьмерки» (рис. 49).
Шпангоуты прочного корпуса имеют в сечении вид таврового профиля и поставлены внутри или снаружи корпуса. Наружный набор улучшает условия использования внутренних объемов и выполняет одновременно роль набора легкого корпуса. Для однокорпусных конструкций обычно применяют внутренние, а для двухкорпусных – наружные шпангоуты.
Поперечные водонепроницаемые переборки повышают устойчивость обшивки прочного корпуса и рассчитываются на равные с ним нагрузки. Как правило, применяются плоские поперечные переборки, полотнища которых подкреплены вертикальными стойками, опирающимися на прочный корпус и платформы.
Конструктивное оформление легкого корпуса, оконечностей подводных лодок, надстроек и ограждений выдвижных устройств рассчитывается на волновые нагрузки при плавании на водной поверхности (2,5-5 т/м?) или на взрывную нагрузку, которую принимают исходя из условия обеспечения равнопрочности всех конструкций лодки при подводном взрыве. Надстройки и ограждения выдвижных устройств некоторых атомных лодок ВМС США выполнены усиленными, исходя из возможности всплытия подводной лодки в битом льду или пробивки льда толщиной до 1 м.
§ 29. Способы соединения деталей корпуса судна
В судостроении существуют два основных способа соединения деталей корпусных конструкций: сварной и заклепочный. Первый способ – основной, лишь в отдельных конструкциях корпуса применяются заклепочные соединения. В судостроении главным образом применяется метод электросварки. Соединения, выполненные электросваркой, обладают большими преимуществами, по сравнению с соединениями, выполненными при помощи клепки. Внедрение электросварки позволило:
1) уменьшить вес сварных конструкций корпуса приблизительно на 20%;
2) улучшить непроницаемость корпусных соединений;
3) удешевить на 50% стоимость постройки судна и резко сократить ее сроки благодаря упрощению технологии сборки и сварки корпусных конструкций;
4) сократить операции изготовления деталей корпуса в корпусообрабатывающих цехах и, как следствие, снизить стоимость оборудования на судостроительных заводах;
5) резко уменьшить шум при судокорпусных работах в связи с ограничением применения клепальных работ и резкого сокращения чеканки, а также прирубочных и сверловочных работ, исключительно вредно отражающихся на здоровье рабочих.
Типы сварных соединений, в основном применяемые в судостроении, показаны на рис. 50. Расположение в пространстве сварных швов показано на рис. 51.
Сварные швы, кроме того, классифицируют в зависимости от способа выполнения и калибра шва (рис. 52).
Электросварной шов выполняется ручным, полуавтоматическим или автоматическим способом.
Рис. 50. Типы основных сварных соединений: а – встык; б – тавровые; в – угловые; г – соединение внахлестку.
При соблюдении режима сварочных работ швы получаются качественными, их прочность соответствует расчетной прочности. Основными пороками сварных швов являются: несоответствие размеров шва заданным, пористость шва, трещины, кратеры, непровар основного металла или его пережог и т. п.
Контроль качества сварных швов, в которых могут быть не- провары, шлаковые включения, трещины, раковины и другие дефекты, производится выборочно просвечиванием чаще гамма-лучами и реже рентгеновскими лучами и методом ультразвуковой или магнитной дефектоскопии.
Испытание сварных швов на плотность может производиться водяной струей под давлением или промазкой швов керосином, который легко проникает в микрометрические трещины и оставляет жирные пятна на покрытой меловым раствором обратной стороне шва, наконец, продувкой шва воздухом (на обратную сторону шва наносится мыльный раствор) и т. п.
Заклепочные соединения выполняют в отдельных корпусных соединениях (соединение ширстрека с палубным стрингером или барьерные швы в районе скулы и т. д.).
В судостроении применяют формы закладных головок заклепок, показанные на рис. 53.
Для обеспечения снятия с судна судовых агрегатов или установок при демонтаже, большие размеры которых не позволяют пронести их через отверстия в корпусе, предусматриваются съемные конструкции, крепящиеся к основным конструкциям корпуса сваркой, заклепками, болтами или на шпильках.
Рис. 51. Расположение сварных швов в пространстве: а – нижний; б – вертикальный; в – горизонтальный; г – верхний (потолочный).
Рис. 52. Классификация сварного шва в зависимости от способа выполнения: а – сплошной; б – прерывистый; в – шахматный.
Рис. 53. Формы закладки головок заклепок: а – полукруглая; б – полупотайная; в – коническая; г – потайная.
Глава VII. Судовые устройства
§ 30. Основные элементы судовых устройств
Судовыми устройствами называется совокупность приспособлений, механизмов, машин и аппаратов, предназначенных для обеспечения нормальной эксплуатации судна.
Судовые устройства могут быть общими, необходимыми для всех судов, и специальными, обусловленными назначением судна. К общим судовым устройствам относятся: рулевое, якорное, швартовное и шлюпочное. К специальным можно отнести грузовые устройства, зависящие от перевозимого груза, промысловые устройства – на промысловых судах, тральные устройства – на тральщиках и т. д.
Механизмы, входящие в состав судовых устройств и расположенные в большинстве случаев на палубах, принято называть палубными вспомогательными механизмами. Они приводятся в действие электрическими или электрогидравлическими машинами.
§ 31. Рулевое устройство
Рулевое устройство служит для изменения направления движения судна, обеспечивая перекладку пера руля на некоторый угол в заданный промежуток времени.
Основные элементы рулевого устройства показаны на рис. 54.
Руль – основной орган, обеспечивающий работу устройства. Он действует только на ходу судна и в большинстве случаев располагается в кормовой части. Обычно на судне один руль. Но иногда для упрощения конструкции руля (но не рулевого устройства, которое при этом усложняется) ставят несколько рулей, сумма площадей которых должна быть равной расчетной площади пера руля.
Основной элемент руля – перо . По форме поперечного сечения перо руля может быть: а) пластинчатым или плоским, б) обтекаемым или профилированным.
Преимущество профилированного пера руля в том, что сила давления на него превосходит (на 30% и более) давление на пластинчатый руль, что улучшает поворотливость судна. Отстояние центра давления такого руля от входящей (передней) кромки руля меньше, и момент, необходимый для поворота профилированного руля, также меньше, чем у пластинчатого руля. Следовательно, потребуется и менее мощная рулевая машина. Кроме того, профилированный (обтекаемый) руль улучшает работу винта и создает меньшее сопротивление движению судна.
Форма проекции пера руля на ДП зависит от формы кормового образования корпуса, а площадь – от длины и осадки судна (L и Т). У морских судов площадь пера руля выбирается в пределах 1,7-2,5% от погруженной части площади диаметральной плоскости судна. Ось баллера является осью вращения пера руля.
Баллер руля в кормовой подзор корпуса входит через гельм- портовую трубу. На верхней части баллера (голове) крепится на шпонке рычаг, называемый румпелем , служащий для передачи вращательного момента от привода через баллер на перо руля.
Рис. 54. Рулевое устройство. 1 – перо руля; 2 -баллер; 3 – румпель; 4 – рулевая машина с рулевым приводом; 5 -гельмпортовая труба; 6 – фланцевое соединение; 7 – ручной привод.
Судовые рули принято классифицировать по следующим признакам (рис. 55).
По способу крепления пера руля с корпусом судна различают рули:
а) простые – с опорой на нижнем торце руля или со многими опорами на рудерпосте;
б) полуподвесные – с опорой на специальном кронштейне в одной промежуточной точке по высоте пера руля;
в) подвесные – висящие на баллере.
По положению оси вращения относительно пера руля различают рули:
а) пебалапсириые – с осью, размещенной у передней (входящей) кромки пера;
б) полубалансирные – с осью, расположенной на некотором расстоянии от передней кромки руля, и отсутствием площади в верхней части пера руля, в нос от оси вращения;
Рис. 55. Классификация судовых рулей в зависимости от способа крепления их с корпусом и расположения оси поворота: а – небалансирные; б- балансирные. 1 – простой; 2 – полуподвесной; 3 – подвесной.
в) балансирные – с осью, расположенной так же, как у полу- балансирного руля, но с площадью балансирной части пера на всю высоту руля.
Отношение площади балансирной (носовой) части ко всей площади руля называется коэффициентом компенсации, который у морских судов лежит в пределах 0,20-0,35, а у речных 0,10-0,25.
Рулевой привод представляет собой механизм, передающий на руль усилия, развиваемые в рулевых двигателях и машинах.
Рулевая машина на судах приводится в действие электрическими или электрогидравлическими двигателями. На судах длиною менее 60 м разрешается вместо машины установка ручных приводов. Мощность рулевой машины выбирается исходя из расчета перекладки руля на предельный угол до 35° с борта на борт за 30 сек.
Рулевой привод предназначается для передачи команд от штурмана из рулевой рубки к рулевой машине в румпельное отделение. Наибольшее применение находят электрическая или гидравлическая передачи. На малых судах применяются валиковые или тросовые приводы, в последнем случае этот привод называют – штуртросовым.
Рис. 56. Активный руль: а – с конической передачей на винт; б – с электромотором водяного исполнения.
Контрольные приборы следят за положением рулей и исправным действием всего устройства.
Приборы управления передают приказания рулевому при управлении рулем вручную. Рулевое устройство – одно из самых важных устройств, обеспечивающих живучесть судна.
На случай аварии рулевое устройство имеет дублирующий пост управления рулем, состоящий из штурвала и ручного привода, расположенных в румпель- ном отделении или вблизи от него.
На малых ходах судна рулевые устройства становятся недостаточно эффективными и порой делают судно совершенно неуправляемым.
Для повышения маневренности на современных судах некоторых типов (промысловых, буксирах, пассажирских и специальных судах и кораблях) устанавливают активные рули, поворотные насадки, подруливающие устройства или крыльчатые движители. Эти устройства позволяют судам самостоятельно выполнять сложные маневры в открытом море, а также проходить без вспомогательных буксиров узкости, входить на акваторию рейда и гавани и подходить к причалам, разворачиваться и отходить от них, экономя на этом время и средства.
Активный руль (рис. 56) представляет собой перо обтекаемого руля, на задней кромке которого установлена насадка с гребным винтом, приводящимся в движение от валиковой кони- ческой передачи, проходящей через пустотелый баллер и вращающийся от электродвигателя, установленного на голове баллера. Существует тип активного руля с вращением винта от электродвигателя водяного исполнения (работающего в воде) вмонтированного в перо руля.
При перекладке активного руля на борт работающий в нем винт создает упор, разворачивающий корму относительно оси поворота судна. При работе гребного винта активного руля на ходу судна скорость судна увеличивается на 2-3 узла. При остановленных главных двигателях от работы гребного винта активного руля судну сообщается малый ход до 5 узл.
Поворотная насадка , установленная вместо руля, при перекладке на борт отклоняет отбрасываемую гребным винтом струю воды, реакция которой вызывает разворот кормовой оконечности судна. Поворотные насадки преимущественно находят применение на речных судах.
Подруливающие устройства выполняются обычно в виде туннелей, проходящих через корпус, в плоскости шпангоутов, в кормовой и носовой оконечностях судна. В туннелях размещается гребной винт, крыльчатый или водометный движитель, создающие струи воды, реакции которых, направленные от противоположных бортов, разворачивают судно. При работе кормового и носового устройства на один борт судно перемещается лагом (перпендикулярно диаметральной плоскости судна), что очень удобно при подходе или отходе судна от стенки.
Крыльчатые движители, установленные в оконечностях корпуса также увеличивают маневренность судна.
Рулевое устройство подводной лодки обеспечивает более разнообразные ее маневренные качества. Устройство предназначается для обеспечения управляемости подводных лодок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Управление подводной лодкой в горизонтальной плоскости обеспечивает плавание лодки по заданному курсу и осуществляется вертикальным и рулями , площадь которых несколько больше площади рулей надводных судов и определяется в пределах 2-3% от площади погруженной части диаметральной плоскости лодки.
Управление подводной лодкой в вертикальной плоскости на заданной глубине обеспечивается при помощи горизонтальных рулей.
Рулевое устройство горизонтальных рулей состоит из двух пар рулей с их приводами и передачами. Рули делаются парными, т. е. на одном горизонтальном баллере располагаются по бортам лодки два одинаковых пера руля. Горизонтальные рули бывают кормовыми и носовыми в зависимости от места расположения по длине лодки. Площадь кормовых горизонтальных рулей больше площади носовых рулей в 1,2-1,6 раза. Благодаря этому эффективность кормовых горизонтальных рулей в 2-3 раза выше эффективности носовых. Для увеличения момента, создаваемого кормовыми горизонтальными рулями, их обычно располагают за винтами.
Носовые горизонтальные рули на современных подводных лодках являются вспомогательными, их делают заваливающимися и устанавливают в носовой надстройке выше ватерлинии, чтобы не создавать дополнительного сопротивления и не мешать управлению лодкой при помощи кормовых горизонтальных рулей на больших скоростях подводного хода.
Обычно на полной и средней скорости подводного хода управление подводной лодкой производится при помощи одних кормовых горизонтальных рулей.
При малой скорости хода управление лодкой кормовыми горизонтальными рулями становится невозможным. Скорость, при которой лодка теряет управляемость, называется инверсивной скоростью. На этой скорости лодка должна управляться одновременно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.
Основные составные элементы рулевого устройства горизонтальных рулей и вертикальных рулей однотипны.
§ 32. Якорное устройство
Якорное устройство служит для постановки судна на якорь, обеспечения надежной стоянки судна на открытой воде и для снятия его с якоря.
Основное якорное устройство размещается в носовой части открытой палубы и состоит из элементов, показанных на рис. 57.
Рис. 57. Якорное устройство судна. 1 – становой якорь; 2 – якорная скоба; 3 – вертлюг; 4 – якорная цепь; 5- бортовой клюз; 6 – якорная труба; 7 – палубный клюз; 8 – цепной стопор; 9 – зажимной стопор; 10 -брашпиль (шпиль); 11 – цепная труба; 12 – цепной ящик; 13 – жвака-галс.
Якоря обеспечивают прочную связь судна с грунтом дна и создают удерживающую силу, противодействующую внешним силам, стремящимся сдвинуть судно с места.
Для длительной и прочной стоянки судов применяют мертвые якоря, которые могут быть увеличенного веса и особой конструкции, обеспечивающей надежное сцепление с грунтом. Якоря, применяющиеся на плавающих судах, называются становыми. Количество и общий вес якорей на судне выбирают в зависимости от главных размерений судна. Известно много конструкционных типов якорей, наиболее часто применяющиеся якоря приведены на рис. 58.
Якоря характеризуются держащей силой – способностью соединяться с грунтом и выдерживать натяжение, определяемое силой, кратной его весу.
Рис. 58. Типы якорей, применяющихся на судах, и их конструктивные элементы: а – якорь типа Матросова; б- якорь типа Холла. 1 – веретено; 2 -лапа ; 3 – якорная скоба; 4 – голова.
Наилучшим якорем по держащей силе, доходящей до 15-кратного веса якоря, является адмиралтейский якорь . Но из-за громоздкости конструкции, исключающей его уборку в якорную трубу и в бортовой клюз, на морских судах этот якорь не используется. На этих судах широкое применение находят: якорь повышенной держащей силы (Матросова ) и якорь
Холла, удобные в эксплуатации. Держащая сила этих якорей, соответственно равна величине 15- и 3,5-3,75-кратной их весу. Якорные цепи являются связью между якорем и судном.
Провес цепи в воде обеспечивает амортизацию судна при частых динамических воздействиях на него ветра и волн на открытой водной поверхности. Цепь – пока незаменимый элемент якорного устройства, несмотря на ее громоздкость и относительную дороговизну.
Якорные цепи изготовляют стальными, используя способ литья, ковки, штамповки или сварки (рис. 59). Они состоят из звеньев и изготовляются участками, называемыми смычками, длиной каждая около 25 м. В звено ставят распорки (контрфорсы), которые увеличивают прочность цепи примерно на 20- 25%. Минимальный диаметр сечения звена в местах соединения их друг с другом (диаметр проволоки) называется калибром цепи. Отдельные смычки соединяются специальными соединительными звеньями (так называемое звено Кэнтера) в якорную цепь длиною в несколько сот метров. Для предупреждения скручивания цепи при отдаче якоря в нее включается у якоря поворотное приспособление, называемое вертлюгом.
Рис. 59. Элементы якорной цепи: а – жвака-галсовая смычка; б – коренная смычка; в – промежуточная смычка, г – якорная смычка. 1 – общее звено с распоркой; 2 – увеличенное звено без распорки; 3 – соединительное звено; 4 – концевое звено; 5 – вертлюг; 6 – скоба концевая; 7 – глаголь-гак жвака- га л совый.
Коренной конец якорной цепи, противоположный якорю, крепится к корпусу специальным устройством – жвака-галсом, с откидным приспособлением – глаголь-гаком, позволяющим в случае экстренной надобности быстро отдать конец якорной цепи. При подъеме цепи из воды она сходит в специально оборудованное помещение, называемое цепным ящиком, где и хранится.
Якорные клюзы – бортовые и палубные – служат подушками, уменьшающими трение при сходе или подъеме якорной цепи, и, кроме того, бортовые клюзы являются нишами, в которые заподлицо убирается голова и лапы якоря.
Для надежного крепления якорной цепи на якорной стоянке предназначены стопоры, которые принимают на себя динамические рывки якорной цепи, а также служат для закрепления якорных цепей на палубе при поднятых якорях. Стопоры бывают кулачковыми, цепными, винтовыми и эксцентриковыми.
Якорные машины служат для подъема якорной цепи и якоря из воды. Подъем цепи осуществляется звездочкой, представляющей собой диск, вращающийся с валом машины от электрического привода. Звездочка имеет гнезда, соответствующие форме и размеру звена цепи. В эти гнезда входит звено, и при вращении звездочки цепь выбирается.
Якорные машины могут быть двух систем, различающихся конструктивным положением вала, на котором закреплена звездочка. У шпиля ось вала расположена вертикально, и звездочка вращается в плоскости палубы. Конструктивно шпиль выполняется так, что привод, вращающий вал, располагается под палубой, на палубе остается только звездочка и выше ее – барабан-турачка для намотки тросов при их выбирании. У брашпиля ось вала – горизонтальная, и звездочка вращается в плоскости, перпендикулярной палубе. Вся конструкция брашпиля и приводная машина расположены на палубе и занимают на ней много места.
§ 33. Швартовное устройство
Швартовное устройство предназначается для крепления судна при стоянке у пристаней, набережных, пирсов или около других судов, барж и т. д.
Составными элементами швартовного устройства на каждом судне являются (рис. 60):
швартовы – тросы (канаты), предназначенные для закрепления (швартовки) судна у места стоянки. В качестве швартовов на судах применяются стальные, пеньковые, сизальские, манильские, капроновые и нейлоновые канаты (тросы);
кнехты – короткие тумбы, прямые или крестовые, прочно укрепленные на верхней палубе судна и служащие для закрепления швартовов;
киповые планки и тросовые отводы – направляющие тросы к кнехту или шпилю, предохраняющие их от перетирания об острые края судовых деталей;
швартовные механизмы – швартовные шпили, лебедки, служащие для выбирания тросов при подтягивании судна к месту стоянки или для обтягивания швартовов;
тросовые вьюшки – предназначаются для хранения на судне швартовных канатов по-походному;
привальные кранцы – прокладки, предохраняющие борт судна от ударов при навале на стенку или борт соседнего судна.
Рис. 60. Схема швартовного устройства судна носовЬй и кормовой шпринг; 2- привальные кранцы; 3-прижимные швартовы; 4- продольные швартовы; 5-дополнительные продольные швартовы; 6- киповые планки; 7- кнехты; 8-швартовые клюзы; 9-тросовые вьюшьки: 10- швартовый шпиль; 11- швартовые турочки браншпиля.
Рис. 61. Схема буксирного устройства. 1 – буксирная лебедка; 2 – буксирный гак; 3 – промежуточный клюз с наметкой; 4 – буксирный трос от лебедки; -5 – буксирный трос от гака; 6- буксирная арка; 7 – буксирный клюз; 8 – буксирный трос при буксировке на коротком тросе.
§ 34. Буксирное устройство
Буксирное устройство обеспечивает использование судов в качестве буксиров (тянущих или толкающих другие суда) или служит для буксировки судна другими судами. Для этого на обыкновенных судах в оконечностях верхней палубы ставят усиленные кнехты или специальные тумбы, называемые битенгами.
На судах буксирного типа или спасательных судах устанавливаются специальные буксирные устройства (рис. 61), состоящие из буксирных автоматических лебедок, обеспечивающих эластичность буксировки воза (буксируемого судна) – стравливающих трос при его большом натяжении, а при слабине – автоматически подбирающих его.
На тех буксирных судах, на которых нет буксирных лебедок, буксирное устройство состоит из гака, на который крепится буксирный трос, и буксирных арок, направляющих буксирный трос и защищающих от него людей и оборудование, расположенное на верхней палубе буксируемого судна.
Для буксировки методом толкания (вплотную с кормы буксируемого судна) буксиры-толкачи имеют в носу упорные балки и специальные устройства – автосцепы, автоматически соединяющиеся и разъединяющиеся с помощью рычагов, управляемых из рубки.
Буксиры-толкачи с автосцепами – наиболее удобный и экономичный способ соединения судов в возы. Этот способ быстро вытесняет технически несовершенную тросовую учалку судов, в особенности на речных судах.
§ 35. Грузовые устройства
Грузовые устройства служат для выполнения на судах погрузочных и разгрузочных операций судовыми средствами.
Эти устройства приспособлены для грузовых операций с генеральными, сыпучими или жидкими грузами. Экономически выгодно грузовые операции на судах производить развитыми и мощными портовыми средствами, однако иногда судам приходится грузовые операции совершать на рейде или на промысле, в открытом море, или даже и в порту, где портовые средства использовать нецелесообразно. Для этих случаев каждое судно должно иметь собственное грузовое устройство.
Суда, перевозящие генеральные грузы, имеют грузовые устройства, в которые входят подъемные краны или грузовые стрелы с такелажем, с грузовыми лебедками и средства внутритрюмной механизации.
На судах, предназначенных для перевозки сыпучих грузов, грузовые устройства состоят из пневмопогрузчиков, ленточных или ковшовых транспортеров или других специальных устройств. На большинстве таких судов не ставят собственные грузовые устройства, так как они плавают на определенных линиях, на которых грузовые операции производятся береговыми, специально приспособленными устройствами.
К грузовым устройствам наливных судов относятся насосы , запорная и переключающая арматура и грузовые трубопроводы. В морских перевозках преобладают генеральные грузы, поэтому рассмотрим грузовые устройства, устанавливаемые на большинстве морских судов.
Грузовые подъемные краны – прогрессивные приспособления, они намного увеличивают производительность грузовых работ, упрощают и облегчают трудоемкие процессы в грузовых операциях.
Рис. 62. Грузовое устройство со стрелой. 1 – стрела; 2 – шкентель; 3 – направляющий блок; 4 – переменный топенант; 5 – постоянный топенант; 6 – палубная скоба; 7 – башмак шпора; 8 – вертлюг шпора; 9 – тройник; 10 – топенантный блок; 11 – топенант; 12 – обух пока; 13 – грузовой блок; 14 -противовес; 15 – грузовой гак; 16 – оттяжка; 17 – тали оттяжки.
Известно много разнообразных конструкций и систем судовых грузоподъемных кранов. Кран-стрела сочетает простоту конструкции и обслуживания с высокой маневренностью и производительностью в работе. К недостаткам таких кранов следует отнести трудности в работе с ними при крене и качке судна в открытом море.
Грузовое стреловое устройство (рис. 62), несмотря на кажущуюся громоздкость, при квалифицированном использовании в работе двух стрел, позволяет по производительности превзойти работу грузовых кранов и широко применяется на судах. Грузовые стрелы крепятся на мачтах или на специальных грузовых колоннах. Стрелы грузоподъемностью до 10 т называются легкими, свыше 10 т – тяжеловесными. Их изготовляют стальными в виде трубчатого стержня веретенообразной формы (по концам меньшего диаметра, чем в середине). Нижний конец – шпор – шарнирно связан через вертлюг и башмак шпора с мачтой, что позволяет стреле выполнять поворот в горизонтальной плоскости, производимый с помощью оттяжек. Верхний конец стрелы – нок – через обух поддерживается тросом, называемым топенантом, длина которого создает наклон стрелы. Грузовой гак закреплен на подвижном тросе, называемом шкентелем или горденем, который закреплен на барабане грузовой лебедки. Грузовые лебедки могут иметь электрический или электрогидравлический привод.
Применение на судах люковых закрытий с механическими приводами, увеличение площади раскрытия палуб и механизация погрузочно-разгрузочных операций намного сокращает время простоя судов в порту.
Развитие океанического рыбного промысла, широкое распространение научных экспедиций и дальних походов, привело к необходимости снабжения судов в море горючим, пресной водой, продовольствием, специальными грузами, средствами материально-технического снабжения и ремонта и приема с судов продукции промысла и других грузов. Для этой цели создаются специальные суда или на судах, находящихся в эксплуатации, монтируются устройства, обеспечивающие передачу грузо в на суда в море на ходу.
Рис. 63. Схема полуавтоматического траверзного устройства для передачи штучных грузов на ходу судна. 1- лебедка несущего троса; 2 – подвижной блок; 3 – блоки; 4 – колонна; 5- несущий трос; 6 – перетягивающий кабель-трос; 7 – подвесная тележка; 8 тельфер; 9 – канифас-блок;10- перетягивающий трос; 11 – передаваемый груз; 12 – лебедка кабель-троса; 13 – гидравлический цилиндр (амортизатор).
По способу передачи грузов эти устройства разделяются на кильватерные и траверзные. Кильватерная передача осуществляется между двумя судами, идущими вслед друг другу или строем уступа. Траверзная передача – между судами, идущими на некотором расстоянии друг от друга параллельным курсом. Расстояние между судами зависит от скорости хода, водоизмещения обоих судов, волнения моря и ряда других факторов и колеблется при кильватерном ходе в пределах 160-240 м, а при траверзном – 45-90 м.
Устройства делаются для передачи жидких и штучных грузов. В первом случае передача выполняется шлангами следующим способом:
а) шланг подвешивается на буксирном тросе;
б) буксирный трос проходит внутри шланга, ответвляясь на палубах судов к буксирным кнехтам;
в) шланг одновременно выполняет роль буксирного троса и шланга. Металлическая оплетка шланга или армирование его прочными материалами (капроном, нейлоном, перлоном и др.) обеспечивают возможность применения его без поддерживающих тросов.
Электрические автоматические лебедки регулируют постоянное натяжение шлангов при изменении расстояния между судами.
Передача штучных грузов осуществляется траверзным способом. По зарубежным данным наиболее удовлетворительные результаты дает полуавтоматическое устройство с гидравлическими цилиндрами и полиспастами, принципиальная схема которого приведена на рис. 63.
Применяются и другие системы устройства, дающие удовлетворительные результаты, например маятниковые передачи, которые в сочетании с механизированной системой подачи в значительной степени увеличивают производительность устройства, предотвращают возможность повреждения грузов и травмы людей.
§ 36. Шлюпочное устройство
Шлюпочное устройство на судне служит для спуска, подъема, хранения и закрепления шлюпок по-походному.
Шлюпки (катера) предназначаются для спасения людей в случае аварии и гибели судна, для связи судна с берегом, а также для выполнения работ на плаву около судна (завод якорей и тросов, окраска бортов и т. п.).
Шлюпочное устройство размещается возможно выше над ватерлинией, как правило, на одной из верхних палуб надстройки (шлюпочной палубе), на хорошо освещенной площадке, к ним должны быть обеспечены удобные подходы. Шлюпки нельзя размещать ближе чем на одну треть длины судна от форштевня, где они могут быть смыты или повреждены при аварии. В кормовой части судна шлюпки должны быть расположены так, чтобы при спуске они не попали бы в струю, создаваемую работающими винтами. Устройство должно обеспечить спуск шлюпки с полным комплектом людей и снабжением при крене судна на любой борт до 15° и дифференте до 10°.
Шлюпки, применяемые на судах, могут быть деревянными, металлическими и пластмассовыми и подразделяются в зависимости от назначения на спасательные и рабочие.
Число и вместимость спасательных шлюпок определяются типом судна, районом плавания и количеством на нем людей. Пассажирские суда снабжаются спасательными шлюпками исходя из расчета приема 50% общего числа пассажиров и команды с каждого борта. Грузовые суда должны иметь шлюпки с каждого борта, вмещающие всех людей, находящихся на судне.
В настоящее время все более широкое применение находят винтовые спасательные шлюпки (моторное либо с ручным или педальным приводом на гребной вал) с запасом плавучести, который обеспечивается воздушными ящиками. Эти шлюпки должны быть оборудованы защитными устройствами от зноя и непогоды (тенты, натягиваемые на каркас). На танкерах применяются спасательные шлюпки закрытого типа из огнестойких материалов с теплоизоляцией, оборудованные системой орошения внешней поверхности, способные преодолеть зону горящего топлива, разлившегося вокруг аварийного танкера. На шлюпках предусматривается снабжение, обеспечивающее управление шлюпкой, подачу сигналов и все необходимое для сохранения жизни людей (медикаменты, питьевая вода, продукты питания и т. п.).
Рис. 64. Схема действия различных шлюпбалок: а – поворотной; б – заваливающейся; в – скользящей (гравитационной) .
Рабочие шлюпки в большинстве случаев бывают с транцевой кормой, гребные, с запасом плавучести, обеспечиваемым воздушными ящиками.
Шлюпбалки служат для спуска шлюпки на воду или подъема их с воды на борт. Шлюпбалки могут быть различных систем, более широкое распространение получили поворотные, заваливающиеся и гравитационные (рис. 64).
Поворотные шлюпбалки требуют сложных мероприятий для вываливания шлюпки за борт, из-за чего в последнее время находят применение преимущественно в речном флоте.
Заваливающиеся шлюпбалки действуют по одному принципу: вылет шлюпки происходит в результате наклона верхней части шлюпбалки вокруг пятки, опертой на палубу. На рисунке приведена заваливающаяся шлюпбалка с изогнутыми стрелами, вылет которых производится вращением телескопического винтового привода.
Гравитационные шлюпбалки (падающие), при работе которых вылет шлюпок производится только под воздействием силы тяжести (веса шлюпки) путем потравливания тросов (лопарей). Все операции по спуску шлюпки совмещаются в одну, выполняемую общим приводом. Двухбарабанные шлюпочные лебедки этих шлюпбалок обязательно снабжаются тормозами, при помощи которых только потравливают тросы при спуске шлюпок.
В шлюпочном устройстве с поворотными или заваливающимися шлюпбалками шлюпки размещаются на палубе или на специальных конструкциях – рострах, опираясь на деревянные или металлические опоры, называемые ростр-блоки (кильблоки), верхняя кромка которых пригнана по форме обводов шлюпки, с мягкими подушками. В шлюпочном устройстве с гравитационными шлюпбалками шлюпки хранятся непосредственно на них.
Чтобы шлюпка при качке оставалась неподвижной на ростр- блоках, ее закрепляют найтовами. Найтовы состоят из захватов с присоединенными цепями, снабжаются глаголь-гаками для быстрой их отдачи и тросовыми талрепами для обтягивания их втугую.
§ 37. Промысловые устройства
Промысловые устройства – специальные устройства, устанавливаемые на промысловых судах и обеспечивающие работу орудии, добывающих в море рыбу, китов, морского зверя, крабов, креветок, водорослей и т. п.
Конструкция промысловых устройств различна и зависит от назначения промысла и способа добычи.
Большинство промысловых судов предназначается для лова рыбы, они оборудуются рыбопромысловыми устройствами. Некоторый интерес представляют также китобойные суда, имеющие специальные устройства для отбоя китов.
Рыбопромысловые устройства классифицируются в зависимости от способа лова рыбы, наиболее широкое применение нашли траловый и дрифтерный.
Траловый способ применяется для лова рыбы донных пород специальной донной сетью мешкообразной формы, называемой тралом. Сеть буксируется судном по дну при помощи тросов (ваеров).
Дрифтерный способ применяется для лова рыбы (в основном сельди) плавными сетями, поддерживаемыми в воде на определенной глубине в вертикальном положении с помощью поплавков и буйков, удерживаемых тросом-вожаком.
Промысловые устройства, предназначенные как для тралового, так и для дрифтерного способа лова рыбы, устанавливают на судах-траулерах.
Рис. 65. Схема тралового устройства для бортового траления, 1-дуги кормовые; 2 – грузовая стрела; 3 – блоки сушилки; 4-носоваягрузовая стрела; 5-джильсон ; 6 – дуги носовые; 7 – квартропные ролики; 8 – блоки траловых дуг; 9 – коренные ролики; 10 – траловая лебедка; 11-бортовые ролики; 12 – центральные ролики; 13 люк рыбного трюма; 14 – ролики отводящие; 15-стопор , 16-кормовой ваер; 17 – мессенджер; 18 – носовой ваер.
Траловое устройство может быть двух типов в зависимости от типа траулера, на котором они устанавливаются: с бортовым и кормовым тралением.
Траулере бортовым тралением имеет траловое устройство расположенное в носовой части верхней палубы, состоящее из элементов, приведенных на рис. 65. На траулерах с кормовым тралением все элементы тралового устройства расположены в корме верхней палубы, заканчивающейся слипом. Слип представляет собой криволинейную наклонную поверхность, доходящую до кормового подреза у грузовой ватерлинии.
Дрифтерное устройство обеспечивает хранение сетей в специальном сетевом трюме, из которого они выбираются и сбрасываются в воду вручную, а поднимаются из воды тросом-вожаком при помощи дифтерного шпиля.
Устройство для убоя китов располагается в носовой части китобойного судна и состоит в основном из гарпунной пушки и приспособления, амортизирующего натяжение гарпунного троса, идущего от раненого кита.
Для доставки туши кита на плавучую базу, для ее разделки и обработки в полуфабрикаты в носовой части китобойных судов располагается китошвартовное устройство, представляющее собою несколько клюзов, цепей и тросов, крепящихся промысловой лебедкой и стопорами, расположенными на верхней палубе.
§ 38. Прочие судовые устройства
Леерное устройство предназначается для ограждения тех открытых участков и мостиков, где нет фальшборта. Оно состоит из стоек высотой около 1,2 м, поручней и ограждающих лееров – стальных прутков или тросов, размещенных по высоте. На участках, где временами должны быть свободные проходы, леерные стойки делаются съемными или заваливающимися.
Тентовое устройство служит на судне для защиты людей, находящихся на участках открытой палубы, от лучей солнца или от атмосферных осадков. Оно представляет собою навес, сделанный из тентовых стоек трубчатого сечения, горизонтальных деревянных реек или тросовых лееров, закрепленных на верхних концах стоек, и горизонтально натянутого и закрепленного к ним тента (полотнища) из прочной парусины.
Глава VIII. Судовые системы
§ 39. Основные элементы и классификация систем
Судовыми системами называется комплекс трубопроводов с арматурой, обслуживающими их механизмами, цистернами, аппаратами, приборами и средствами управления и контроля над ними.
Судовые системы обеспечивают на судах:
борьбу за непотопляемость судна – удаление воды из затопленных отсеков, прием или перекачивание водного балласта
с целью спрямления поврежденного судна;
борьбу с пожарами на судне;
поддержание необходимой температуры и влажности воздуха в жилых и служебных помещениях судна – условий обитаемости;
подачу пресной и забортной воды для бытовых нужд экипажа;
удаление грязной воды с судна;
подачу сжатого воздуха;
погрузочно-разгрузочные операции на наливных судах.
Судовые системы должны включать надежные элементы автоматики.
Системы, обслуживающие судовые силовые установки: система охлаждения механизмов, смазки, подачи топлива, производства и подачи сжатого воздуха к двигателям и т. д.- рассматриваются в соответствующих курсах.
Судовые системы принято классифицировать по роду среды, перемещаемой в трубопроводах или по назначению.
По роду среды, транспортируемой в трубопроводах, системы разделяются следующим образом:
а) водопроводы холодной и горячей, морской и пресной воды;
б) воздухопроводы холодного сухого и теплого влажного воздуха;
в) паропроводы;
г) рассолопроводы водяных растворов солей (служащие главным образом для охлаждения помещений);
д) газопроводы углекислого газа, аммиака, фреона и т. п. Судовые системы удобнее изучать, классифицируя их по назначению и выполняемой функции. По этому принципу все судовые системы объединены в следующие группы, при работе которых используются общие элементы, что упрощает отдельные системы и их эксплуатацию.
Трюмная группа, включающая следующие системы:
1) водоотливную, предназначенную для удаления масс воды из затопленных отсеков после заделки пробоины, а также для откачки фильтрационных (протекающих через неплотные соединения) вод;
2) осушительную – для удаления трюмной воды, а также для осушения междудонных и бортовых отсеков, не имеющих специального назначения;
3) балластную для изменения крена, дифферента и осадки судна путем приема или осушения специальных отсеков или цистерн.
В противопожарную группу входят следующие системы:
1) водяная (водотушения и водораспыления)-для тушения пожара водяной струей из пожарных шлангов и из спринклерных головок, для приведения в действие эжекторов и других систем, для тушения пожара топлива в машинно-котельных отделениях распыленной водой;
2) паротушения – для тушения пожара в топливных отсеках посредством заполнения их водяным паром;
3) жидкостная – для тушения пожара топлива в МКО и на электростанциях посредством подачи в эти помещения огнегасительной жидкости;
4) пенотушения – для тушения пожара негорючей пеной, изолирующей очаг пожара от доступа кислорода воздуха;
5) газотушения – для тушения пожара в помещениях путем заполнения их углекислым газом;
6) орошения и затопления погребов боезапаса – для охлаждения боезапаса и затопления его для предотвращения взрыва и тушения пожара в погребах.
Санитарная группа включает системы следующих назначений:
1) пресной воды-для подачи питьевой воды в пищеблоки, пресной, холодной и горячей воды к ваннам, душевым, прачечным, умывальникам и другим потребителям;
2) забортной воды-для подачи забортной воды в санитарные помещения и для мытья палуб;
3) сточную – для удаления грязной воды из ванн, умывальников, бань и пр.;
4) фановую и фекальную – для удаления фекальных вод из гальюнов и туалетов; для сбора грязной воды из фановой и сточной систем в фекальные цистерны и сброса этих вод в специальное судно или за борт вне пределов территориальных вод или на свалку;
5) шпигатов – для удаления воды с палуб, мостиков и др.
Группа кондиционирования воздуха включает системы зимнего, летнего и общего кондиционирования воздуха для поддержания зимой и летом в помещениях заданных параметров воздуха: температуры, относительной влажности и концентрации СО2. Зимой подаваемый наружный воздух нагревается и увлажняется, а летом – охлаждается и осушается при автоматическом регулировании. К этой группе также относятся системы:
1) парового отопления, обогревающие помещения паровыми грелками;
2) электрического отопления, обогревающие помещения электрическими грелками;
3) вентиляции – для обмена воздуха в помещениях: подачи свежего наружного воздуха и удаления загрязненного воздуха;
4) аэрорефрижерации – для поддержания в помещениях заданной температуры путем отвода теплого и подачи охлажденного воздуха;
5) рефрижераторная – для охлаждения провизионных камер и подачи к различным потребителям охлажденного рассола (охлаждающей жидкости);
6) регенерации-для восстановления в воздушной среде помещений количества кислорода, необходимого для организма чело- пека, и удаления из помещений излишнего количества углекислого и других вредных газов.
Группа сжатого воздуха состоит из воздушных систем низкого, среднего и высокого давления, подающих воздух для работы судовых устройств или механизмов, а также для работы пневмоприводов, не имеющих собственных компрессоров.
Специальная группа систем для наливных судов состоит из следующих систем:
1) грузовой, производящей погрузочно-разгрузочные операции с жидкими грузами в танках наливных судов;
2) зачистной, обеспечивающей зачистку танков наливных судов от остатка груза, отстоя и грязи;
3) газоотводной, отводящей через предохранительные клапаны в атмосферу газы, выделяемые грузом в танках;
4) подогрева вязких грузов – для подогрева грузов в танках при выдаче их с судна или при перегрузке между танками или цистернами;
5) мойки танков – для подачи пара или горячей воды в танки после их разгрузки для мытья и газобезопасной обработки.
Группа систем управления судовыми механизмами и устройствами и внутрисудовой переговорной связи, включающая системы специфического назначения:
1) управления (гидравлического и пневматического) -дл я изменения режимов работы механизмов на расстоянии с центральных постов;
2) воздушного измерения (пневмеркаторную систему)-для дистанционного измерения с центральных постов осадки судна или количества и уровня жидкого груза в отсеках;
3) переговорных труб (связи)-для голосовой связи и устной передачи команд между постами управления в различных помещениях судна.
§ 40. Конструктивные элементы судовых систем
Конструктивными элементами – частями – судовых систем являются: трубы и гибкие шланги; соединительная арматура; арматура для закрывания, регулирования или переключения трубопроводов; механизмы, осуществляющие процесс энергообмена и перемещающие среды в трубопроводах; контрольно-измерительные и сигнальные приборы; аппараты теплообмена; защитные устройства; цистерны, баллоны, расходные баки и другие емкости; подвески, кронштейны и детали для крепления труб и арматуры к судовым конструкциям; компенсаторы удлинений и сжатий трубопроводов и т. п.
Среда, перемещаемая в судовых системах, может быть очень агрессивна, скорость ее течения, температура и давление очень различны, поэтому для изготовления конструктивных элементов судовых систем используют различные материалы.
Трубы – основные конструктивные элементы судовых систем. Для изготовления труб судовых систем чаще всего используют углеродистую сталь. Для сохранения физико-химических качеств среды, протекаемой в трубах, их изготовляют также из легированной стали, медными, биметаллическими (сталь – медь), латунными и из легких сплавов.
Кроме этих труб, в судовых системах используют также стальные, футерованные изнутри полиэтиленом, а также полиэтиленовые и из винипласта.
Соединение труб, присоединение их к запорной, переключающей и регулирующей арматуре, к стенкам цистерн, к механизмам и аппаратам может быть разъемным и неразъемным (путевые соединения). К разъемным соединениям относятся фланцы, муфты, штуцера и дюриты. Для создания плотности разъемных соединений между ними устанавливают прокладки из картона, паронита, резины, фибры, полиэтилена и других материалов. К неразъемным относятся сварные, паяные и клееные соединения.
Фасонные части трубопроводов – колена, тройники, четверники и переборочные стаканы – применяют для разветвления трубопроводной сети, прохода труб через настилы, переборки и т. п.
Компенсаторы служат для восприятия температурных удлинений или смещения труб вследствие деформаций судовых конструкций. Компенсаторы монтируются в трубопроводах больших диаметров с переменной температурой среды (таких, как паропроводы высокого давления); для прочих систем их роль выполняют самокомпенсаторы – изогнутые участки труб.
Подвески и кронштейны, выполненные из полосового или профильного металла, служат для крепления труб к элементам судовых конструкций.
Арматура судовых систем служит для закрывания, регулирования или переключения трубопроводов. Она обеспечивает отключение, изменение количества протекаемой среды, изменение направления движения среды в разные трубопроводы, поддержание в трубопроводах постоянного давления и защиту систем от попадания в них посторонних предметов.
Арматура может быть стальной, латунной и бронзовой. Всю арматуру судовых систем классифицируют по назначению и конструкции на следующие группы (рис. 66).
1) Клапаны, характерной деталью которых является тарелка, перекрывающая живое сечение проточной части внутри его корпуса.
В зависимости от способа управления тарелкой и назначения клапаны разделяются на запорные, невозвратные, невозвратно-запорные, невозвратно-управляемые, предохранительные, дроссельные и редукционные.
Клапаны запорные перекрываются тарелкой, регулируемой шпинделем. Клапаны невозвратные, предохранительные и редукционные работают автоматически. В невозвратном клапане шпинделя нет, тарелка прижимается к седлу в корпусе собственным весом и давлением среды, протекающей в трубопроводе, или пружиной.
Рис 66 Схема действия арматуры судовых систем: а-запорный клапан; б – клинкетная задвижка; в – дроссельный кран; г – проходной пробковый кран; д – кран -трехходовой манипулятор; е – захлопка.
Клапаны предохранительные работают автоматически: среда проходит, отжимая тарелку, прижимаемую к седлу клапана пружиной, сжатие которой заранее регулируется. При повышении в трубопроводе давления на величину более 20% рабочего тарелка отжимается от седла и клапан открывается, сбрасывая избыточное давление.
Клапаны дроссельные применяются для уменьшения давления в трубопроводах путем изменения гидравлического сопротивления среды, регулируемого положением тарелки.
Клапаны редукционные применяются для снижения статического давления среды в трубопроводах и поддержания его постоянства независимо от колебания давления до и после места установки этого клапана.
2) Задвижки клинкетные (клинкеты) с клиновидным диском перекрывающим сечения трубопровода. Клинкеты используются как запорные органы или как спускные или перепускные средства в качестве донной и бортовой арматутры.
3) Краны проходные, трехходовые и крановые манипуляторы- запорно-регулирующая арматура в виде пробки, установленной в корпусе крана с одной или несколькими прорезями Манипуляторы используются для переключения трех, четырех и более трубопроводов;
4) Захлопки – особый вид арматуры, рабочая тарелка которой шарнирно закреплена на оси.
Приводы управления арматурой, аппаратами и другими элементами систем бывают местными и дистанционными, приводимыми в действие вручную, с помощью механических двигателей или работающих автоматически. Дистанционные приводы могут быть валиковыми, гидравлическими, пневматическими и электрическими.
Гидравлические механизмы, преобразующие энергию движущейся в них жидкости в механическую работу рабочего органа, используются для управления арматурой, приводами и аппаратами.
Насосы – машины, преобразующие механическую энергию, получаемую от двигателей, приводящих их в движение, в приращение механической энергии протекающей в них жидкости.
В зависимости от конструкции и способа, которым совершается энергообмен, насосы подразделяются (рис. 67) на поршневые (объемные или вытеснения), в которых жидкость перемещается под действием поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в рабочем цилиндре машины;
ротационные (роторные), в которых перемещение жидкости совершается под действием вращения зубчатых колес или винтов; лопастные, в которых жидкость перемещается под действием
Рис. 67 Схема действия насосов : а – поршневой простого действия ; б – центробежный; в – пропелерный; г – ротационный; д – водоотливной эжектор.
центробежных сил, возникающих при проходе жидкости через вращающееся рабочее колесо с лопатками;
струйные (эжекторы), в которых нагнетаемая жидкость получает приращение энергии под действием другой рабочей жидкости, обладающей необходимой кинетической энергией.
Газодувки – машины, преобразующие механическую энергию приводящих их в движение двигателей в приращение энергии перемещаемых ими газов. Так же, как и насосы, газодувки бывают лопастные, объемные (вытеснения) и струйные. В зависимости от величины развиваемого напора они разделяются на
1) вентиляторы, машины, служащие для перемещения воздуха и создающие давление до 0,3 атм;
2) газодувки-машины, служащие для сжатия и перемещения газа (воздуха) при давлении в пределах от 1,1 до 3,5 атм;
3) компрессоры, машины, осуществляющие сжатие и перемещение газов (воздуха) под давлением свыше 2,0 атм.
§ 41. Принципы проектирования судовых систем
Общий принцип проектирования судовых систем заключается в оптимальном выборе трассы трубопровода и расположении ее элементов в соответствии с назначением, архитектурой судна и экономической целесообразностью. Обычно находят применение следующие два принципа проектирования судовых систем: общесудовой и принцип автономных участков. Общесудовой принцип предусматривает обслуживание всего судна в целом при управлении системой из одного поста. Этот принцип обеспечивает экономичность постройки, небольшие эксплуатационные расходы и может быть осуществлен как по линейной, так и по кольцевой схеме.
Принцип автономных участков характерен для судовых систем судов, к живучести которых предъявляют повышенные требования. Судно по длине в этом случае разбивают на несколько самостоятельных автономных участков с отдельными насосами.
В этом случае трубопровод может быть выполнен в виде линии или кольца, что оказывает значительное влияние на маневренность системы, ее живучесть и вес. Кольцевая схема трубопровода обеспечивает наибольшую живучесть системы, но требует большого количества разобщительной арматуры и других деталей, что делает систему громоздкой.
Линейная схема трубопровода на 15-30% легче кольцевой, требует меньшего внимания при эксплуатации, но обладает значительно меньшей живучестью.
Все трубопроводы должны быть проложены под защитой судовых конструкций, а там, где это невозможно, предусматривается специальная конструкционная защита.
На рис. 68 приведены принципиальные схемы проектирования судовых систем.
Рис. 68. Принципиальные схемы проводки трубопроводов судовых систем: а – линейная (общесудовая); б – принцип автономных участков; в – кольцевая; г – групповая; д – автономная. 1- трубопровод магистрали; 2 – механизмы, обслуживающие системы; 3 – разобщительные клапаны; 4 – задвижки клинкетные.
Общее расположение на судне судовой системы вычерчивается на специальной схеме, на которой в соответствии с отраслевой нормалью обозначаются конструктивные элементы системы, а на трубопроводах указываются длины прямых участков труб, их внутренние диаметры, расходы жидкости на участках, расположение границ участков по высоте и другие данные.
Гидравлический расчет судовых систем основывается на законах гидравлики и производится для определения диаметра условного прохода, скорости движения жидкости, производительности и напора насоса.
Методика расчета сложного трубопровода сводится к расчету составляющих его простых трубопроводов. Для упрощения гидравлических расчетов в практике широко используют номограммы, позволяющие определять различные расчетные величины.
Основой автоматизации судовых систем является выполнение разнообразных переключений запорной арматуры, пуск и остановка машин и поддержание заданных режимов работы системы без непосредственного участия обслуживающего персонала.
Для обеспечения автоматизации какого-либо элемента или всей системы полностью применяется совокупность ряда технических средств, представляющих собой автоматическую систему.
На судах применяются системы автоматического регулирования, автоматического контроля и сигнализации и автоматической защиты.
Автохматическое регулирование судовых систем осуществляет поддержание заданных параметров в системах через преобразователь, получающий информацию от параметра и действующий на регулятор энергии. Кроме того, система автоматического регулирования выполняет перевод установки с одного режима на другой. К объектам регулирования в судовых системах относятся гидравлические и пневматические емкости (цистерны, баллоны, трубопроводы и т. д.), машины (насосы, вентиляторы, компрессоры) и др.
Автоматический контроль параметров (давления, температуры и др.) в системах осуществляется контрольными приборами с автоматическими самозаписывающими устройствами.
Автоматическая сигнализация делится по назначению на предупредительную, извещающую и аварийную.
Предупредительная сигнализация сообщает о достижении критического состояния параметров системы, которое может предшествовать ее аварии.
Извещающая сигнализация подает сигнал о наступлении заданного состояния системы или о выполнении команды. Аварийная сигнализация извещает о наступлении аварийного режима системы.
Автоматическая система обеспечивает предупреждение аварии системы путем изменения параметра среды (сбрасывание угрожаемого давления, изменение подачи топлива и т. п.).
§ 42. Корабельные системы подводных лодок
Системы подводных лодок имеют отличительные особенности.
На подводных лодках общекорабельные (или общелодочные) системы предназначаются для выполнения следующих задач:
а) выполнение маневра перехода подводной лодки из надводного положения в подводное или обратно;
б) приведение и удержание подводной лодки в положении заданного дифферента;
в) снабжение боевых и технических средств сжатым воздухом;
г) удаление с корабля трюмной воды, нечистот и грязной воды;
д) обеспечение работы гидравлических приводов;
е) поддержание необходимых параметров воздуха в помещениях лодки для обеспечения ее обитаемости;
ж) подача пресной и забортной воды для удовлетворения хозяйственных и бытовых нужд команды.
Все системы подводных лодок по роду их использования подразделяют на две основные группы: боевую и повседневную. Группа боевых систем обеспечивает выполнение боевых маневров и борьбу за живучесть корабля. В эту группу входят следующие системы:
1) Система погружения , выполняющая маневр перехода подводной лодки из надводного положения в подводное. Этот переход осуществляется путем погашения запаса плавучести приемом забортной воды в цистерны главного балласта. Заполнение цистерн производится через кингстоны и шпигаты при одновременном выпуске воздуха из них через клапаны вентиляции в помещения лодки.
Управление кингстонами и клапанами вентиляции производится гидравлическими и ручными приводами.
2) Система всплытия осуществляет маневр перехода подводной лодки из подводного положения сначала в позиционное, а затем в надводное положение путем удаления водяного балласта из балластных цистерн: а) продуванием цистерн сжатым воздухом; б) осушением цистерн насосами.
Осушение цистерн главного балласта осуществляется сжатым воздухом через кингстоны или шпигаты при закрытых клапанах вентиляции.
Осушение же насосами должно производиться при закрытых кингстонах и открытых клапанах вентиляции.
3) Система сжатого воздуха обеспечивает снабжение боевых и технических средств подводной лодки сжатым воздухом и состоит из систем воздуха высокого давления (свыше 200 кг/см? ) и среднего давления (30-60 кг/см?). Система среднего давления снабжается воздухом из системы высокого давления через воздушный редуктор или дроссельный клапан.
4) Система осушительная и дифферентовочная служит для удаления из помещений подводной лодки небольшого количества воды. Система совместно с воздухопроводом системы воздуха среднего давления осуществляет
а) прием воды из-за борта в дифферентные цистерны;
б) перегон воды воздухом среднего давления из носовых дифферентных цистерн в кормовые и обратно;
в) осушение дифферентных цистерн;
г) продувание воды из дифферентной цистерны за борт.
5) Система гидравлическая предназначена для приведения в действие приводов, приводящих в действие различные корабельные устройства.
6) Систем а общекорабельной и батарейной вентиляции предназначается для вентилирования отсеков подводной лодки в подводном положении и в положении под РДП (устройство, обеспечивающее работу двигателя под водой).
7) Система регенерации воздуха осуществляет восстановление воздуха в помещениях подводной лодки, находящейся в подводном положении, путем отделения из него вредных газов и добавления в очищенный воздух истраченного кислорода.
Свежий воздух через вдувную вентиляцию вновь подается в помещения лодки. Система состоит из приборов регенерации (восстановления) воздуха и сменяющихся регенерационных патронов.
Группа повседневных систем подводной лодки обеспечивает бытовые и хозяйственные нужды личного состава корабля В группу входят системы:
санитарные , к которым относятся системы питьевой, мытьевой, горячей, соленой, сточной воды, гальюны и устройство для выбрасывания пищевых отходов. Система пресной воды аналогична одноименной системе надводных судов. Запас пресной воды должен обеспечить автономность плавания лодки. На подводных лодках большого водоизмещения для снабжения пресной водой устанавливают водяные опреснители. К умывальнику, расположенному в дизельном отсеке, и посудомойке подается забортная горячая вода от трубопровода охлаждения двигателей надводного хода;
Система отопления , которая является паровой, обогревающей помещения подводной лодки в холодное время года; пар подается от внешнего источника во время стоянки лодки у пирса или базы. Система состоит из магистрали свежего и отработанного пара и паровых грелок.
При выходе лодки из базы система продувается и перекрывается.
Для обогрева помещений подводной лодки на ходу во всех положениях используется температура работающих машин и электрогрелки.
Глава IX. Судовые силовые установки
§ 43. Общие сведения
Судовые силовые установки являются теплосиловыми комплексами, состоящими из котлов, машин, различных механизмов, теплообменных аппаратов, систем и приспособлений, преобразующих тепловую энергию, получающуюся при сгорании топлива или делении ядра расцепляющихся элементов, в механическую работу. Судовые силовые установки по своему значению подразделяются на две основные категории:
1) главные судовые силовые установки (ГССУ), являющиеся неотъемлемой частью всякого самоходного судна. Они вырабатывают механическую энергию, передающуюся движительному комплексу, обеспечивающему движение судна с заданной скоростью;
2) судовые вспомогательные механизмы, предназначающиеся для обеспечения работы силовой установки и общесудовых нужд. Они подразделяются на палубные механизмы, обеспечивающие нормальную эксплуатацию судовых устройств, и судовые насосы, обслуживающие судовые системы, а также холодильные и водоопреснительные установки, вспомогательные котлы и т. д.
Двигатели, применяемые в судовых силовых установках, разделяются по роду рабочего тела, при расширении которого тепло превращается в работу, на две группы: к первой относятся двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины, у которых рабочим телом является смесь газов, получившихся при сгорании топлива, а ко второй – паровые турбины и поршневые паровые машины , рабочим телом которых служит водяной пар.
Все эти двигатели в основном работают на жидком топливе. В отдельных случаях на судах, используется ядерное топливо; в этом случае единственным двигателем пока что является паровая турбина.
Выбор типа главной силовой установки судна производится в зависимости от ее мощности, а также от водоизмещения, назначения и условий эксплуатации судна и главных элементов судна.
Каждый тип судовой силовой установки имеет свои преимущества и недостатки.
Так, поршневые паровые установки, наряду с простотой их обслуживания и надежностью в эксплуатации, имеют низкий коэффициент полезного действия, лежащий в пределах 10-15%. На судах новой постройки паровые поршневые машины почти не устанавливают.
Паротурбинные установки имеют значительные преимущества, заключающиеся в малых габаритах и малом весе установки при больших ее мощностях (достигающих 70 000 л. с.) и фактически неограниченных возможностях дальнейшего роста мощности. Большие выгоды и удобства представляет применение на судах газотурбинных установок.
Наиболее широкое распространение на современных судах находят дизельные установки (мощность которых доходит до 30 000 л. с.) благодаря высокой экономичности.
На судах с очень высокими маневренными качествами, таких, как ледоколы, буксиры, спасательные суда и т. п., используют электродвижение (приведение в действие движителей электродвигателями). В этом случае для питания электрической энергией гребных электродвигателей устанавливают главные электрические генераторы с вращением от двигателей внутреннего сгорания, от паровой или газовой турбины. Большинство советских ледоколов и ледокольно-транспортных судов имеют главные судовые дизельэлектрические установки.
§ 44. Паровые котельные установки
Судовые паровые котельные установки производят пар, необходимый для работы главных машин, а также и для других вспомогательных целей на судах с паровыми поршневыми или паротурбинными силовыми установками. В зависимости от потребителей пара судовые котлы разделяют на главные, обеспечивающие главные машины паром, и вспомогательные, питающие вспомогательные механизмы и подающие пар для других нужд.
Главные судовые паровые котлы должны обладать высокой степенью надежности в работе, выдерживая быстрое изменение режима работы, а для обеспечения форсированного хода судна временно увеличивать паропроизводителыюсть сверх нормального количества.
На судах в качестве главных паровых котлов применяют в большинстве случаев водотрубные котлы. Поверхность нагрева водотрубных котлов составляют трубы, заполненные водой и омываемые снаружи горячими газами, получаемыми в результате горения топлива. В отличие от труб водотрубных котлов трубы огнетрубных котлов, наоборот, омываются горячими газами изнутри, а снаружи находится вода, подлежащая испарению. На судах находят применение также и комбинированные котлы, по своей конструкции близкие к огнетрубным, но имеющие элементы и водотрубных котлов.
Котлы бывают с естественной и принудительной циркуляцией воды. Прямоточными котлами называются такие, у которых при принудительной циркуляции воды она за один раз прохождения по трубкам полностью превращается в пар.
Применяющиеся на морских судах в качестве главных паровых котлов водотрубные котлы с естественной циркуляцией барабанного типа имеют высокую удельную паропроизводительность, достигающую 80 кг/м2 в час и при давлении 100-120 атм. К. п. д. этих котлов достигает 93%.
Такие котлы обладают большой надежностью в эксплуатации. Малое количество находящейся в них воды позволяет быстро вводить их в действие, а поддержание постоянного давления пара во время эксплуатации требует обязательного автоматического регулирования.
Вспомогательные судовые паровые котлы служат для обеспечения паром вспомогательных механизмов, для обогрева помещений, для других нужд на судах, где в качестве главных двигателей установлены двигатели внутреннего сгорания (дизели или газовые турбины). Часто на теплоходах устанавливают вспомогательные котлы, использующие тепло отработанных газов двигателей внутреннего сгорания. Такие котлы называются утилизационными.
На всех теплоходах, наряду с утилизационными котлами, работающими только на ходу судна, устанавливают вспомогательные паровые котлы, обеспечивающие паром потребителя на стоянке, или водотрубные комбинированные котлы, работающие на ходу судна как утилизационные, а на стоянке – как обычные вспомогательные котлы, отапливаемые жидким топливом.
§ 45. Турбинные установки
Судовые турбины служат для преобразования тепловой энергии пара или газа в механическую работу. Метод превращения энергии в турбине не зависит от рабочего тела, которое используется в турбине. Поэтому рабочие процессы, протекающие в паровых турбинах, не имеют существенного отличия от рабочих процессов, протекающих в газовых турбинах, а основные принципы проектирования паровых и газовых турбин одинаковы.
Свежий пар или газ, поступая в сопло, являющееся направляющим аппаратом, расширяется, потенциальная энергия превращается в кинетическую, и пар или газ приобретают значительную скорость. По выходе из сопла пар или газ попадает в каналы рабочих лопаток, насаженных на обод турбинного диска, сидящего на валу турбины. Рабочее тело давит на изогнутые поверхности рабочих лопаток, заставляя диск с валом вращаться. Совокупность рассматриваемых таких направляющих аппаратов (сопел) и рабочих лопаток на турбинном диске называется ступенью турбины. Турбины, имеющие лишь одну ступень, называются одноступенчатыми в отличие от многоступенчатых турбин.
Турбины по принципу работы рабочего тела (пара или газа) разделяют на две основные группы. Турбины, в которых расширение, пара или газа происходит только в неподвижных направляющих аппаратах, а на рабочих лопатках используется лишь их кинетическая энергия, называются активными. Турбины, в которых расширение пара или газа происходит также и при движении рабочего тела в каналах рабочих лопаток, называются реактивными. Турбины вращаются только в одну сторону и являются нереверсивными, т. е. они не могут изменять направление вращения. Поэтому на одном валу с главными турбинами переднего хода обычно предусматривают турбины заднего хода. Мощность судовых турбин заднего хода не превышает 40-50% мощности турбин переднего хода. Поскольку эти турбины не должны обеспечивать высокую экономичность в работе, число ступеней в них невелико.
Судовые паротурбинные установки, работающие при начальном давлении пара 40-50 атм и температуре пара 450-480° С, имеют экономический к. п. д. 24-27%.
Экономическим (эффективным ) к. п. д. называется отношение тепла, превращенного в полезную работу, к теплу, развивающемуся при полном сгорании затраченного топлива. Эффективный к. п. д. характеризует экономичность двигателя. При повышении давления до 70-80 атм и температуры пара до 500- 550° С экономический к. п. д. возрастает до 29-31%. Дальнейшее повышение начального давления пара и совершенствование установок позволит увеличить к. п. д. судовой паротурбинной установки примерно до 35%.
Работа над судовыми газотурбинными установками (ГТУ) по существу носит еще экспериментальный характер, так как все еще не создано их серийной конструкции.
Газовая турбина отличается от паровой тем, что рабочим телом ее является не пар из котлов, а газы, образующиеся при сгорании топлива в специальных камерах.
Устройство и работа газовой турбины аналогичны устройству и работе паровой турбины. Они также бывают активные или реактивные, однокорпусные, многокорпусные и т. п. Отличаются газовые турбины от паровых более высокими температурными нагрузками: температура горячих газов бывает в пределах 700-800° С. Разница в температурном режиме уменьшает ресурсы времени работы газовых турбин.
В зависимости от способа сжатия воздуха и образования горячих газов различают газотурбинные установки с камерой горения и ГТУ со свободно-поршневыми генераторами газа (СПГГ). Отрицательным качеством ГТУ является большая потеря тепла при отводе отработавших газов.
Методом повышения экономичности ГТУ является использование тепла отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, так называемая регенерация.
Применение регенерации с одновременным двухступенчатым сжатием воздуха повышает эффективный к. п. д. установки до 28-30%. Такие ГТУ находят применение в качестве судовых силовых установок.
В судовой газотурбинной установке с камерой горения (рис.69) атмосферный воздух засасывается, сжимается компрессором низкого давления 1, располагаемым на одном валу с газовой турбиной 5, и направляется в холодильник 2, охлаждаемый забортной водой. Охлажденный воздух поступает в компрессор высокого давления 3, где снова сжимается до более высокого давления, после чего подается в регенератор 4, откуда подогретый отработавшими газами идет в камеру горения 6, где сгорает подающееся туда топливо. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине 5 и через регенератор, отдав в нем часть тепла воздуху, выходят в атмосферу или используются в утилизационном котле.
Рис. 69. Схема газотурбинной установки с регенерацией и двухступенчатым сжатием воздуха.
Энергия, развиваемая в газовой турбине, не полностью используется по основному назначению, а частично расходуется на привод компрессоров. Для запуска газовой турбины ее необходимо раскрутить пусковыми электромоторами.
Газотурбинная установка со свободно-поршневым генератором газа (СПГГ) представляет собой активную или реактивную турбину и дизельный цилиндр, в котором происходит сжигание топлива. Комбинированная газотурбинная установка с СПГГ показана на рис. 70.
Цилиндр СПГГ 1 имеет два рабочих поршня 2 на одних штоках с поршнями компрессоров 3. При сгорании смеси воздуха с топливом, подаваемым через форсунку 11, газы в цилиндре расширяются, раздвигая поршни. В полостях 6 компрессорных цилиндров 5 создается разряжение и через клапаны 7 атмосферный воздух засасывается. Одновременно в полости 4 компрессорных цилиндров воздух сжимается и рабочие поршни возвращаются в исходное положение.
При расхождении поршней в цилиндре открываются сначала выхлопные окна 9, а затем продуваются окна 10. Отработанные газы через выхлопные окна поступают в ресивер 8 и оттуда – в газовую турбину 12.
При обратном ходе компрессорных поршней выхлопные и продувочные окна закрываются, воздух из полости 6 нагнетается в продувочный ресивер, а воздух в рабочем цилиндре сжимается. В конце сжатия температура воздуха поднимается и впрыснутое в этот момент форсункой топливо воспламеняется. Начинается новый цикл работы свободно-поршневого генератора газа.
Эффективный к. п. д. такой комбинированной газотурбинной установки с СПГГ приближается к 40%, что делает выгодной их установку на судах. Газотурбинные установки с СПГГ перспективны и будут широко использоваться на судах в качестве главных двигателей.
Рис. 70. Схема газотурбинной установки со свободно-поршневым генератором газа (СПГГ).
Судовые ядерные установки служат для получения тепловой энергии в результате деления ядер расщепляющихся элементов, которое происходит в аппаратах, называемых ядерными реакторами. Суда с такими установками имеют практически неограниченную дальность плавания.
Энергия, выделяемая реакцией деления ядер при использовании 1 кг урана, примерно равна энергии, получаемой при сжигании 1400 т мазута. Суточный расход ядерного топлива на транспортных судах исчисляется лишь десятками граммов. Срок смены тепловыделяющих элементов в судовых реакторах равен двумтрем годам. Несмотря на большой вес ядерной установки, вызванный большим весом биологической защиты, полезная грузоподъемность судов с ядерными установками, значительно больше грузоподъемности судов равных размерений, имеющих общепринятые силовые установки. Увеличение грузоподъемности на этих судах объясняется отсутствием на них обычного топлива.
Для повышения скорости движения судов применение установок, работающих на ядерной энергии, является экономически выгодным, позволяет повысить мощность силовых установок без резкого увеличения их веса. Решающим преимуществом судовых ядерных установок является отсутствие потребности в воздухе при их работе. Эта особенность позволяет решить проблему длительного движения судов под водой. Как известно, суда, плавая под водой, в однородной среде, встречают меньшее сопротивление, чем надводные суда, и, следовательно, при равных мощностях двигателей могут развивать большие скорости. Подводные транспорты большого водоизмещения могут быть значительно выгоднее в эксплуатации, чем надводные суда того же водоизмещения.
В качестве ядерного топлива для современных судовых реакторов применяется искусственно обогащенный уран с содержанием изотопа U235 в количестве 3-5%.
Та часть реактора, в которой совершается цепная реакция, называется активной зоной. В эту зону вводят особое вещество – замедлитель нейтронов, замедляющее движение нейтронов до скорости теплового движения. В качестве замедлителя применяется простая вода (Н20), тяжелая вода (D20), бериллий или графит.
По типу активной зоны реакторы делят на гомогенные и гетерогенные. В гомогенных реакторах ядерное топливо и замедлитель представляют собой однородную смесь. В гетерогенных реакторах ядерное топливо располагается в замедлителе в виде стержней или пластин, называемых тепловыделяющими элементами. В судовых ядерных силовых установках применяется единственный тип – гетерогенные реакторы.
При совершении ядерной реакции около 80% энергии превращается в тепло, а 20% выделяется в виде излучений (а, в и у), а- и в-излучения особенной опасности не представляют. Но вот у-излучения и нейтронные излучения, обладающие большой проникающей способностью, вызывают вторичное излучение во многих материалах. При этом излучении в организме человека возникают тяжелые заболевания. Для предотвращения такого излучения ядерные силовые установки должны иметь надежную защиту, называемую биологической. Биологическую защиту обычно выполняют из металла, воды и бетона, она имеет значительные габариты и вес.
Наиболее мощной и технически совершенной судовой ядерной силовой установкой на гражданских судах является силовая установка на ледоколе «Ленин» – самом мощном ледоколе в мире.
Мощность четырех его турбин равна 44 000 л. с.
Главная энергетическая установка ледокола «Ленин» выполнена по следующей схеме (рис. 71). На ледоколе установлены три реактора 1 со стабилизаторами давления 2 в первом контуре. Замедлителем и теплоносителем служит обычная вода под давлением около 200 атм. Вода реактора подается в парогенераторы 3 при температуре около 325° С циркуляционными электронасосами 4. В парогенераторах получается пар второго контура под давлением 29 атм и с температурой 310° С, который приводит в действие четыре паровых турбогенератора 5. Отработавший пар проходит через конденсаторы 6 в виде конденсата и используется снова, совершая работу по замкнутому циклу.
Реакторы, парогенераторы и насосы активной зоны окружены биологической защитой из слоя воды и стальных плит толщиной 300-420 мм.
Рис. 71. Схема энергетической установки ледокола «Ленин»
Судовые турбореактивные двигатели применяются на судах на подводных крыльях или на судах специального назначения. Часто встречающаяся схема турбореактивного двигателя приведена на рис. 72.
При движении двигателя влево (по стрелке А) воздух поступает в его корпус и сжимается турбокомпрессором 1. Сжатый воздух подается в камеру горения 2, в которой сгорает поступающее одновременно топливо. Из камеры 2 продукты сгорания направляются в газовую турбину 3. В турбине газы частично расширяются, совершая этим работу для привода турбокомпрессора. Дальнейшее расширение газа происходит в сопле 4, откуда он с большой скоростью вырывается в атмосферу. Реакция вытекающей струи обеспечивает движение судна.
Парогазовая турбинная установка, работающая по циклу Вальтера, была применена на немецких подводных лодках во второй мировой войне с целью увеличения их скорости в подводном положении. Лодка с такой установкой могла в течение 5-6 ч развивать большие скорости подводного хода, доходящие до 22-25 узл.
Окислителем в этом цикле служила перекись водорода высокой (80%) концентраций, которая в присутствии катализатора разлагается в специальной камере на водяной пар и кислород, выделяя значительное количество тепла. В камере горения в кислороде сжигалось жидкое топливо с одновременным впрыскиванием туда же пресной воды. Энергия получающейся парогазовой смеси с высоким давлением и высокой температурой использовалась в парогазовой турбине. Отработавшая парогазовая смесь охлаждалась в конденсаторе, где водяной пар превращался в воду и поступал опять в систему, питательной воды, а углекислота откачивалась за борт.
Основными недостатками этих установок являлась малая дальность плавания лодок максимальными ходами, повышенная пожароопасность из-за наличия на лодке большого количества перекиси водорода, зависимость их нормальной работы от глубины погружения и высокая стоимость как самой установки, так и ее эксплуатации.
В Англии в послевоенные годы была построена подводная лодка «Эксилорер» с силовой установкой такого типа. На проведенных испытаниях было определено, что стоимость ее одного ходового часа эквивалентна стоимости 12,5 кг золота.
§ 46. Двигатели внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются поршневыми тепловыми двигателями, в которых топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующаяся при сгорании смесь газов, расширяясь, перемещает поршень, совершающий механическую работу – вращение вала.
В качестве судовых ДВС в большинстве случаев применяются только дизели. Дизелями называются такие ДВС, в которых топливо, вводимое в цилиндр, в конце сжатия в нем поршнем свежего воздуха самовоспламеняется под действием температуры, поднявшейся вследствие образовавшегося в цилиндре высокого давления.
Двигатели, работающие на бензине с внешним смесеобразованием (карбюраторные двигатели) и с искусственным зажиганием топлива от электрической искры, устанавливают преимущественно на легких судах и быстроходных катерах.
Двигатели, в которых свежий воздух поступает в цилиндры под давлением выше атмосферного, называются двигателями с наддувом . Большинство ДВС средней и большой мощности бывают двигателями с наддувом.
Как известно, двигатели делятся на четырёхтактные , в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, и двухтактные , в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.
В соответствии с количеством оборотов коленчатого вала различают двигатели тихоходные и быстроходные . Дизели, совершающие 100-200 об/мин, называются малооборотными.
Двигатели внутреннего сгорания разделяются на реверсивные – те, которые могут менять направление вращения, и на нереверсивные . Судовые двигатели в большинстве случаев являются реверсивными. Нереверсивные двигатели устанавливают для привода электрических генераторов.
Рис. 73. Схема устройства для работы дизеля подводной лодки на перископной глубине. 1 – воздушная шахта; 2 – обтекатель; 3 – головка с клапаном; 4 – шаровой поплавок, управляющий клапаном; 5 – козырек выхлопной шахты; 6 – выхлопная шахта; 7 – клапан; 8 – рычаг.
При работе нереверсивных двигателей на винт их снабжают реверсивными муфтами или реверс-редукторами, обеспечивающими изменение вращения винта без остановки двигателя или перемены направления вращения коленчатого вала. Нереверсивные двигатели могут быть применены при использовании винтов регулируемого шага (ВРШ).
Обычно судовые дизели средней и большой мощности делаются реверсивными с особым устройством, обеспечивающим перемену направления вращения коленчатого вала.
В качестве топлива для судовых дизелей используют тяжелые сорта жидкого топлива – дизельное и моторное.
Эффективный к. п. д. современных малооборотных дизелей достигает 42%, быстроходных- 37%. Наибольший эффективный к. п. д. и наименьший удельный расход топлива-у двигателей большой мощности. В опытных образцах двигателей с высоким наддувом эффективный к. п. д. достигает 45%.
Пуск в ход дизелей осуществляется сжатым воздухом, подаваемым из специальных пусковых баллонов под давлением 25- 30 атм, содержащих запас воздуха не менее чем на 6 пусков. На судах применяют как четырехтактные, так и двухтактные двигатели. Наибольшая мощность четырехтактных двигателей обычно не превышает 1500 э. л. с, поэтому в большинстве случаев на судах они применяются как вспомогательные и лишь в установках малой мощности – в качестве главных двигателей. В качестве же главных двигателей средней и большой мощности применяют двухтактные двигатели. На современных морских теплоходах ставят мощные малооборотные двигатели с непосредственной перодачей вращения на гребной вал.
«Единый двигатель» представляет собой энергетическую установку, обеспечивающую работу обычного дизеля подводной лодки в подводном положении по замкнутому циклу. Эта установка работает на окислителе, которым служит газообразный или жидкий кислород, содержащейся в баллонах. Выхлопные газы дизеля, очищенные и обогащенные кислородом, снова подаются во всасывающий коллектор, а избыточное количество газов отводится за борт.
На опытной немецкой подводной лодке среднего водоизмещения, построенной в период второй мировой войны, была предусмотрена установка, работающая по замкнутому циклу, мощностью всего лишь 1500 л. с. Суммарный удельный расход топлива и кислорода при работе этой установки был очень велик. Поэтому основными недостатками подводных лодок с-«единым двигателем» является малая дальность плавания, зависящая от запасов кислорода, а также повышенная взрыво- и пожароопасность в помещениях лодки.
Работа дизеля под водой (РДП) обеспечивается устройством, выдвигающимся на поверхность воды при плавании подводной лодки на перископной глубине и подающим наружный воздух. Впервые это устройство было применено в 1944 г. на немецких подводных лодках и получило название «шноркеля».
Принципиальная схема такого устройства показана на рис. 73.
§ 47. Передача мощности двигателей на гребной вал
Передаточные механизмы от главного судового двигателя на гребной вал служат главным образом для снижения количества оборотов ГССУ, передающихся движителю. Для получения максимального значения пропульсивного к. п. д. гребного винта его обороты ограничивают оптимальным значением, не превышающим 300 об/мин. Некоторые же из рассмотренных выше двигателей работают со скоростью вращения свыше 300 об/мин. На всех турбинных судах установлены быстроходные турбины с числом оборотов 3000-9000 об/мин, а в отдельных случаях даже 20 000 об/мин.
Таким образом, в зависимости от оборотов главных двигателей существуют зубчатые или электрические передачи мощности гребным винтам (рис. 74).
Предпочтение отдается зубчатой передаче (редуктору), обладающей высоким к. п. д., достигающим 98%, большой надежностью в работе и невысокой стоимостью.
Распространенной схемой зубчатой передачи является двойная зубчатая передача для одновинтового судна.
На рис. 74, б изображена размещенная в одном корпусе турбина высокого давления переднего хода, а в другом-турбина Низкого давления переднего хода, на одном валу с турбиной заднего хода. Венцы зубчатой передачи выполняют с косыми зубцами для обеспечения большей плавности зацепления и большей прочности.
Рис. 74. Схема передачи вращающего момента главного судового двигателя на гребной винт: а – прямая передача; б – двойная зубчатая передача (ТВД – турбина высокого давления; ТНД – турбина низкого давления, ТЗХ – турбина заднего хода); в – электрическая передача (ДГ – дизель-генераторы; ЭД – электродвигатель); г – дизель-редукторная передача. 1 – тихоходный двигатель; 2 – линия вала; 3 – дейдвудная труба; 4- упорный подшипник; 5 – турбозубчатый агрегат; 6 – восьмицилиндровые дизели; 7 -редуктор; 8 – гидравлические муфты; 9 – шестицилиндровые дизели.
Для запуска главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА) предусматривается валоповоротное устройство с электрическим приводом.
На морских судах с дизельными установками применяют три основных типа передачи вращательного момента на гребной винт: непосредственную (прямую)-от тихоходных дизелей (рис. 74, а); зубчатую (дизель-редукторную – рис. 74, г) и электрическую (дизель- или турбоэлектрическую – рис. 74, в). Установки с непосредственной передачей наиболее экономичны потому, что у них отсутствуют потери в самой передаче и высока экономичность самих малооборотных дизелей. Однако вес таких установок значителен и длина линии вала велика.
Передаточные отношения редукторов приняты в дизель-редукторных установках в пределах от 2 : 1 до 4,5: 1, в одноступенчатых турбозубчатых агрегатах – от 15:1 до 20: 1 и в двухступенчатых турбозубчатых агрегатах 160: 1.
На один гребной вал могут работать один, два, три или четыре двигателя, и наоборот, один двигатель может работать на два вала. В таких случаях валы двигателей соединяются с ведомыми валами редукторов через гидравлические муфты, позволяющие отключать от редуктора любой из двигателей.
Главные судовые установки с электрической передачей на гребной винт имеют существенные преимущества по сравнению с ГССУ с зубчатой передачей, основные из которых: отсутствие турбины заднего хода, значительно более короткий валопровод, большее удобство маневрирования установкой (особенно в установках, работающих на постоянном токе), проще конструкция турбинной установки и т. п. Как в турбо, так и в дизель-электрических установках несколько двигателей могут работать на один гребной вал, и наоборот, один двигатель может работать на несколько гребных валов.
Однако электрические передачи на судне имеют и крупные недостатки. Первый из них – низкий к. п. д. (0,85-0,90), большой относительный вес, сложное и дорогое оборудование и высокая стоимость установки.
Дистанционное управление двигателями, осуществляемое с мостика судна, позволяет ускорить выполнение маневра, с большей надежностью передать и исполнить приказание, уменьшить состав машинной команды и облегчить ее напряженную работу.
Все современные системы дистанционного управления основаны на использовании пневматической, гидравлической и электрической передачи или их различных комбинаций. Эти системы создают возможность производить из рулевой рубки пуск двигателей, изменение их оборотов, реверс и остановку. Приборы, показывающие работу двигателей (число оборотов, температуру смазочных масел, охлаждающей воды и т. д.), размещены также в рулевой рубке.
Управление главным двигателем возможно как из рулевой рубки или с мостика, так и с центрального поста управления (ЦПУ) в машинном отделении или с поста управления двигателем. Число оборотов винта задается машинным телеграфом, к которому подключена электрическая схема. При отклонении параметров от заданных величин на сигнальном щитке загорается сигнальная лампа или раздается звуковой сигнал, автоматически снижается число оборотов и, если положение не изменяется, через некоторое время происходит остановка двигателя.
При переходе на ручное управление система автоматически отключается от источника питания.
Глава X. Электрооборудование судов
§ 48. Общие сведения
Применение на судах электрической энергии в корне изменило условия их эксплуатации, намного облегчив трудоемкие судовые работы, улучшило условия судовождения и управляемость судна, сделало возможным постоянную радиосвязь судна, находящегося в море, с отдаленными на большие расстояния объектами, а также определение местонахождения судна при отсутствии видимости. Появились новые эффективные средства сигнализации и намного улучшились условия обитаемости судна в целом.
Рис. 75. Принципиальная схема электроэнергетической системы. 1 – источники электроэнергии; 2 – главный распределительный щит; 3 – электрические сети; 4-групповые распределительные щиты; 5 – потребители электрической энергии.
Использование ядерной энергии для движения судов, развитие автоматизации судовождения и управления судовыми машинами и механизмами стало осуществимо только при электрификации судов.
Для получения электрической энергии, передачи ее и распределения по потребителям на судах предусмотрена электроэнергетическая система.
Основными элементами всякой судовой электроэнергетической системы являются (рис. 75):
1) источники электроэнергии, состоящие из генераторов постоянного или переменного тока и аккумуляторных батарей; кроме того, судовые электроэнергетические системы имеют различные преобразователи рода тока, его напряжения и частоты;
2) распределительные устройства, состоящие из щитов с аппаратами, распределяющими электроэнергию, и с приборами для управления работой электроустановок и контроля за ней;
3) электрические сети, состоящие из кабелей и проводов, передающих электрическую энергию от источников к потребителям;
4) потребители электрической энергии, представляющие собой различные электродвигатели, преобразующие электроэнергию в механическую работу, а также приборы и аппараты, преобразующие ее в другой вид энергии – тепловую, световую, электромагнитную и пр.
Во время эксплуатации должна быть обеспечена быстрая и надежная защита всех элементов судовых электроэнергетических систем от ненормальных режимов работы (от короткого замыкания или перегрузки). Защита сетей от таких режимов осуществляется автоматическими выключателями (автоматами) или предохранителями.
Основными параметрами судовой электроэнергетической системы считаются: род тока, его напряжение и частота.
Род судового тока выбирается в зависимости от требований потребителей. В судовых электроэнергетических системах применяются как постоянный, так и трехфазный переменный ток. Двигатели постоянного тока обладают следующими преимуществами, делающими их в ряде случаев незаменимыми в эксплуатации:
Двигатели постоянного тока обладают следующими преимуществами, делающими их в ряде случаев незаменимыми в эксплуатации:
а) возможность значительных перегрузок машин при больших пусковых моментах;
б) возможность плавного регулирования числа оборотов двигателей, осуществляемого при помощи реостатов, а также быстрое изменение направления вращения и возможность торможения;
в) относительная простота управления электроприводами.
Но электрические установки постоянного тока имеют и значительные недостатки: большие габариты и вес; сложность конструкций, влияющую на надежность работы машин; относительно низкий к. п. д.
Двигатели переменного тока с пусковой аппаратурой значительно проще по конструкции и надежнее в эксплуатации
Напряжение судового тока в электроэнергетических системах находится в прямой зависимости от мощности и расстояния, на которое передается электроэнергия от источника до потребителя.
На судах напряжение тока, в зависимости от его применения, регламентируется в пределах:
для постоянного тока 12-230 в;
для переменного тока 12, 24, 127, 230 и 400 в.
По требованию техники безопасности считается безопасным напряжение 12 в переменного тока и 24 в постоянного тока.
Наименьшая частота переменного тока в судовых электроэнергетических системах принимается равной 50 гц. В связи со стремлением уменьшать габариты и веса электрических двигателей переменного тока появилась тенденция к повышению номинальной частоты тока с 50 до 400 гц.
Установленное на судах электрооборудование работает в особых условиях, которые должны быть учтены при монтаже оборудования на судне. Эти условия вынуждают предъявлять к изготовлению судового электрооборудования особые требования, отличающиеся от требований к однотипным промышленным образцам.
Судовое электрооборудование должно быть выполнено из коррозионностойких и прочных материалов для повышения надежности его работы, иметь пониженные центры тяжести, а также отвечать другим специальным требованиям.
§ 49. Источники электрической энергии
Источниками электрической энергии на судах являются генераторы постоянного или переменного тока.
Судовые генераторы приводятся в движение двигателями, которые в зависимости от типа главной судовой силовой установки могут быть паровыми турбинами или дизелями. Однако дизельгенераторы применяются даже и на паровых судах, так как, по сравнению с турбинами, они обладают тем преимуществом, что не требуют постоянного поддержания в рабочем состоянии котельной установки при неработающем ГТЗА, обеспечивают быстрый пуск дизеля в ход, экономичное расходование топлива и т. д. К недостаткам дизелей следует отнести ограниченный моторесурс их работы.
По назначению судовые электрогенераторы подразделяются на основные, резервные, стояночные и аварийные
Основные электрогенераторыобеспечивают питание судовых электропотребителей в ходовом режиме или при другом большом потреблении электроэнергии: снятии с якоря, на специальных режимах и т. д.
Резервные электрогенераторы предназначаются для замены основных, при выходе последних из строя, при плавании судна в узкостях и в опасной обстановке.
Стояночные генераторы служат для питания судовых потребителей на стоянке судна при неработающих судовых устройствах и механизмах.
Аварийный электрогенератор, обычно автоматически запускающийся и включающийся в сеть не позже чем через 10 сек после исчезновения в судовой электросети напряжения, должен обеспечить питанием аварийные потребители (освещение, связь, спасательные устройства, противопожарные средства и т. п.). Поэтому в качестве аварийных генераторов чаще всего используют дизель-генераторы, характеризующиеся быстротой запуска; их устанавливают в специальных, предназначенных только для этой цели помещениях, расположенных выше палубы непотопляемости (переборок).
Для выбора числами мощности генераторов судовой электростанции составляется таблица электрической нагрузки, в которой учитываются все судовые потребители и потребляемая ими электрическая мощность на любом режиме работы судна. Выбор этот производится с таким расчетом, чтобы при наименьшем количестве генераторов и наибольшей их загрузке обеспечить электроэнергией все судовые потребители, предусматривая еще свободный резерв мощности.
На судах применяют также валогенераторы, приводимые во вращение передачей от гребного вала на ходу судна. Валогенераторы позволяют использовать обычно 10-15%-ный запас мощности главной силовой установки, повышая этим ее к. п. д. и экономичность, а также сохраняя ограниченные моторесурсы вспомогательных двигателей.
Аккумуляторы электрической энергии широко применяют на судах в качестве резервного, аварийного, а иногда и основного источника электроэнергии. От аккумуляторов питаются различные виды связи и сигнализации: телефонная, звонковая, противопожарная, температурно-тревожная и т. п. Аккумуляторы служат источником питания малого аварийного освещения, радиоаппаратуры и т. п. Аккумуляторы применяют и для питания гребных электрических установок дизель-электрических подводных лодок. Однако аккумуляторы обладают существенными недостатками, такими, как относительно низкий к. п. д., большая первоначальная стоимость, недолговечность, необходимость тщательного ухода за ними, значительный вес, выделение взрывоопасных и вредных газов и др.
На судах применяют кислотные и щелочные аккумуляторы.
Кислотные аккумуляторы имеют меньшие габариты, у них надежное постоянство напряжения при больших разрядных токах и т. д.
Щелочные же аккумуляторы обладают большой механической прочностью, переносят короткие замыкания, имеют больший срок службы, по сравнению с кислотными, и являются более надежными в работе.
Преобразователи электрического тока служат для питания отдельных потребителей током необходимого рода, напряжения и частоты, отличных от тех, которые приняты в основной судовой электроэнергетической системе. Преобразователи подразделяются на вращающиесяи статические.
Вращающиеся преобразователи являются трех-, двух- или одномашинными агрегатами; они состоят из двигателей и одного или двух генераторов, смонтированных на общей фундаментной раме.
Такие агрегаты преобразовывают переменный ток в постоянный, постоянный – в переменный или постоянный различных напряжений и частоты и т. д.
Статические преобразователи основаны на использовании электронов, ионов или полупроводниковых вентилей (управляемых или неуправляемых приборов). Эти преобразователи имеют весьма небольшой вес и габариты, высокий к. п. д., высокую механическую прочность, они надежны в работе, бесшумны и обладают рядом других положительных качеств.
Поскольку общесудовым током преимущественно является переменный ток, а многочисленные приборы и аппараты работают на постоянном токе, наиболее распространенными преобразователями тока на судах являются выпрямители – устройства, преобразующие переменный ток в постоянный.
Электрогенераторы размещаются в машинном отделении, а на больших судах – в специальных помещениях – электростанциях, где устанавливается и главный распределительный щит с коммутационной аппаратурой и контрольно-измерительными приборами.
Аккумуляторные батареи располагаются в специальных помещениях с хорошей вентиляцией, кислотные аккумуляторы должны быть расположены отдельно от щелочных.
Преобразователи обычно размещаются в непосредственной близости от потребителей – в свободном и защищенном помещении.
§ 50. Главный распределительный щит
Главный распределительный щит (ГРЩ) -центральный пункт, куда поступает электрическая энергия от источников (генераторов) и где она распределяется между различными группами потребителей на судне. ГРЩ выполняется в виде панели со смонтированной пусковой и регулировочной аппаратурой – реостатами, регуляторами, защитной аппаратурой и автоматами, предохранителями, реле, контрольно-измерительными приборами, сигнальными устройствами и т. п.
ГРЩ устанавливается в плоскости шпангоутов на возвышенной площадке, чтобы надзор за размещенными на нем приборами и сигнализацией был возможен из многих мест помещения. На судах монтируют ГРЩ закрытого типа, на которых все токоведущие части выводятся с внутренней стороны щита, подход к которой должен быть тщательно огражден. На лицевой стороне щита размещаются только панели контрольно-измерительных приборов, сигнальные устройства и рычаги управления аппаратурой.
Помимо ручного управления судовой электростанцией предусматривается также дистанционное и автоматическое управление ею из центрального поста управления (ЦПУ) или из рулевой рубки.
Из ЦПУ производят пуск и остановку генераторов. Автоматическое управление судовой электростанцией предусматривает автоматическую синхронизацию генераторов при их одновременной работе отключение второстепенных потребителей при наступающей перегрузке генераторов, запуск аварийного дизель-генератора и подключение к нему потребителей, которые должны работать в аварийном режиме.
Электрический ток передается от ГРЩ к потребителям по электрическим сетям, состоящим из кабелей или проводов и распределительных устройств.
§ 51. Судовые электрические сети, кабели и провода
Электрические сети подразделяются на силовую сеть, питающую электроприводы судовых механизмов машинно-котельных отделений, судовых устройств и т. п.;
осветительную сеть, питающую осветительные приборы всех помещений, сигнальных и отличительных огней и т. д.;
сеть основного аварийного освещения, питающую цепи, работающие в аварийном режиме – сигнальные и отличительные огни, светильники коридоров и путей эвакуации, постов управления, шлюпочных палуб и т. п.;
сеть малого аварийного освещения, питающую от аккумуляторных батарей светильники постов управления, приборов, проходов и трапов, районов около спасательных шлюпок и т. д.;
сеть слабого тока, питающую цепи телефонов, судовых телеграфов, радиосвязи, пожарной сигнализации и пр.;
сеть переносного освещения, питающую переносные лампы освещения, вспомогательные бытовые или подсобные приборы и т. п.; сеть электронавигационных приборов, питающую гирокомпасы, эхолоты, электромеханические лаги, радиолокацию и пр.
Системы распределения электрической энергии от ГРЩ к потребителям по конструктивному выполнению разделяются на магистральную, радиальную (фидерную), кольцевую и смешанную.
При магистральной системе питание от ГРЩ к потребителям подается по одной магистрали через магистральные коробки (МК) или через вторичные распределительные щиты (ВРЩ).
Радиальная система предусматривает питание каждого ВРЩ или ответственного или мощного потребителя по отдельным фидерам (проводам или кабелям).
Кольцевая система характерна двусторонним питанием потребителей электроэнергии по круговому кабелю или проводу. Эта система обладает повышенной живучестью и предусматривается преимущественно на судах специального назначения. При кольцевой системе ответственный потребитель электроэнергии обеспечивается двойным питанием: первый кабель питания прокладывается по одному борту судна, а второй -п о другому. Оба кабеля в специальных режимах плавания судна находятся под напряжением, и в случае выхода из строя одного из них потребитель автоматически переключается на питание от другого кабеля.
Смешанная система предусматривает питание одной части потребителей по магистральной системе, другой части – по радиальной.
Судовые кабели и провода, проводящие электроэнергию на судне от источников к потребителям, изготовляют из мягкой медной проволоки, изоляция жилы которой может быть различной: из резины, поливинилхлорида и других пластмасс, лакоткани и минеральных изоляционных материалов с оболочкой из свинца, трудносгораемой резины и т. п. Кроме того, кабели должны иметь броню, защитную панцирную оплетку из стальной оцинкованной проволоки или других стойких материалов для защиты от механических повреждений (одновременно служащую и экраном от радиопомех). В отсеках и судовых помещениях кабель прокладывается по специальным мостам, панелям и кассетам, а на открытых участках – по газовым трубам или защищается металлическими кожухами.
При прохождении кабеля через водонепроницаемые переборки и палубы ставятся специальные переборочные или палубные кабельные коробки или сальники, которые по наружной поверхности привариваются к переборкам или палубам. Внутри для уплотнения пространства между кабелем и стенками кабельные коробки заполняются специальными массами.
Выбор марки кабеля или провода для судовых сетей зависит от их назначения и вида помещений, в которых они прокладываются.
Глава XI. Судовые навигационные приборы и связь
§ 52. Электро и радионавигационные приборы
На каждом судне для следования по намеченному курсу, выбора пути следования, контроля местонахождения в открытом море с учетом изменяющейся навигационной и гидрометеорологической обстановки предусматриваются навигационные приборы.
Навигационные приборы, для работы которых используются электрическая энергия или принципы радиотехники, соответственно называются электро- или радионавигационными приборами.
К электронавигационным относятся приборы, определяющие курс и скорость судна: гирокомпас, авторулевой, автоматический прокладчик курса судна, электрический лаг, и установки, действия которых основаны на гидроакустике: Шумопеленгаторы, гидролокаторы и эхолоты.
Радионавигационные приборы применяются для определения местонахождения судна при отсутствии видимости берегов и состоят из радиопеленгаторов, радиомаяков, радиодальномеров и радиолокаторов.
Все навигационные приборы размещаются в ходовой рубке и на мостиках вблизи нее.
Важнейшим навигационным прибором на судне является компас. Компасо м называется прибор, предназначенный для определения компасного курса судна и направлений на видимые ориентиры на земле или на небесные светила.
На каждом судне, помимо электро- и радионавигационных приборов, в качестве запасных устанавливаются также магнитные компасы, действие которых основано на свойстве магнитной стрелки, свободно вращающейся на вертикальной оси, устанавливаться в каждом месте земной поверхности по направлению магнитного меридиана. Однако влияние массы стальных конструкций судна и электромагнитных полей, создаваемых работающим на нем электрооборудованием, вызывает отклонения стрелки компаса. Такое отклонение стрелки магнитного компаса от истинного положения магнитного меридиана называется девиацией.
Кроме того, на действие магнитного компаса оказывают влияние также магнитные склонения в отдельных районах Земли. Уничтожение магнитных девиаций – сложный вопрос, и в ряде случаев оно невозможно. Это затруднение привело к созданию гироскопического механического компаса (гирокомпаса).
Работа гирокомпаса основана на свойстве гироскопа (массивного диска-волчка), вращающегося с большой скоростью электромотором (превышающей 10 000 об/мин) в кардановом подвесе, устанавливаться осью волчка вдоль истинного (географического) меридиана Земли. На него не оказывают влияние ни магнитные массы, ни электрические токи судовых установок. Показания основного гирокомпаса, переданные через проводную синхронную передачу репитерами (приборами, повторяющими показания основного гирокомпаса) в ходовую рубку, позволяют штурманам определять курс судна в море без расчетов магнитаого склонения и девиации.
Основной гирокомпас размещается на судне в специальном помещении, называемом гиропостом, расположенным в ДП судна, в районе мидель-шпангоута.
Автопрокладчик – прибор, который на основании обработки механически поступающих к нему данных о курсе судна и пройденном расстоянии автоматически:
а) прокладывает путь судна на меркаторской карте (карта, построенная по системе прямоугольных географических координат);
б) показывает географическое местоположение судна в любое время суток.
Автопрокладчик состоит из счетно-решающих и вспомогательных механизмов, а также приборов, служащих для управления работой установки, и агрегатов питания.
Авторулевой – установка, автоматически удерживающая судно на заданном курсе. Авторулевой автоматически может изменить курс судна в соответствии с ранее выданным ему заданием, обеспечивает хорошую устойчивость судна на курсе, уменьшает рыскание судна в штормовую погоду и облегчает напряженную работу рулевого.
Авторулевой работает во всякую погоду и при любом состоянии моря. Его основными звеньями, как и всякой автоматической установки, являются: следящая система, исполнительные электродвигатели и обратная связь. Эти звенья обеспечивают автоматическое включение исполнительного электродвигателя при отклонении судна от заданного курса и отключение его при возвращении судна на заданный курс.
Более совершенными авторулевыми являются электромеханические бесконтактные установки с комбинированным пультом управления, совмещающим схемы автоматического следящего и штатного управления. Эта установка выполняет три вида управления рулевым приводом: а) штатное ручное; б) ручное от пульта авторулевого, работающего в следящем режиме, и в) автоматическое при работе авторулевого в автоматическом режиме.
Выносные посты электромеханического бесконтактного авторулевого, установленные на крыльях ходового мостика, позволяют в случае необходимости осуществить резкий поворот судна непосредственно с крыльев мостика, не прибегая к центральному пульту управления. После прекращения действия перекладной рукоятки судно автоматически возвращается на ранее заданный курс. Электронный авторулевой имеет еще ряд существенных преимуществ перед бесконтактным авторулевым. Основное преимущество заключается в его работе от специального путевого магнитного компаса, сигнал от которого усиливается электронным усилителем, питающимся постоянным током. Установка имеет малые габариты и вес. Эти преимущества электронного авторулевого позволяют использовать его на судах малого водоизмещения.
Лаг – прибор, служащий для определения скорости судна. На современных судах применяется гидродинамический лаг, работа которого основана на использовании изменения гидродинамического давления потока воды, обтекающего судно и зависящего от скорости движения судна.
Гидродинамический лаг отличается от устаревшего вертушечного лага не только принципом действия, но и большой чувствительностью, а следовательно и большей точностью.
Пройденное судном расстояние учитывается в гидродинамическом лаге счетно-решающим устройством, в которое входит мотор времени и регулятор скорости его вращения, передающегося на десятичный счетчик. Лаг определяет скорость движения судна в узлах, пройденное расстояние в милях и через синхронную передачу осуществляет дистанционные показания центральных приборов на репитеры, установленные в служебных помещениях судна.
Навигационные гидроакустические приборы работают на основе использования законов распространения звуковых волн в воде – их излучение и приема. В зависимости от соотношения размеров источника, излучающего колебания, и длины волны упругие колебания распространяются в воде либо во все стороны в виде сферических волн, либо в определенном направлении – в виде плоской волны.
На скорость распространения этих волн большое влияние оказывают температура, давление и соленость воды. Часто встречающаяся в морях слоистость воды (слои разной солености, температуры, направления течений, насыщенности планктоном и т. п.) искажают распространение волн, что приводит к ошибкам в определении глубины или пеленговании подводного предмета. Эти искажения с успехом используются для маскировки подводных лодок на глубине.
Эхолот – прибор, определяющий расстояние от днища судна до дна. Он работает на принципе измерения времени, необходимого для того, чтобы ультразвуковые колебания очень высокой частоты дошли от вибратора-излучателя, установленного на днище судна, до препятствия, встретившегося на пути их распространения (дна), отразились от него и вернулись к вибратору – приемнику на судне. Указатель глубины эхолота состоит из вращающегося диска и неоновой лампы. При начале колебаний лампа приведена к нулевому показателю шкалы. В момент возвращения отраженного колебания лампа вспыхивает и освещает деление, повернутое по отношению к лампе на угол, пропорциональный расстоянию до дна. Эхолоты непрерывно показывают глубину и могут записать ее на ленту. С помощью эхолотов можно заснять рельеф дна, обнаружить посторонние предметы (косяк промысловых рыб, затонувшие суда) и т. п.
Гидролокационная установка представляет собой излучатель двух возможных систем: спускающийся на специальном приспособлении через днище судна в воду (где он вращается в горизонтальной плоскости) или неподвижно закрепленный в специальной наделке в подводной части корпуса судна. Оба они излучают импульсные сигналы ультразвуковой частоты. По излучении серии импульсов вибратор через реле переключается на прием отражаемых колебаний.
Сигналы, отражаясь от препятствия в виде эха, поступают на приемник. Принятое эхо в приборах гидролокатора усиливается, и индикатором показывается расстояние до препятствия, отразившего сигнал.
Положением излучающей поверхности вибратора относительно ДП судна или показаниями репитера гирокомпаса по отношению к географическому меридиану определяется пеленг на обнаруженный предмет.
Радионавигацией называется использование принципов радиотехники для судовождения.
Как известно, электромагнитная энергия (радиоволны) характеризуется большим радиусом действия от источника ее распространения. Прохождение радиоволн не зависит от условий видимости, отражения от встречающихся по пути препятствий и т. п. Все эти свойства создают возможность с высокой эффективностью использовать радио для судовождения.
Радиопеленгование – определение направления на известную передающую радиостанцию. С помощью радиопеленгаторной установки, соединенной с показанием компаса, можно определить местонахождение судна в море при отсутствии видимости береговых ориентиров, проложить путь следования судна, плавать в узкостях и т. п.
Для обеспечения радиопеленгаторов радиосигналами на побережье устанавливаются радиомаяки, по радиосигналам которых суда ориентируются при пеленговании.
Радиопеленгатор – приемная радиостанция, в которой для определения направления на передающую радиостанцию – радиомаяк используются свойства направленности приемной антенны. В комплект радиопеленгатора входят: антенное устройство, показатель радиокурсового угла с учетом всех поправок, радиоприемник с головным телефоном и источники питания.
На основе широко применяющихся в авиации радиополукомпасов и радиокомпасов для судовождения созданы автоматические радиопеленгаторы (АРП), дающие возможность непосредственно отсчитывать пеленг сразу же после настройки приемника на радиостанцию.
Радиодальномер – система, определяющая расстояние до известных береговых радиостанций. В отличие от угломерных радионавигационных приборов радиодальномер определяет не угол, а расстояние (импульсные системы), или разность расстояния (фазовые системы) до двух береговых радиостанций.
Импульсные системы излучают в определенной последовательности радиоимпульсы на частотах, на которые настроены соответственно приемники береговой радиостанции. Приняв эти радиоимпульсы, береговая радиостанция посылает их обратно, как бы отражая радиоимпульсы судовой станции. По времени, затраченному на посылку и прием импульсов, зная постоянную скорость распространения радиоволн в атмосфере (равную 300 000 км/сек), вычисляют расстояние от судна до береговой радиостанции.
Фазовые же системы работают методом радиолага.
Расстояние между судовой (ведомой) и береговыми (главными) радиостанциями измеряется разностью фаз колебания одной частоты специальных приборов и определяется вычислительными счетными устройствами.
Радиолокатор служит для обнаружения объектов, находящихся на поверхности земли, воды и в воздухе в условиях отсутствия видимости (в темноте или тумане) и для определения координат этих объектов.
Работа радиолокационной установки основана на использовании явления отражения радиоволн, излучаемых станцией, от объектов, находящихся на пути их распространения. На экране электроннолучевой трубки появляются сигнальные изображения контуров, близких к карте местности, облучаемой радиолокаторной станцией, берега, кромки льда, береговых возвышенностей, знаков ограждения, судов, плавающих предметов и т. п.
Предельная дальность действия радиолокаторов обычно не превышает 100 миль, ограничивается прямой видимостью и определяется в первую очередь высотой расположения антенны и высотой отражающего объекта.
§ 53. Внутренняя и внешняя связь и сигнализация
Внутренняя связь и сигнализация через разветвленные на судне системы обеспечивает быструю и точную передачу приказаний из командных пунктов в исполнительные посты. Кроме того, внутрисудовая связь позволяет передавать сведения о работе судовых механизмов и поддерживать двустороннюю связь между службами, бытовыми и жилыми помещениями судна. К средствам внутрисудовой связи и сигнализации прежде всего относится проводная связь, подразделяющаяся на: 1) электрическую сигнализацию различных назначений с приборами контроля; 2) электрические телеграфы и указатели; 3) телефонную связь.
Электрическая сигнализация широко применяется на судах в качестве дублирующей связи телеграфа и телефона. Судовая сигнализация- основное средство оповещения (все виды тревог, авральная, вахтенная и другие группы звонков).
В тех судовых помещениях, где при работе машин возникает большой шум, применяется, кроме акустической (звуковой), одновременно и оптическая (световая) сигнализация.
К приборам акустической сигнализации относятся звонки, колокола громкого боя, ревуны и трещотки.
Приборами световой или визуальной сигнализации являются номерники и прерыватели световой сигнализации.
К комбинированным приборам относятся звонки-ревуны, колокола-ревуны и звонки с лампами.
Специальная электрическая сигнализация на судах включает световой или звуковой сигнал, который возникает при достижении в контролируемом объекте параметра заданной величины: температуры воздуха, газов или работающих деталей (подшипников), уровня воды в цистернах, трюмах и отсеках, возникновения пожара и т. П.
Электрические телеграфы и указатели являются на судне автономными установками, предназначенными для:
1) безотказной дистанционной передачи приказаний из командного пункта к исполнителям;
2) привлечения внимания исполнителя к передаваемому приказанию;
3) передачи ответа исполнителя, подтверждающего правильное понимание приказания;
4) визуального контроля передаваемого и принимаемого приказания и т. д.
Электрические телеграфы применяются на судах всех типов для передачи приказаний в главные силовые и рулевые установки. Независимо от принципа действия и устройства электрических телеграфов все они состоят из следующих основных элементов: передатчика приказания, приемника приказания, передатчика ответа, приемника ответа, сигнализации.
Передатчик-приемник машинного телеграфа (рис. 76) устанавливается на специальных колонках в командном пункте управления судном (в ходовой рубке и на крыльях ходового мостика) и предназначается для передачи приказаний в исполнительные посты и приема от них ответа о принятии приказаний.
Рис. 76. Машинный телеграф. 1 – рукоятка дачи приказаний; 2 – стрелка ответа исполнения.
Передатчик-приемник машинного телеграфа (рис. 76) устанавливается на специальных колонках в командном пункте управления судном (в ходовой рубке и на крыльях ходового мостика) и предназначается для передачи приказаний в исполнительные посты и приема от них ответа о принятии приказаний.
Приемник-передатчик машинного телеграфа, установленный в машинном отделении, представляет собой настенный прибор со следящей системой различных команд, предназначаемых для исполнителя, подтверждающего принятие приказания из машинного отделения на ходовой мостик. Нормальное положение прибора – рукояткой вниз. Приказания по машинному телеграфу состоят из условных наименований хода судна: «Стоп», «Товсь», «Самый малый», «Малый», «Средний», «Полный» и «Самый полный».
Для передачи приказания вращают рукоятку датчика. Вместе с ней синхронно вращаются указатели в исполнительном и контрольном постах.
Для передачи ответа об исполнении в машинном отделении поворачивают рукоятку прибора датчика до совмещения исполнительной стрелки-рукоятки с командной стрелкой. Совмещение в командном приборе исполнительной стрелки с указателем рукоятки служит подтверждением, что команда принята правильно. Установки рулевого телеграфа и рулевых указателей предназначаются для передачи приказаний из командных пунктов в исполнительные (румпелыюе или рулевое отделение) и контрольные (штурманская рубка) посты о перекладке пера руля вручную и истинное его положение. Передаваемые команды указывают борт – правый или левый – и градусы перекладки руля.
Телеграфная связь на судах может быть ручного и автоматического действия.
Связью ручного действия называется такая, в которой посылка вызова абонентам, соединение их и разъединение осуществляется вручную.
Связь автоматического действия – телефонная система, в которой посылка вызова, соединение и разъединение абонентов осуществляется автоматически: вызывающий абонент набирает определенную комбинацию цифр.
Разнообразие и сложность требований к судовой телефонной связи послужили причиной создания самостоятельных (автономных) телефонных схем, обслуживающих определенные группы постов. Автономные телефонные схемы надежны в работе, живучи и обеспечивают быструю телефонную связь.
Автоматическая телефонная связь обычно применяется для повседневной связи с жилыми и служебными помещениями судна. В соответствии с количеством абонентов: 10, 20, 50, 100 и т. д. автоматические станции подразделяются на КАТС-10, КАТС-20 и т. д.
Громкоговорящая связь и трансляция с каждым годом находят все более широкое применение на судах, заменяя в некоторых случаях установки телефонной связи.
Громкоговорящая связь, как и телефонная, может быть односторонней и двусторонней.
Односторонняя связь осуществляется между одним передающим звук микрофоном с одним или несколькими параллельно подключенными к микрофону громкоговорителями. Такая связь осуществляется по симплексной схеме (осуществляемой по проводам и радио в одном направлении).
Двусторонняя связь позволяет осуществлять с двух пунктов как передачу, так и прием речи.
К средствам внешней связи судна относятся: 1) радиотехнические; 2) зрительные; 3) световые; 4) пиротехнические и 5) звуковые. Зрительные, световые и звуковые средства связи используются только при видимости передающего и принимающего объектов.
Радиосвязь осуществляет беспроводую передачу электрической энергии на расстояние – электромагнитных волн высокой частоты, называемых в радиотехнике радиоволнами. Основными элементами радиосвязи являются передающие и принимающие устройства.
Излучение энергии электромагнитных волн осуществляется устройством, называемым антеннами. В зависимости от назначения антенны делятся на передающие и приемные,
Средства радиосвязи на судне размещаются в специальных помещениях, называемых радиорубками, расположенных в непосредственной близости от ходовой или штурманской рубки, и по назначению делятся на главные (навигационные), эксплуатационные, общие и аварийные.
Зрительная (визуальная) связь благодаря ее простоте широко применяется для связи на близкие расстояния.
Эта связь заключается в сигнализации флагами, обозначающими отдельные слова или определенный смысл (вызов лоцмана и т. п.) или флажным семафором. Флаги поднимаются на фалах, представляющих собой подвижные тросы, подвешенные на реях или штагах мачт.
Световая связь состоит из приборов направленного и ненаправленного действия. Светосигнальными приборами ненаправленного действия являются: клотиковый фонарь, расположенный на верхней части (ноке) мачты – клотике, стояночные огни и пр. Пиротехнические средства сигнализации применяются для оповещения и опознавания. Передача сигналов пиротехническими средствами (одно-, двух-, и трехцветными сигнальными патронами ночного и дневного действия производится по таблицам условных сигналов).
Звуковая сигнализация (сирены, мегафоны, свистки, гудки, судовые колокола и туманные горны) применяется при плохой видимости (туман, дождь, снег), когда средства зрительной связи не могут быть использованы для предупреждения столкновения судов в море.
Судовые огни относятся к наружным световым сигналам, дающим представление в темное время суток, от захода до восхода солнца, в каком направлении движется судно и в каком состоянии оно находится (аварийное, с буксиром и т. п.). Состав и расположение огней регламентируется «Правилами для предупреждения столкновений судов в море» (ППСС), для судовых огней предусматриваются специальные конструкции и устройства на наружных элементах судна.
Все судовые огни разделяются на ходовые, якорные и аварийные (рис. 77).
К ходовым огням гражданского морского судна с механическим двигателем относятся: два топовых огня белого цвета – передний, размещенный на фок-мачте на высоте не менее 6 м над ватерлинией, и задний – на грот-мачте на 4,6 м выше переднего; бортовые отличительные огни, размещенные на крыльях ходового мостика – по правому борту – зеленого, а по левому борту – красного цвета с дальностью видимости не менее двух миль и сектором освещения вперед 112,5° на каждый борт; кормовой гакабортный огонь белого цвета, расположенный в диаметральной плоскости судна на рубке юта или на планшире леерного ограждения.
Якорные огни (белые) устанавливаются в носовой и кормовой частях судна (носовой выше кормового не менее чем на 4,6 м) с круговой видимостью и зажигаются только во время стоянки судна на якоре.
Аварийные огни «Не могут управляться» красного цвета в количестве двух, один под другим, поднимают под передним топовым фонарем на фок-мачте в случае, когда судно находится в аварийном состоянии.
Кроме названных, зажигаются клотиковые огни, состоящие из трех (двух белых и одного красного) или двух (красного и белого) фонарей. На гафеле грот-мачты поднимаются два гафельных огня – верхний (белый) и нижний (красный), которые представляют в темное время суток кормовой флаг.
Рис. 77. Схема расположения судовых огней. 1 – клотиковый огонь; 2, 3 – буксирные; 4 – топовый передний; 5, 6 – аварийные; 7 – якорный носовой; 8 – бортовой отличительный; 9 – топовый задний; 10 – гафельный верхний; 11 – гафельный нижний; 12 – гакабортный; 13 – якорный кормовой.
Глава XII. Корабли военно-морских сил
§ 54. Влияние нового вида оружия на корабельную архитектуру(1)
Быстрое развитие науки и техники создало новые виды боевой морской техники, резко изменившие условия ведения военных действий на море. Это заставило морские державы пересмотреть назначение кораблей различных классов, ранее имевшихся на флотах , и изменить стоящие перед ними задачи (а по существу вывести эти корабли из состава флотов, заменив их новыми, или модернизировать действующие).
Только новые корабли способны выполнять задачи в условиях применения современной боевой техники, обладающей высокой эффективностью (дальностью полета снаряда, почти точным попаданием его в цель и грандиозной разрушительной силой). Непрерывное стремление совершенствовать могущество военно-морского флота активизируют научные достижения в этой области.
Наряду с модернизацией ранее созданных видов корабельного оружия, на вооружение принята по существу новая реактивная техника, сложные радиоэлектронные устройства в силовых установках, а также как боевое средство используется ядерная энергия при автоматизации и механизации управления ею. Все это превращает корабль в комплекс, способный из любой точки водного пространства обеспечить запуск боевого заряда и осуществить управляемую доставку его в любую цель для уничтожения ее с максимальным боевым эффектом.
После поступления во флоты таких кораблей стала нецелесообразной постройка крупных кораблей традиционных классов (линкоров и крейсеров водоизмещением свыше 15 000 г), так как невозможно обеспечить их надежной защитой от современных средств поражения. Появилась тенденция строить корабли лишь такого водоизмещения, которое обеспечит размещение тактически необходимого состава вооружения и . средств управления им. Одновременно, однако, следует отметить и обратную тенденцию, заключающуюся в непрерывном росте водоизмещения основных классов легких кораблей (легких крейсеров, лидеров, эскадренных миноносцев, сторожевых кораблей, подводных лодок и т. п.). По сведениям, опубликованным в иностранной печати, водоизмещение этих кораблей увеличилось на 30-75% вследствие увеличения веса и объема радиоэлектронного оборудования, радио и гидролокационных устройств, ракетных установок и возрастания мощности энергетических источников (со времени окончания Великой Отечественной войны – в 3,9 раза).
Интересно также отметить, что стоимость одного лишь радиоэлектронного оборудования современного легкого корабля составляет до 35-45% от его общей стоимости и превосходит полную стоимость соответствующего корабля периода последней мировой войны. Например, стоимость 1 т водоизмещения корабля США за период лишь 1952-1962 гг. возросла в три раза и составляет более 12 тыс. дол. и продолжает усиленно расти.
По мнению крупных специалистов капиталистических стран в области кораблестроения, насыщение кораблей системами управления оружием и техническими средствами будет непрерывно увеличиваться в целях большего обеспечения боевой эффективности как отдельного корабля, так и всего соединения в современных условиях быстротечности морских сражений с использованием ракетно-ядерного оружия.
Применение атомных энергетических установок (АЭУ) на подводных лодках превратило их из кораблей, погружающихся и маневрирующих под водой, в корабли неограниченного района подводного плавания, а реактивное оружие обеспечило появление нового подкласса кораблей подводных лодок-ракетоносцев с универсальным назначением ракет – с запуском их из-под воды.
Применение АЭУ увеличило водоизмещение кораблей, повысило стоимость их постройки (примерно в полтора раза), эксплуатации и т. п. К преимуществам кораблей с АЭУ следует отнести резкое увеличение дальности их плавания (фактически неограниченного), отказ от специальных танкеров-заправщиков и от кораблей охранения, резкое увеличение мощности энергетических установок, возможность более рационального расположения надстроек, упрощение архитектуры корабля (отсутствие дымовых труб, емкостей для запасов топлива) и т. п.
Использование ядерной энергии в качестве взрывчатого вещества (впервые примененной вооруженными силами США в августе 1945 г. в авиационных бомбах, взорванных над японскими городами Хиросима и Нагасаки) изменило решение многих вопросов кораблестроения. На ведущее место выдвинулось реактивное оружие, обладающее большим радиусом и силой действия и высокой эффективностью наведения на цель.
Для оценки воздействия ядерного взрыва на различные корабельные конструкции, а также на корабли отдельных классов и типов ученые многих стран выполнили большие научные и экспериментальные работы. На результатах этих исследований были разработаны конструктивные и организационные мероприятия по противоатомной защите (ПАЗ) строящихся и модернизируемых кораблей.
Уже в 1946 г. два взрыва атомных бомб с зарядом, эквивалентным 20 000 т тротила (так называемая бомба среднего калибра), произведенные США, один в воздухе на высоте около 400 м, а другой – под водой на глубине 8-12 м, показали, что основными поражающими факторами ядерного взрыва являются: ударная волна (воздушная или подводная), световое излучение, проникающая радиация и радиационное заражение.
Подводный ядерный взрыв вызывает более сильное воздействие на корабль. Действие подводной ударной волны из-за большей плотности воды передается на подводную часть корпуса с большей силой и вызывает в нем более значительные разрушения, чем при эквивалентном взрыве в воздухе. На поверхности воды образуется целая серия волн, распространяющихся во все стороны от центра взрыва с большой скоростью. Вверх поднимаются большие массы воды, образующие грибовидный столб (султан), при опускании которого формируется гигантская базисная волна, концентрически расходящаяся с большой скоростью.
Обычно результаты подводного взрыва учитываются при определении прочностных характеристик основных конструкций корабля.
Поражающее действие ядерного взрыва на живучесть элементов корабля, его оружия, технических средств и на личный состав колеблется в весьма больших пределах. Личный состав на открытых постах, антенные посты РЛС и радиосвязи, легкие корпусные конструкции (надстройки, мачты и др.) разрушаются на значительно больших расстояниях от эпицентра взрыва, чем установки, механизмы, устройства и т. п., размещенные в основном корпусе. Благодаря этому различию, в современном кораблестроении обращается внимание на создание равной живучести всех корабельных элементов с таким расчетом, чтобы все они были равнопрочные по всему кораблю в пределах безопасного радиуса.
(1) В предмете «Общее устройство судов» дается понятие только о морских кораблях ВМС. Воздушные корабли и самолеты, находящиеся в составе военно-морских флотов, не входят в программу изучаемого предмета, рассматривается только их влияние на архитектуру, конструкцию, вооружение и защиту кораблей.
§ 55. Корабельное оружие
На вооружении современных кораблей состоят почти все образцы оружия, от ударно-ракетного оружия до противолодочных торпед и мелкокалиберных артиллерийских автоматов. Корабли несут на вооружении ракетное, артиллерийское, торпедное, минное и противолодочное оружие.
Кроме того, корабли должны иметь боевые устройства, обеспечивающие успешную борьбу с оружием противника. Такими устройствами являются: авиационное (вертолетное), тральное, охранительное и устройства для постановки пассивных средств противолодочных рубежей.
Реактивное вооружение – наиболее универсальное, значительно превосходит все другие виды оружия по скорости, неограниченной дальности, высоте полета и мощности боевой части, состоящей из обычного или ядерного взрывчатого вещества. Ракеты используются при любых метеорологических условиях и в любое время суток, полная автоматизация ведения огня, совершенные радиоэлектронные системы наведения ракет обеспечивают высокую точность поражения цели.
История ракеты насчитывает более 1000 лет, однако массовое применение их как оружия началось лишь в годы второй мировой войны. Наиболее эффективным оружием сразу же стали различные типы ракет Советской Армии.
Вслед за советским ракетным вооружением различные образцы такого оружия появились и в ряде иностранных армий, флотов и авиации. В фашистской Германии были созданы образцы армейских ракет, однако на вооружение германского флота ракетное оружие так и не поступило, потому что, как известно, судьбы войны решались в то время на сухопутном советско-германском фронте. Американским ученым и конструкторам только в 1952 г. удалось создать первую надводную ракету и в какой-то степени решить задачу, поставленную военно-морскими силами.
В 1954-1955 гг. появились первые специальные надводные корабли-ракетоносцы, вооруженные боевым ракетным комплексом.
Комплексом ракетного оружия называются все элементы, входящие в состав конкретного образца оружия. Каждый комплекс ракетного оружия состоит из
ракеты;
системы хранения и заряжания;
пусковой установки (ПУ);
системы управления полетом (системы наведения).
Рассмотрим каждый из этих элементов. Ракеты обычно подразделяются на две основные группы: крылатые и баллистические (бескрылые). Подъемная сила крылатых ракет создается крыльями или развитым хвостовым оперением. Баллистическая ракета на активном участке движется только вследствие тяги двигателя и продолжает полет под действием сил инерции по баллистической траектории.
Большинство управляемых ракет ВМС являются крылатыми. Стабилизация полета таких ракет осуществляется при помощи автопилота, датчиков углов крена, рыскания, высотомера, рулевой машины и органов управления.
Системы хранения, подачи и заряжания – главные элементы ракетного комплекса, обеспечивающие его боеготовность. Эти системы значительно влияют на корабельную архитектуру, требуя больших помещений, дополнительной защиты, размещение их на корабле вызывает большие трудности.
Электронная аппаратура, установленная на ракетах, для своей постоянной боевой готовности должна храниться в помещениях с особым микроклиматом, для обеспечения которого применяются специальные системы кондиционирования воздуха.
Из-за больших габаритов ракет многих типов часто предусматривается раздельное хранение стартовых двигателей, крыльев и стабилизаторов. Однако такое хранение, несмотря на ряд преимуществ, значительно усложняет операцию подготовки ракет к пуску.
Для осмотров и ремонта ракет в хранилищах должна быть учтена резервная площадь палуб. Система хранения предусматривает раздельное размещение боекомплекта ракет, для защиты которого от воздействия оружия противника погреба, где хранятся ракеты, располагают ниже верхней палубы корабля, иногда район их расположения защищают броней.
Хранение ракет на кораблях разделяется на погребное, ангарное (на верхней палубе), шахтное, контейнерное и непосредственно на пусковых установках.
Ракеты в погребах размещаются как в горизонтальном, так и в вертикальном положении на специальных стеллажах, тележках, контейнерах, в барабанах и т. п. Выбор способа хранения определяется типом ракет, системой подачи, конструктивным выполнением пусковой установки (ПУ) и рядом других факторов.
Шахты, в которых хранятся и из которых запускаются баллистические ракеты, располагаются в прочном корпусе, в вертикальном или в наклонном положении.
Контейнеры размещаются в горизонтальных или наклонных устройствах, в большинстве случаев выполняемых наводящимися. В этом случае контейнеры служат одновременно и хранилищем ракеты, и ее пусковой установкой.
Хранение ракет непосредственно на пусковой установке применяется редко из-за больших неудобств, связанных с расположением ракет незащищенными.
Системы подачи и заряжания служат и для транспортировки ракет из хранилища к пусковому устройству или обратно, для приема ракет на корабль и погрузки в хранилище. К элементам этой системы относятся барабаны и конвейеры, на которых хранится ракетный боезапас, а также различные типы подъемников. Для обеспечения скорострельности установок в большинстве случаев системы подачи и заряжания полностью автоматизируются.
Для обеспечения большей живучести ракетного комплекса на кораблях устанавливаются резервные (аварийные) системы подачи и заряжания, работающие от аварийных источников питания или вручную.
Пусковая установка (ПУ) – конструктивный элемент ракетного комплекса, обеспечивающий пуск ракет в нужном направлении и под расчетным углом к горизонту.
Пусковые корабельные устройства могут быть следующих типов; башенные, контейнерные, пусковые шахтные, подвижные, смонтированные на тележках, ферменной конструкции и многоствольные (магазинного типа). Основным требованием, предъявляемым к ПУ, наряду с безопасностью пуска, является обеспечение максимальной скорострельности.
Упрощенная схема взаимодействия основных систем, входящих в комплекс ракетного оружия, состоит в следующем: после запуска очередной ракеты вращающаяся часть ПУ приводом (в большинстве случаев электрогидравлическим) возвращается обратно на угол приема ракеты из хранилища и в таком положении фиксируется. Автоматически открываются люки хранилища ракетного боезапаса и выдвигается устройство, соединяющее направляющие приспособления с системой заряжания. Полностью подготовленные к пуску ракеты с помощью досылателя подаются на направляющие ПУ.
Как только ракета занимает установленное пусковое положение, на ПУ автоматически срабатывают системы запирания замков и по сигналу поста управления ракетной стрельбой установка начинает разворачиваться в заданном направлении и принимать расчетный угол возвышения. Бортовые системы ракеты (электропитания, контроля и др.) автоматически подключаются к соответствующим системам на ПУ. После прогрева ракетной бортовой электронной аппаратуры, запуска гирокомпаса и приведения в рабочее состояние других приборов с помощью системы контроля устанавливается готовность ракеты к боевому использованию.
Сигнал к пуску ракеты выдается счетно-решающей установкой системы управления, которая по данным радиолокационных станций целеуказания и с учетом всех корректив для обесценения достигаемости цели определяет наивыгоднейший момент залпа. По сигналу «Залп» отключаются все действующие в ПУ предохранители и с помощью электровоспламенителя (пиропатрона) запускается стартовый двигатель. При достижении силы тяги ракеты заданного значения (некоторые типы корабельных ракет развивают тягу до 40-50 т и более) задержники разрываются и осуществляется пуск ракеты.
Во времени весь процесс подготовки к пуску и сам пуск ракеты занимают несколько секунд.
Системы управления полетом (системы наведения) являются наиболее сложными и важными элементами любого комплекса управляемого ракетного оружия, от совершенства которого в основном зависит эффективность ракетного комплекса в целом. Особенностью систем управления является необходимость их бесперебойной работы в условиях искусственных помех, создаваемых противником.
Реактивное управляемое оружие используется во всех родах военно-морских сил как ударное средство флота, в том числе и по береговым объектам и авиации противника.
Признавая большие достоинства ракетного оружия, необходимо обратить внимание и на его недостатки: большие габариты и вес, малую скорострельность, сложность управления, высокую стоимость и сложность производства. Поэтому реактивное оружие пока еще не может вытеснить на кораблях оружие других видов.
Артиллерийское вооружение – традиционное огнестрельное корабельное оружие, долгое время игравшее решающую роль в боевых действиях кораблей. По мере совершенствования и развития артиллерии происходит усиление ударной мощи кораблей и параллельное развитие средств корабельной защиты. В связи с развитием реактивного оружия корабельная артиллерия применяется для огневого удара по надводным и наземным объектам противника, для обороны кораблей от самолетов, летящих на корабль на малых и средних высотах, для отражения атак штурмовой и пикирующей авиации, а также для постановки завес заградительного огня против атакующих корабль управляемых реактивных снарядов.
Особенностью корабельной артиллерии является использование ее с движущейся и качающейся платформы, какой является корабль.
Артиллерийское вооружение кораблей состоит из артиллерийских установок (одно-, двух-, трех- и четырехорудийных), расположенных либо в бронированных башнях (башенные установки), либо открыто, защищенных лишь от пуль и осколков (палубные установки). Малокалиберная артиллерия и автоматы устанавливаются на мостиках и надстройках. Артиллерийские установки размещают исходя из расчета наибольших углов обстрела и Необходимых углов возвышения й снижения ствола оружия. С этой целью некоторые установки размещают, возвышая одну над другой, чтобы обеспечить стрельбу одной установки поверх другой. При размещении артиллерийских установок на корабле должны учитываться зоны действия конуса газов, вылетающих из ствола орудия при выстреле, и влияние их на окружающие корабельные конструкции и устройства, которые не должны попадать под действие ударной волны этих газов.
Для рассмотрения углов обстрела, ограниченных корабельными конструкциями, на каждое орудие составляется диаграмма углов обстрела, в пределах которых орудие может вести стрельбу. Плотность артиллерийского огня корабля зависит от площади вокруг корабля, не раскрываемой диаграммой углов обстрела, всех корабельных артиллерийских установок;
артиллерийских боеприпасов (пороховых зарядов и снарядов), хранящихся в артиллерийских погребах (специальных корабельных помещениях, расположенных в районе артиллерийских установок, ниже ватерлинии и на некоторых кораблях, защищенных броней).
Подача боезапаса из погреба к артиллерийским установкам осуществляется при помощи специальных подъемников, вручную или механическими элеваторами (нориями).
Боезапас хранится в погребах на специальных стеллажах с гнездами, предотвращающими его выпадение на палубу. Для быстрого изготовления артиллерийской установки к стрельбе до подачи боеприпаса из погреба вблизи каждой установки в специальных шкафах, называемых кранцами первых выстрелов, хранится определенное количество боезапаса. Приборы управления стрельбой (ПУС) находятся на орудиях и в центральном артиллерийском посту (ЦАП), расположенном во внутренних помещениях корабля.
В корабельных артиллерийских установках применяются только пушки, т. е. орудия с длиной ствола 30-60 и более калибров (артиллерийским калибром называется диаметр канала ствола орудия). Дальность стрельбы корабельных пушек превышает дистанции наземной артиллерии и достигает 40 км и более. Количество и калибр артиллерийских установок на корабле зависят от класса корабля, а также от габаритов и веса этих установок, их боеприпасов и приборов управления стрельбой. Торпедное вооружение состоит из торпедных аппаратов, торпед и приборов управления торпедной стрельбой.
Торпеда представляет собой движущийся снаряд, предназначенный для разрушения подводной части корабля.
Наиболее распространенный калибр торпеды – 530 мм (но есть торпеды диаметром 466,5 и 600 мм), длина торпеды около 7500 мм. Общий вес корабельной торпеды достигает 2000 кг, в него входит и вес взрывчатого вещества, достигающий 300 кг и более.
Торпеды взрываются от контактных и неконтактных взрывателей. Контактные взрыватели срабатывают от непосредственного соприкосновения торпеды с поражаемым объектом. Чтобы торпеда не взорвалась от случайного толчка или взрыва вблизи корабля, на ней ставится специальное приспособление, срабатывающее и изготовляющее торпеду в боевое положение только тогда, когда после выстрела торпеда пройдет 100-400 м в воде.
Неконтактные взрыватели срабатывают от магнитного, акустического или какого-либо другого физического поля корабля, на который торпеда нацелена без непосредственного соприкосновения с кораблем. Ход торпеды обеспечивают установленные на ней гребные винты, приводимые в движение двигателями, которые могут быть парогазовыми, поршневыми или турбинными, электрическими и реактивными.
Торпедные аппараты, из которых торпеды выстреливаются, могут быть надводными и подводными.
Надводные аппараты устанавливаются на верхней палубе, обычно в средней части корабля. Они поворачиваются в горизонтальной плоскости на угол обстрела. Эти аппараты бывают трех-, четырех-, и пятитрубные.
Аппараты с торпедами нацеливаются на угол, выданный приборами управления стрельбой, учитывающими курс и скорость хода корабля-торпедоносца и цели. Торпеда из аппарата выстреливается сжатым воздухом или при помощи заряда, и, попав в воду, движется к цели в заданном направлении и на заданной глубине.
Подводные аппараты на подводных лодках крепятся неподвижно с конструкциями корпуса в носовой или кормовой части. Перед выстрелом торпедой подводная лодка своим корпусом нацеливается на поражаемый объект и затем выпускает из аппарата торпеду.
На торпедных катерах торпедные аппараты установлены на верхней палубе также неповоротными и однотрубными. Катер, выходя на цель, нацеливается на нее своим корпусом, затем выпускает торпеду за борт или за собой и отворачивает от цели на борт, противоположный запущенной торпеде.
Самолеты-торпедоносцы при торпедной атаке нацеливаются на цель своим курсом.
Самонаводящиеся торпеды оборудованы шумопеленгаторной станцией, автоматически направляющей торпеду на шум гребных винтов цели; телеуправляемые торпеды направляются на электромагнитное поле корабля, торпеды с оптическим взрывателем взрываются при воздействии на них тени корабля.
Современные иностранные электрические торпеды достигают дальности плавания до 5600 м и скорости хода свыше 30 узл. Военно-морские специалисты иностранных флотов считают, что торпеда будущего будет иметь дальность свыше 100 миль, а скорость 150-200узл.
Минное вооружение кораблей состоит из мин, минных защитников самых разнообразных классов, типов и образцов, устройств для хранения мин и их постановки (рельсовые пути на палубе с приспособлениями для крепления мин по-походному и кормовые скаты для сбрасывания мин за борт).
Мины предназначаются для поражения надводных и подводных кораблей противника, а минные защитники – для предохранения поставленных на позициях мин от вытравливания их противником.
Мины могут быть трех классов: якорные, донные и плавающие. Якорные и донные остаются на месте, где они поставлены. Плавающие мины сбрасываются по течению (обычно на реках) и наносят поражения объектам, расположенным вниз по течению.
Мины любого класса имеют заряд взрывчатого вещества и взрываются от специального взрывателя. В соответствии с весом и назначением мины подразделяются на большие (250-300 кг и более), средние (150-200 кг) и малые (20-100 кг).
Взрыватели мин бывают двух типов: контактные и неконтактные.
Контактные (ударные мины) срабатывают от непосредственного соприкосновения корпуса корабля с миной или же с ее антенной (взрыватели электроконтактного действия).
Неконтактные минные взрыватели срабатывают от воздействия физических полей, проходящих над минами кораблей. Обычно неконтактные взрыватели устанавливаются в донных минах.
Якорные мины состоят из водонепроницаемого корпуса шаровой, цилиндрической, грушевидной и других форм, диаметром от 0,5 до 1,5 м; минрепа (трос, на котором держится мина) и якоря.
Донные неконтактные мины имеют форму закругленного с обеих сторон цилиндра длиной около 3 м и диаметром около 0,5 м. Вес заряда такой мины составляет от 100 до 900 кг. Для прикрытия минных заграждений из неконтактных мин на них устанавливаются приборы так называемой срочности и кратности. Приборы срочности представляют собой часовой механизм, включающий боевую цепь через заданное ему время. Приборы кратности начинают срабатывать только по истечении срока прибора срочности, после того как корабли (тралы) пройдут над ними несколько раз.
На кораблях – минных заградителях мины хранятся в специальных трюмах (минные погреба) и подаются на палубу, где и изготавливаются для постановки. Кроме минных заградителей, Мины устанавливаются кораблями всех классов, для чего на кораблях оборудуются специальные приспособления для приемки, хранения и постановки мин. Эти корабли принимают мины только на верхнюю палубу, поэтому количество мин ограничивается размерами их палуб.
Тральное оружие предназначается для уничтожения минных заграждений и состоит из контактных и неконтактных тралов.
Контактные тралы предназначаются для траления якорных мин. Они состоят из четырех основных частей: тралящей, буксиров из стальных тросов, тральной лебедки, при помощи которой тралы ставятся и убираются, и регулирующих приспособлений. Неконтактные тралы применяются для траления донных неконтактных мин под действием физических полей, создаваемых ими, на взрыватели мин.
Корабельными средствами борьбы с подводными лодками являются глубинные бомбы, мины и торпеды.
Основной задачей в борьбе с подводными лодками является ее обнаружение. Для этой цели корабли-охотники за подводными лодками вооружаются гидроакустическими станциями, которые работают по двум принципам: шумопеленгования (обнаружение присутствия и определение направления шумов, создаваемых подводной лодкой) и эхопеленгования (гидролокация).
Радиус действия гидроакустической станции зависит от скорости хода корабля-разведчика и от гидрологических условий моря (перепад температуры на глубине, наличие планктона и т. п.) и достигает при благоприятных условиях 4-5 миль. Гидролокаторы меньше подвержены влиянию скорости хода корабля, но больше зависят от гидрологических условий и поэтому обладают меньшей дистанцией обнаружения.
Глубинные бомбы применяют для уничтожения подводных лодок. Их сбрасывают на ходу корабля с кормы или с борта из специальных бомбосбрасывателей или ими выстреливают из бомбометов на расстояние до 100 м. Реактивные глубинные бомбы (РГБ) запускаются с реактивной стабилизированной установки, расположенной в носовой части корабля. Заряжание пусковой установки ракет бомбами ведется автоматически. Боеприпас подается из погребов, расположенных в районе установки.
Эффективность действия глубинной бомбы определяется радиусом разрушительного действия ударной волны при взрыве заряда взрывчатого вещества, которое предусматривается в количестве 15-150 кг. Большая глубинная бомба при взрыве на расстоянии 7-10 м от подводной лодки разрушает ее прочный корпус.
Кроме глубинных бомб, для борьбы с подводными лодками корабли используют противолодочные самонаводящиеся торпеды, имеющие гидроакустическое оборудование, срабатывающее под действием поля подводной лодки. Такие торпеды являются основными средствами борьбы с подводными лодками. Противолодочными торпедами выстреливают из двух- или трехтрубных аппаратов.
На американских крейсерах, например, для борьбы с подводными лодками предусматривается размещение противолодочных универсальных телеуправляемых вертолетов, оснащенных поисковой аппаратурой и вооруженных самонаводящимися торпедами. По мнению зарубежных специалистов, можно создать сплошную зону поражения подводных целей (лодок и торпед), которая ограничивается дальностью обнаружения на ГЛС корабля (10-15 миль). За пределами досягаемости РБУ (2-5,6 км) лежит зона противолодочных торпед (5-8 км), зона противолодочных управляемых ракет (17-28 км) и, наконец, телеуправляемые вертолеты (55 км) и другие более мощные вертолеты, вооруженные, кроме торпед, и средствами поиска подводных лодок (рис. 78).
Рис. 78. Зоны эффективного огня оружия сторожевых кораблей США. 1- зона действия комплекса ЗУРО; 2- зона действия 127-миллиметровой артиллерийской установки; 3 – зона действия противолодочной системы; 4- зона действия ПЛУР; 5 – зона действия противолодочных торпед; 6 – телеуправляемый вертолет; 7 – радиолокационный луч наблюдения за вертолетом; 8 – канал телеуправления вертолетом; 9 – луч ГЛС корабля; 10 – цель (подводная лодка).
Вертолетное корабельное устройство предназначается для противолодочных, корректировочных или разведывательных управляемых и телеуправляемых вертолетов, размещаемых в кормовой части корабля на специальных устройствах или в корабельных помещениях, называемых ангарами. Стартовая площадка, с которой стартует вертолет, оборудуется компактным устройством для крепления вертолета по-походному, а в непосредственной близости от нее располагаются заправочные и ремонтные базы для подготовки вертолета к воздуху. На больших кораблях (крейсерах, фрегатах, плавучих базах соединений и т. п.), там, где это позволяют габариты, вертолеты ставят в ангары, иногда со снятыми элементами (без несущих лопастей).
Ангары для увеличения живучести вертолетов размещаются ниже верхней палубы. Вертолеты поднимают из ангара на верхнюю палубу специальными подъемниками, которые могут служить для вертолетов и стартовой площадкой.
Схема расположения боевых постов эскадренного миноносца показана на рис. 79.
Рис. 79. Схема расположения боевых постов эскадренного миноносца. 1 – стартовая установка берегового ракетного комплекса (БРК); 2 – стартовая установка ЗРК; 3 – стартовая установка поотиво-лодочного ракетно-торпедного комплекса (РТК); 4 – антенна гидролокационной станции (ГЛС); 5- погреб боезапаса РТК-6-погреб боезапаса ЗРК; 7 – погреб боезапаса БРК; 8 – станция размагничивания; 9 – центральный пост управления оружием-' 10 – котельные отделения; 11- машинные отделения; 12 – погреба артбоеприпасов; 13 – минные погреба (бортовые)- 14 – ачгар вертолета; 15 – химический пост; 16 – буксируемая ГЛС; 17- каты глубинных бомб; 18 – реактивный бомбомет ГБ- 19- аварийные генераторы; 20 – артиллерийские башенные установки; 21 – антенные посты управления огнем ЗРК' 22 – обтекатет антенн РЛС дальнего обнаружения воздушных целей; 23 – мачты-трубы; 24 – антенны РЛС обнаружения воздушных целей- 25 – антенна навигационной РЛС; 26 – антенны РЛС обнаружения надводных целей; 27 – боевой информационный пост 28- ходовой мостик корабля; 29 – посты управления кораблем; 30 – торпедные аппараты; 31 – торпедные погреба'.
Корабельные средства наблюдения и связи обеспечивают выполнение боевых задач, поставленных перед кораблями, находящимися в море.
Получение данных об обстановке в районе плавания обеспечивает на флоте служба наблюдения.
Внешняя корабельная связь обеспечивает быстрое донесение данных наблюдения в соответствующие инстанции и информацию об обстановке, передачу различных сообщений и приказаний командования от других кораблей, самолетов и береговых станций способом, исключающим возможность смыслового перехвата ее противником.
Кроме внешней связи, каждый корабль имеет внутрикорабельную связь, осуществляемую телефонами, сигналами, радиотрансляцией и другими средствами между различными постами корабля (подробнее о внутрисудовой связи, см. гл. XI, § 54).
Наблюдение и связь на кораблях производятся при помощи весьма разнообразных средств в зависимости от обстановки.
Наблюдение осуществляется постами, оборудованными различными средствами; зрительными (дальномеры, стереотрубы и бинокли), радиотехническими (радиоприемники, радиопеленгаторы), радиолокационными, телевизионными и средствами инфракрасной техники. К радиотехническим можно отнести и гидроакустические, работающие на звуковых волнах, принципиально отличающихся от электромагнитных. Принцип работы радиотехнических и радиолокационных средств был рассмотрен нами выше.
Средства инфракрасной техники на кораблях состоят из теплопеленгаторов, приборов ночного видения и инфракрасных сигнальных средств.
Инфракрасные лучи (волны) лежат в спектре электромагнитных колебаний между радиоволнами и световыми лучами. Специальный прибор облучает этими лучами пространство, при встрече объекта лучи отразятся от него и будут приняты на приемник. Применяются обычные оптические приборы, оборудованные специальными фильтрами, пропускающими инфракрасные лучи, излучаемые объектами. Приборы, основанные на непосредственном наблюдении инфракрасных излучений объектов имеют весьма ограниченные радиусы действия из-за затухания этих излучений под действием атмосферных явлений – дождя, тумана и т. п.
Для повышения эффективности использования инфракрасных лучей применяют приборы, устройство которых основано на использовании специальных усилительных схем и электроннолучевой техники. Появление квантовых генераторов световых и радиоволн, называемых лазерами и мазерами, позволило создать некоторые виды локаторов, использующих световые волны, имеющие пока ограниченный радиус действия – около 10 км.
Корабельная связь подразделяется на внешнюю и внутреннюю.
Средства внешней связи в свою очередь делятся на: зрительные (флажный семафор, сигнальные флаги, сигнальные фигуры);
световые (светосигнальные приборы направленного действия – фонари, прожекторы; светосигнальные приборы ненаправленного действия – клотиковые и сигнальные огни);
пиротехнические – одно-, двух- и трехцветные сигнальные патроны ночного и дневного действия, осветительно-сигнальные патроны белого огня и морские сигнальные факелы. В светлое время суток используют патроны, дающие сигнал в виде облака или ленты красного, желтого и синего дыма;
подводнозвуковые (специальные приборы, подобные гидролокаторам, излучающие и принимающие звуковые колебания);
радиосвязь (аппаратура которой охватывает весь диапазон волн, применяемых для радиосвязи с различными родами работ – радиотелеграфом, радиотелефоном, буквопечатанием, радиофототелеграфом и т. п.). Для радиосвязи на больших кораблях используется несколько радиоцентров. Например, на штабных кораблях количество радиопередатчиков достигает 40, а радиоприемников- более 80 комплектов. Число антенн, обслуживающих радиоаппараты на таких кораблях, достигает 60-70. Между кораблями предусматривается также связь подвижными средствами – посыльными судами и катерами, самолетами и вертолетами связи и т. д.
Кроме того, при плохой видимости (туман, дождь, снег и т. п.), когда средства зрительной связи не могут быть использованы, для предупреждения столкновения кораблей в море применяются средства звуковой сигнализации (сирены, ревуны, тифоны, гудки, бой колоколов и т. п.).
§ 56. Защита и живучесть кораблей
Защита кораблей от воздействия боевых средств противника всегда должна быть на уровне этих средств. При разработке защиты кораблей необходимо учитывать возможность ответных ударов противника различным оружием.
Особенное влияние на развитие как активных, так и пассивных средств защиты корабля оказало появление ракетно-ядерного оружия: оно заставило коренным образом пересмотреть основные принципы проектирования защиты кораблей различных классов. По мнению иностранных специалистов, надводные корабли должны иметь, в первую очередь, средства противоатомной защиты, которым уделяется особенное, все возрастающее внимание, затем защиту от оружия, реагирующего на физические поля кораблей, и, наконец, конструктивную защиту корпуса.
Противоатомная защита (ПАЗ) кораблей состоит из следующих конструктивных и организационно-технических мероприятий:
повышение прочности основного корпуса, дверей и люков; объединение напалубных элементов корабля в общие конструкции- в надстройки с рубками в мачтотрубы и др.;
сокращение числа и упрощение формы образований напалубных элементов (надстроек, рубок и т. п.);
придание внешним архитектурным элементам корабля обтекаемых форм;
применение иллюминаторов, «равнопрочных», с основным корпусом и надстройками;
максимальный перевод открытых постов в помещения; размещение важных боевых постов в основном корпусе ниже верхней палубы;
герметизация боевых и жизненно важных постов и помещений, создание в них микроклимата;
применение газовых фильтров для вентиляции помещений корабля и автоматически действующих герметических крышек на приемных и вытяжных каналах естественной вентиляции;
применение закрытых кожухов для повышения прочности антенных постов (АП) РЛС и открытых, элементов прочих средств связи;
установка на палубных архитектурных элементах (надстройках и рубках) корабля систем «водяной защиты» для смыва за борт осаждающихся из воздуха продуктов радиоактивного распада;
повышение ударостойкости отдельных элементов корпуса, энергетических установок, электрооборудования, вооружения, средств наблюдения и связи и т. п.;
введение дистанционного управления механизмами, устройствами (в том числе и боевыми), системами и другими средствами из специальных герметизированных и прочно защищенных постов;
применение автоматизации управления энергетическими установками, электрооборудованием, вооружением и др.; повышение требований к нормам остойчивости; применение новых конструкционных материалов с повышенной прочностью и вязкостью;
запрещение использования горючих материалов на кораблях. Совсем недавно физические поля кораблей – тепловое, магнитное, гидродинамическое и гидроакустическое – не имели значения. В современных условиях эти поля широко используются для конструирования многих основных образцов управляемых и самонаводящихся ракет, торпед, глубинных бомб и мин, предназначенных для нанесения ударов по кораблям. Для защиты кораблей от этого оружия появились и средства уничтожения физических полей кораблей.
Проводятся большие исследования с целью изыскания мер и средств снижения физических полей кораблей, что обеспечит их пассивную защиту в условиях действия современного самонаводящегося оружия.
Одним из таких средств защиты является размагничивающее устройство, уничтожающее магнитные поля корабля.
Размагничивающее устройство (РУ) корабля служит для резкого снижения магнитного поля, возникающего вокруг корабля вследствие движения его в магнитном поле Земли. На рис. 80 приводится типовая схема расположения обмоток размагничивающего устройства тральщика США. Обмотка кабеля выполнена из четырех секций, расположенных в трех плоскостях: основной, батоксовой и шпангоутной. Каждая из секций предназначается для компенсации определенной составляющей магнитного поля.
Рис. 80. Схема расположения обмоток размагничивающего уст ройства корабля. 1 – основная; 2 – шпангоутная; 3 – батоксовая обмотка.
Секция обмотки, расположенная параллельно основной плоскости, является основной. Эта секция компенсирует вертикальную составляющую магнитного поля корабля и обычно состоит из одной секции, идущей от носа в корму по всей длине корабля, либо, как изображено на рисунке,-из нескольких небольших секций, соединенных последовательно между собой.
Батоксовая обмотка размещается вертикальными продольными плоскостями, параллельными ДП, обычно в тех же районах, где и основная обмотка, и компенсирует поперечную составляющую магнитного поля корабля.
И, наконец, шпангоутная обмотка, секции которой устанавливаются в плоскости шпангоутов, компенсирует продольную составляющую магнитного поля корабля.
Четвертая обмотка, проложенная в кабелях основной, батоксовой и шпангоутной обмоток, соединена последовательно и служит для компенсации остаточного поля корабля.
В секциях обмотки пропускается постоянный электрический ток в направлениях, обратных магнитному полю корабля. Сила тока в основной, батоксовой и шпангоутной обмотках изменяется автоматически в зависимости от магнитного поля при движении, качке и рыскании корабля. Сила же тока в четвертой обмотке, служащей для компенсации остаточного поля, при этом остается постоянной.
Размагничивающее устройство управляется автоматически специальной системой, основным элементом которой является магнитометр, срабатывающий при изменении каждой из трех составляющих магнитного поля во время движения корабля. Электрические сигналы, поступающие от магнитометра, передаются приборам, автоматически изменяющим силу тока в соответствующей обмотке.
Конструктивная защита корабля представляет собой в надводной части корпуса вертикальное и горизонтальное бронирование в виде цитадели с дополнительным местным бронированием жизненно важных помещений (артиллерийских башень, боевых рубок, погребов боезапаса, румпельного отделения, машинно-котельных помещений и т. п.).
Нет таких средств защиты, которые могли бы противостоять прямым попаданиям снарядов и авиабомб с ядерными зарядами при воздействии на корабль современного оружия, но все же средства конструктивной защиты обеспечивают сокращение радиуса действия на корабль ударной волны ядерного взрыва;
уменьшение эффективности воздействия взрывов мин, торпед, авиабомб и снарядов с обычными взрывчатыми веществами; защиту командных, боевых постов и постов живучести от снарядов малого калибра и разного типа осколков.
Корабли США последней постройки имеют значительно более легкое бронирование, выполненное в виде «экранированной» системы ряда броневых преград.
Средствами подводной защиты служат конструкции, рассчитанные на поглощение энергии подводного взрыва.
Размеры повреждения и затопления помещений могут быть уменьшены знакомыми нам способами – устройством двойного дна, коффердамов и бортовых отсеков (двойного дна) с жидким заполнителем, а также применением легких сухих заполнителей – пористого пластика (пенопласта) и т. п.
Живучесть корабля является одним из основных его качеств, к ним относятся непотопляемость, прочность, взрывобезопасность и пожаробезопасность, живучесть вооружения и технических средств и защита от боевых радиоактивных, отравляющих и бактериологических воздействий.
Живучесть кораблей должна оцениваться с учетом современных боевых средств вооружения противника.
Повреждения корпуса корабля, причиненные противником, или другие аварии приводят, в первую очередь, к ухудшению или полной потере мореходных качеств и, как следствие – к потере боевых качеств корабля. Особенно опасны повреждения корпуса в тех случаях, когда они вызывают затопление отсеков корабля.
Статистика показывает, что во второй мировой войне в2/з случаев гибель или потеря боеспособности надводных кораблей иностранных флотов были связаны с утратой ими плавучести. Поэтому каждый корабль должен быть рассчитан на такие повреждения, при которых он будет обладать необходимой непотопляемостью.
Непотопляемость надводных кораблей должна быть такой, чтобы при затоплении не менее двух отсеков корабли сохраняли в определенных пределах осадку и остойчивость. Допустимая величина крена корабля не должна ограничивать использование корабельного оружия. Пока корабль с затопленными отсеками остается на плаву и не опрокидывается, он обладает непотопляемостью, и нельзя считать, что исчерпаны все возможности ее поддержания.
Практически непотопляемость кораблей обеспечивается:
1) конструктивными мероприятиями при постройке (или модернизации) кораблей, ограничивающими размеры его повреждений от действия боевых средств противника;
2) организационно-техническими мероприятиями, проводимыми на протяжении всего периода службы корабля и включающими правильную повседневную эксплуатацию корабля, высокую выучку, тренировку и дисциплину личного состава и содержание в постоянной готовности всех технических средств, обеспечивающих борьбу за непотопляемость;
3) борьбой за непотопляемость, ведущейся после получения кораблем повреждения и заключающейся в применении мер, позволяющих выяснить состояние поврежденного корабля и предотвратить его гибель.
Корабельные посты живучести должны быть оборудованы приборами, показывающими, какие отсеки и как затоплены, а для замеров статического крена и дифферента при качке – статическим демпфированным кренометром и дифферентометром, быстродействующими электронно-вычислительными машинами для механизации расчетов состояния поврежденного корабля, средствами внутрикорабельной связи и системами трюмной сигнализации. К мерам борьбы за непотопляемость относятся также снабжение кораблей переносными водоотливными средствами, аварийно-спасательным имуществом и материалами.
Глава XIII. Судостроение и судоремонт
§ 57. Основы организации судостроения
Основными заказчиками отечественной судостроительной промышленности являются союзные и республиканские министерства морского флота, рыбной промышленности, речного флота, внешней торговли (акционерное общество «Судоэкспорт»). Кроме того, судостроительная промышленность принимает и другие, более мелкие заказы через Госплан СССР.
Постройка судов самых различных типов и классов возможна только при высоком научно-техническом уровне производства и научной организации труда на всех предприятиях судостроительной промышленности.
Под научной организацией труда (НОТ) на предприятиях судостроения следует понимать совокупность организационных, технических, санитарно-гигиенических мероприятий, обеспечивающих: наиболее целесообразное использование рабочего времени, производственных навыков и творческих способностей каждого работающего, устранение тяжелого физического труда и неблагоприятных условий работы.
Цель научной организации труда – беспрерывное совершенствование организации производства и управления им, а также развитие социального, технического, организационного и психолого- физиологического факторов, обеспечивающих постоянный рост производительности труда. Перечислим эти факторы:
социальный фактор – сознательная дисциплина трудящегося, организация социалистического соревнования между всеми звеньями производства, пропаганда цели выполнения задания и коммунистическое воспитание трудящихся;
технический фактор – совершенствование технологии производства, механизация и автоматизация производственных процессов с целью освобождения работающего от тяжелого физического труда, однообразных утомительных процессов и обеспечения роста производительности труда в результате применения программирования управления машинами, рационализации трудовых процессов и техники безопасности в рабочем процессе;
организационный фактор – наиболее целесообразная расстановка кадров с максимальным использованием способностей работающих.
Рабочее время должно быть использовано только на создание продукции, организацию и обслуживание рабочего места, рабочий должен быть освобожден от всех подсобных и лишних операций. Техническое нормирование должно объективно отражать фактическое время, необходимое на выполнение конкретной работы. Предусматривается систематическое обучение и инструктаж рабочих опытными мастерами. Оплата труда должна максимально отвечать объему выполненной работы и строится на принципе материального стимулирования;
Психолого-физиологический фактор – понимание работающим, что его труд способствует повышению благосостояния всего общества, подбор руководящих кадров, имеющих как теоретическую, так и наиболее полноценную практическую подготовку; создание технических условий, способных обеспечить высокую производительность труда; охрана труда (освобождающая рабочего от опасений причинить себе вред в процессе работы); режим труда и отдыха, способствующий наибольшей производительности труда и наименьшему утомлению рабочего; производственная эстетика (цвет и форма предметов, окраска и оборудование помещения и т. д.)-создание благоприятных условий работы и хорошего настроения рабочего.
Научная организация труда должна обеспечить дальнейший рост производительности труда без увеличения физической нагрузки работающего.
В отечественных научно-исследовательских институтах решаются вопросы обеспечения судов необходимыми качествами, создания совершенных материалов, разрабатывается прогрессивная технология постройки судов, решаются задачи нормализации и унификации судовых конструкций, деталей и т. п. Институты имеют современное оборудование: от крупнейших в мире опытовых бассейнов и установок до электронных счетно-вычислительных устройств.
Проектные чертежи и документацию на постройку судна разрабатывают проектные организации, специализирующиеся в соответствии с назначением и типами судов (наливные суда крупного водоизмещения, промысловые суда океанического лова, сухогрузные морские суда и т. п.). Такая специализация проектных организаций способствует целесообразному распределению научных сил, созданию коллективов специалистов. Опыт показал, что такая специализация проектных организаций не только повышает качество проектов, но и экономически целесообразна.
Производственные предприятия судостроительной промышленности делятся на две основные группы: судостроительные предприятия, строящие новые суда, и судоремонтные предприятия, выполняющие различные виды ремонта судов.
Современные суда, являющиеся сложными инженерными сооружениями, невозможно построить силами одного лишь предприятия. Так, например, в создании одной лишь главной энергетической установки судна должны принимать участие ряд научно-исследовательских, проектных институтов и производственных предприятий, а также предприятия, создающие специальные материалы и т. д. А ведь на судне много различных машин, механизмов, устройств и т. п.
Каким стало бы предприятие, если бы оно строило только своими силами современные суда? Очевидно, оно будет представлять собой хозяйственный комплекс со сложным, крайне нерациональным управлением. Поэтому наиболее целесообразна организация поставок для строящихся судов, машин, механизмов, устройств и т. п., изготовленных другими специализированными предприятиями. Такие поставщики по отношению к судостроительному предприятию называются контрагентами.
Контрагент – предприятие, заключающее с основным предприятием договор на изготовление и поставку изделий (машин, механизмов, устройств, аппаратов и т. п.), а также на выполнение их монтажа, испытание и сдачу заказчику в определенные сроки. Кроме того, контрагенты выполняют специальные работы при постройке судов, для которых необходимы особое оборудование и высокая квалификация исполнителей.
За постройкой судов ведется наблюдение – контроль выполнения всех правил и требований к качеству материалов и работ. Такие наблюдения начинаются на ранней стадии проектирования судна и ведутся специальными государственными организациями: Регистром Союза ССР – при постройке гражданских морских судов – и Регистром РСФСР – при постройке судов внутреннего плавания.
Эти организации, являясь органами государственного технического надзора в области судостроения и судоходства, а также органами классификации судов, издают правила, содержащие технические требования, обязательные для всех ведомств, организаций и предприятий, занятых проектированием, строительством, ремонтом и эксплуатацией судов, и на основании работы своего контрольного аппарата наблюдают за безупречным соблюдением этих правил.
В правилах постройки судов приведены методы определения прочных размеров основных конструктивных элементов корпуса, требования к судовым механизмам, оборудованию и т. д., а также требования обеспечения заданных качеств судов и т. д. В правилах указывается снабжение, обеспечивающее безопасность плавания судов и людей, находящихся на них, и т. д.
На основании этих правил при оформлении документов вновь вступающего в строй судна Регистр Союза ССР или Регистр РСФСР присваивает судну свой класс, в соответствии с которым оно в дальнейшем эксплуатируется.
В определенные правилами сроки плавающее судно периодически проходит переосвидетельствование, и таким образом его техническое состояние постоянно проверяется.
В соответствии с документами Регистра Союза ССР, выданными судну, производится страхование перевозимых грузов, определяются суммы сборов при нахождении судна в территориальных водах и прочие финансовые расчеты.
§ 58. Задание на разработку проекта судна и этапы его проектирования
В соответствии с планом развития народного хозяйства заказчик выдает заказ судостроительной промышленности на постройку судна определенного хозяйственного назначения.
Совместно с организациями судостроительной промышленности заказчик составляет техническое зада ние (ТЗ) на проектирование этого судна. В техническом задании указывается назначение судна, район его эксплуатации, его основные качества и т. д. Техническое задание, согласованное и утвержденное заказчиком и организациями судостроительной промышленности, направляется в специализированное проектное бюро для разработки проектной документации.
Дальнейшая разработка проектной документации проводится по следующим этапам:
предэскизный проект , в котором уточняется техническое задание, разрабатывается техническая документация, дающая представление об общем виде судна, выбираются оптимальные варианты судна, выполняются основные экономические расчеты, на основании которых выбирают предварительные характеристики судна, делают чертежи общего расположения, основные архитектурные элементы и т. д.;
эскизный проект , в котором на основании уточненных данных по замечаниям заказчика и оптимальных экономических вариантов уточняются главные элементы и размерения судна, разрабатывается теоретический чертеж и определяются мореходные качества и прочностные характеристики корпуса судна. Уточняются характеристики машин, механизмов и оборудования и предварительно намечаются основные контрагенты на их поставку. Идет дальнейшее уточнение экономических качеств судна и расчет оптимальных его элементов. Производится дальнейшее уточнение проектной документации: чертежей общего расположения, теоретического чертежа и расчета элементов теоретического чертежа; изготовляется и испытывается в опытовом бассейне модель корпуса, набирается мидель-шпангоут и т. д. Эскизный проект представляется на согласование с наблюдающими организациями и утверждается заказчиком, после чего поступает для дальнейшей проработки;
технический проект – главный этап проектирования. Как правило, перед разработкой технического проекта организации судостроительной промышленности назначают завод-строитель проектируемого судна. В техническом проекте окончательно определяются главные элементы и размерения судна. Разрабатываются окончательный вариант общего расположения, теоретического чертежа с расчетами всех его элементов, принципиальная технология постройки судна и предварительные ведомости на необходимые материалы, машины, оборудование и т. п., окончательно согласовываются контрагенты и их поставки.
Разрабатывается документация, представляющая проект в описательном виде, дающая исчерпывающее представление о судне. С этой целью составляются два документа: спецификация и объяснительная записка по всем разделам, в которой перечисляется все, что должно быть выполнено на судне, указывается, как это должно быть сделано, и даны основные характеристики всех элементов судна.
Основные материалы технического проекта утверждаются наблюдающими организациями: Регистром Союза ССР, Министерством здравоохранения, органами, наблюдающими за охраной труда, пожарной инспекцией и пр.
После этого проект утверждается Министерством судостроительной промышленности и заказчиком и через Госплан СССР назначаются все контрагенты и заводы-поставщики.
Проектируемое судно вносится в государственный план развития народного хозяйства, и все материалы проекта и организации, связанные с его созданием, становятся официальными, не подлежащими изменению или дальнейшему уточнению. Технический проект необходимо разрабатывать с особым вниманием и тщательностью, так как попавшие в него неточности или недоработки в дальнейшем подлежат изменению лишь в исключительных случаях.
Разработка рабочих чертежей выполняется после утверждения технического проекта с учетом технологии, принятой на заводе-строителе. В этой стадии проектирования корректируют и уточняют заказные ведомости, изготовляют все рабочие чертежи, монтажные чертежи, инструкции по обслуживанию и т. д. В чертежах широко используются унифицированные изделия, а также детали и узлы, выполненные в соответствии с общесоюзными стандартами и отраслевыми нормалями (ОН). Применение в проекте стандартных, нормализованных и унифицированных деталей упрощает проектирование и постройку судна, дает возможность выполнять мелкие и трудоемкие детали и конструкции на заводах-поставщиках и монтировать их готовыми, что значительно снижает стоимость и сроки постройки судна.
Обычно рабочую документацию изготовляют в два этапа: первый – исполнительный, по которому строят головное судно, и второй – отчетный, после уточнения и внесения изменений в процессе его постройки. Откорректированные при постройке головного (первого) судна чертежи поступают для серийной постройки судов.
Руководство разработкой проекта судна, начиная с самого раннего этапа – уточнения технического задания, в проектном бюро поручается главному конструктору с группой специалистов высокой квалификации. Разработку специальных вопросов, связанных со специфическим назначением судна (например, специальное оборудование рыбоконсервного завода), целесообразнее поручать специализированным конструкторским бюро (СКВ) – контрагентам. Разработку вопросов, связанных с проектированием конструкции корпуса, главных силовых установок, электрооборудования судов и т. п., выполняют специализированные отделы бюро под руководством главного конструктора специализации.
Общее техническое руководство всеми отделами осуществляет главный инженер бюро.
Для решения на месте всех вопросов, связанных с осуществлением проекта при постройке судна, от бюро-проектанта на завод направляют рабочую группу конструкторов, которая совместно с заводским конструкторским бюро (КБ) должна оперативно устранять затруднения.
§ 59. Постройка судов
Судостроительные предприятия специализируются по следующим признакам: организации постройки судов (судостроительные заводы, судостроительные верфи и сдаточные базы);
основному материалу корпуса судна (предприятия стального судостроения, предприятия, строящие суда из легких сплавов, пластмассовые, деревянные, железобетонные и т. п.);
типу судов (предприятия, строящие танкеры, промысловые суда, сухогрузы, ледоколы и т. д.);
району плавания судов (предприятия, строящие морские, озерные, речные и т. п.).
Судостроительные заводы – крупные самостоятельные предприятия, имеющие цехи, изготовляющие все элементы современного судна: корпусные конструкции, главные и вспомогательные энергетические установки, устройства, оборудование и т. п.
Как уже говорилось выше, из-за исключительной сложности постройки современных судов на одном предприятии судостроительные заводы организационно и экономически нецелесообразны.
Судостроительные верфи – предприятия, полностью изготовляющие все корпусные элементы, строящие суда на стапельном месте и производящие монтаж поставляемых контрагентами машин, механизмов и всего необходимого судну оборудования, спуск судна на воду, достройку, испытание и сдачу судна заказчику.
Сдаточные базы – предприятия, расположенные в районе сдачи судна, доставленного из отдаленных районов его постройки. На сдаточных базах судно окончательно достраивают, оснащают специфическим оборудованием, например АЭУ, вооружением и т. п., проводят испытание в условиях, близких к эксплуатационным, и сдают судно.
Основными цехами всякого судостроительного предприятия являются:
корпусообрабатывающий, в состав которого входит плаз и участки разметки деталей корпуса из листового и профильного материала, газовой резки металла (ручной, полуавтоматической и автоматической), станочный парк по обработке деталей (гнутье на прессах, строжка кромок и т. п.) и горячей обработки их на плите;
сборочно-сварочный, выполняющий сборку отдельных готовых деталей корпусных конструкций в узлы, секции и блоки, их сварку и частичный монтаж насыщения судна;
стапельный, производящий сборку и сварку корпуса из секций и блоков, его насыщение и монтаж устройств, механизмов и оборудования. Кроме того, цех проверяет качество корпусных работ (проводит соответствующие испытания), производит подготовку судна к спуску и спуск его на воду;
корпусомонтажный (слесарно-достроечный, такелажный и малярный), выполняющий монтажные работы, достройку и отделочные работы на судне;
заготовительные-модельный, литейный, кузнечный, электродный и т. п., предназначенные для обеспечения строящегося судна необходимыми литыми деталями, поковками, электродами и т. д. (кронштейны, штевни, валы, клюзы, электроды и т. д.).
К механической группе цехов относятся:
механический со станочным парком по доводке и механической обработке новых деталей;
котельный, который изготовляет паровые котлы, емкости, работающие под давлением, и прочие относительно мелкие, но сложные корпусные работы;
арматурный, где обрабатывают детали арматуры и автоматических устройств и производят сварку, испытание, монтаж и наладку их на судне.
Механомонтажная группа цехов включает трубомедницкий цех, который изготовляет конструкционные элементы судовых трубопроводов и монтирует судовые системы на судах;
слесарно-монтажный цех, выполняющий монтаж на судне механизмов, судовых устройств и другие монтажные работы.
В состав деревообделочных цехов входят: лесопилки, склады хранения круглого леса и пиломатериалов, сушилы, плотницкий цех, выполняющий работы по достройке судна (обрешетник изоляции, настил опалубника и т. п.), а также обслуживающий другие цехи строительными лесами, ограждением, приспособлениями из дерева и т. п.; наконец, столярный цех, изготовляющий детали насыщения судна из дерева (мебель, отделка помещения и т. п.).
Вспомогательная группа цехов: инструментальный, ремонтномеханический, электроремонтный и ремонтно-строительный – обеспечивает все производственные цехи предприятия инструментами, приспособлениями, а также ремонтирует оборудование производственных цехов и здания.
Контрагентские цехи и участки являются цехами других предприятий, выполняющих на судах самостоятельные работы.
Энергетическое хозяйство судостроительного предприятия состоит из теплоэлектроцентрали (снабжающей завод силовой энергией, а также энергией для его освещения и отопления), трансформаторной подстанции, паросилового цеха (с испытательным стендом), компрессорной сжатого воздуха, водопроводной, кислородной, ацетиленовой станции и т. д.
Транспортный цех завода представляет собой водный, железнодорожный, автомобильный, автокарный и прочий транспорт и средства его эксплуатации, содержания и ремонта.
Складское хозяйство включает общезаводские склады, хранящие различные материалы, идущие на постройку судна (металлы, лесные материалы, топливо, текстильные и кожевенные товары, строительные материалы, готовое оборудование, машины и механизмы, электроматериалы, аппаратуру, приборы и многое другое). Это хозяйство представляет собой сложную организацию, обеспечивающую строящееся судно всем необходимым.
Методы постройки судов определяются технологией, принятой на каждом судостроительном предприятии.
Секционный метод заключается в том, что весь корпус судна разбивается на отдельные секции: палубы, борта, днище, переборки, платформы, надстройки и т. д.
Детали корпусных конструкций, заготовленные в корпусообрабатывающем цехе, подаются на участок сборки и сварки, где из них собирают отдельные секции. При сборке и сварке секций их насыщают оборудованием и деталями крепления. Затраты труда при постройке судна таким способом резко уменьшаются. Готовые корпусные секции поступают на стапельные построечные места, где из них формируют корпус судна, выполняют монтажные и сварочные работы.
После изготовления таким методом целого отсека или замкнутого помещения и испытания их на непроницаемость на стапельном месте продолжают монтаж насыщения корпуса (машин, механизмов, устройств, систем).
При блочном методе, который представляет собой развитие секционного метода, судно разбивается на крупные объемные части – блоки, изготовляемые в сборочно-сварочном цехе из отдельных секций, и подают на стапельное место в готовом виде – как бы часть судна, со всех сторон ограниченную конструкциями, образующими замкнутые отсеки или помещения. В готовом блоке выполняют и весь монтаж насыщения. Готовность отдельных блоков, подаваемых на стапель, доходит до 90%.
Такой метод постройки судна сокращает время, необходимое для формирования корпуса на стапельном месте, увеличивает пропускную способность стапелей. Кроме того, изготовление корпусных конструкций, образующих блоки судна в цеховых условиях,- в закрытом помещении, при максимальной механизации работ, улучшают качество работ, облегчают труд рабочих и резко увеличивают производительность труда.
Размеры блоков секций зависят от производственных условий на предприятии и от того, какой транспорт обеспечивает подачу блоков секции на стапельное место. На крупных, хорошо оснащенных заводах вес подаваемых на стапель блоков доходит до 600-700 т (при работе двух кранов грузоподъемностью до 350 т, обеспечивающих подачу блока спаренным способом, или же при сборке судна на горизонтальном построечном месте).
Рис. 81. Схема формирования корпуса на стапельном месте различными способами; а – пирамидальным; б – островным; в – блочным (римскими цифрами показаны номера блоков).
При блочном методе на стапеле выполняют только работы по монтажу забойных участков, различных конструкций, электромонтажные и прочие подгоночные работы.
Выставленные на стапельном месте элементы корпуса для уменьшения общих сварочных деформаций в большинстве случаев формируют тремя способами: пирамидальным, островным и блочным (рис. 81). Эти способы позволяют вести сборку и сварку корпуса широким фронтом, значительно сокращая время постройки судна.
При пирамидально м способе корпус собирают из секций и формирование корпуса начинают либо со средней части судна, либо с кормы. Выставленные первоначальные секции образуют подобие ступенчатой пирамиды, откуда этот способ и получил название.
Островной способ формирования корпуса заключается в одновременной закладке по длине судна нескольких секций, которые в дальнейшем смыкаются забойнымии секциями. Этот способ сокращает срок постройки судна благодаря расширению фронта работ.
Блочный способ применяется при формировании корпуса на стапеле из предварительно собранных и сваренных блоков секций или блоков. Использование этого способа рационально при серийной постройке судов среднего и малого водоизмещения. При блочном способе формирование корпуса начинают с установки базового блока, после чего производят стыкование с ним соседних блоков, одновременно по обеим стенкам.
Известны два метода организации постройки судна: поточнопозиционный и поточно-бригадный.
При поточно-позиционном методе постройка, сборка и монтаж блоков судна производятся на отдельных позициях на специальных тележках, которые передвигаются на новые позиции. При таком методе специализированные бригады рабочих закрепляются за определенными позициями работ, бригады имеют постоянные рабочие места и выполняют однородную работу.
Поточно-позиционный метод широко применяется при серийной постройке малых и средних судов.
Поточно-бригадный метод заключается в том, что специализированные бригады рабочих после выполнения определенного объема работ переходят с одного судна на другое. При этом методе у бригады нет постоянных рабочих мест, что приводит к непроизводительным потерям времени. Этот метод применяется при серийной постройке больших морских судов, когда их передвижение с позиции на позицию нерентабельно.
Спус к судн а на воду производится после выполнения всех работ, связанных с обеспечением прочности и герметизации его корпуса.
Спусковые устройства могут быть следующих пяти типов:
1) наклонные стапели, с которых судно спускается по наклонной плоскости под действием собственного веса. Судно должно быть поставлено на спусковые полозья, скользящие по наклонной поверхности спусковых дорожек. Спусковые наклонные стапели могут быть предназначены для продольного спуска, при котором судно сходит в воду кормой вперед, или для поперечного спуска,- при котором спускаемое судно входит в воду бортом;
2) строительные доки, представляющие собой котлован, отделенный от акватории воротами или плавучим затвором, носящим название батопорт. Батопорт притапливается на пороге в голове дока и прекращает поступление воды в док, когда он осушается. В строительном доке судно либо строят, либо его вводят туда на тележках, специально для спуска. Для спуска судна на воду док заполняют водой, и судно всплывает. При достижении одинакового уровня в доке и на акватории ворота открывают. Если док закрыт батопортом, то из него откачивают воду и он, приобретая плавучесть, всплывает, открывая вход в док, и тогда СУДНО выводится из дока;
3) док-камера, которая строится на уровне территории завода рядом с котлованом, расположенным ниже уровня воды и используемым для спуска судна. После подачи в док-камеру судна на тележках закрывают ворота со стороны завода и вторые ворота, расположенные в части котлована, граничащей с акваторией.
В док-камеру накачивается вода, судно всплывает с тележек и отводится в сторону над котлованом. После этого воду из доккамеры спускают, и судно опускается в котлован, в котором уровень воды равен уровню воды в акватории. Открываются наружные ворота, и судно выводится на открытую воду;
4) на спусковом устройстве для вертикального спуска судно завозят на тележках и вертикально опускают при помощи винтовых или гидравлических устройств в воду;
5) слип – механизированное устройство, предназначенное для спуска и подъема судов на тележках по наклонным рельсовым путям, бортом к воде. Скорость движения судна при спуске или подъеме регулируется тяговыми лебедками с такелажным оснащением. Имеются и другие разнообразные типы стапельных мест.
Достроечные работы на плаву выполняют после спуска судна на воду. На достройку оставляют минимальное количество работ: наладку механизмов и приборов, испытание их в условиях, близких к эксплуатационным, зашивку изоляции, отделку помещений, малярные работы, установку оборудования и другие завершающие работы. Спущенное на воду судно отводится к достроечной набережной, на которой предусмотрены энергетические сети (подвод электрического тока, сжатого воздуха, газов, воды и т. п.), крановое хозяйство и устройства для швартовки судна и доставки на него всех видов снабжения.
Все судовые машины, механизмы и устройства после окончания их монтажа налаживают и испытывают в работе по возможности в условиях, близких к эксплуатационным, у достроечной стенки завода. При испытании главных силовых установок и движительного комплекса судно крепят швартовными тросами к причальной стенке (поэтому все испытания, проводящиеся у достроечной стенки, принято называть швартовными испытаниями) .
После устранения всех недостатков, обнаруженных при швартовных испытаниях судна, составляется программа ходовых испытаний, и судно выходит на ходовые, сдаточные испытания, проводимые государственной комиссией. На ходовых испытаниях официально определяются фактические качества судна: скорость хода, управляемость и другие мореходные и технико-экономические характеристики. На основании государственных испытаний составляется акт приемки судна, и после устранения мелких недоделок оно считается вступившим в эксплуатацию.
§ 60. Ремонт и докование судов
Для поддержания судна в эксплуатационной готовности необходимо в определенные сроки проводить ремонт всех его элементов. Судно в борьбе со стихией в открытом море подвержено действию различных сил, вызывающих ускоренный износ его конструктивных элементов или приводящих к аварии.
Каждый судовладелец (министерства МФ, РП, РФ и т. д.) ведет наблюдение (технические отделы главных управлений) за правильностью эксплуатации судов, оформлением документации и ремонтом судов, имея в подчинении судоремонтные предприятия и располагая необходимыми средствами.
Судовладельцы издают положения о судоремонте, сроках его проведения в соответствии с назначением и типом судна, правила составления и сроки представления ремонтной документации; положения о подготовке судна к судоремонту, об обязанностях предприятия и других вопросов, связанных с судоремонтом. «Положение о ремонте судов» Министерства морского флота предусматривает следующие виды ремонта: планово-предупредительный, восстановительный, аварийный и поддерживающий.
Планово-предупредительный ремонт для отдельных механизмов, комплектов, узлов и элементов судна подразделяется на текущий и капитальный ремонт, а для всего судна – на малый и большой.
Текущий ремонт обеспечивает бесперебойность плавания судна до ближайшего следующего планового ремонта и производится ежегодно. При этом ремонте устраняются в основном мелкие дефекты (например, очищают и окрашивают корпус, устраняют возникшие неплотности, пригоняют отдельные детали и узлы и др.), он может выполняться как с выводом, так и без вывода судна из эксплуатации.
Капитальный ремонт отдельных механизмов, комплектов, узлов и элементов судна состоит в восстановлении их технико- эксплуатационных характеристик. Этот ремонт является продолжительным и по объему значительно отличается от текущего. Например, при капитальном ремонте изготовляют и заменяют отдельные секции; устанавливают новые серийные механизмы и устройства с более высокими и совершенными технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками и т. п.
Малый ремонт судна проводится ежегодно и по своим характеристикам соответствует указанному выше текущему ремонту; производится как в заводских условиях, так и без вывода судна из эксплуатации.
Большой ремонт выполняется в сроки, устанавливаемые «Положением о ремонте судов» в зависимости от типа судна. При этом ремонте обычно выполняются работы по капитальному ремонту судна.
Восстановительный ремонт производят с целью восстановления судов, выбывших из состава действующего флота в результате значительной изношенности или больших повреждений. Этот ремонт производят в исключительных случаях – в основном для восстановления особенно ценных, уникальных судов.
Аварийный ремонт выполняют для устранения повреждений, вызванных аварией или аварийным происшествием (перечисленных в аварийном акте).
Поддерживающий ремонт производят после исключения судна из системы планово-предупредительного ремонта. Этот вид ремонта применяется в тех случаях, когда из-за большого износа судна в целом или его отдельных элементов приведение его в удовлетворительное техническое состояние потребует больших затрат на капитальный ремонт, которые не могут быть возмещены в период дальнейшей эксплуатации судна.
В то же время при соответствующем уходе за этим судном, выполнении небольших ремонтных работ и ограничении условий эксплуатации оно может оставаться в строю до предельного износа.
Выполнение ремонта – сложная техническая задача. Иногда ремонт сложнее постройки нового судна. Большая разнотипность судов также затрудняет их подготовку к ремонту. Например часто оборудование судна, поставленного на ремонт, морально устарело и снято заводом-строителем с производства, а выпускаемые образцы оборудования не соответствуют заданным характеристикам. Для ремонта демонтированного оборудования необходима сложная подготовка – изготовление оснастки, приспособлений и т. п.,- стоимость которых иногда превосходит стоимость самого оборудования и на изготовление ее уходит много времени.
При составлении предварительных ремонтных ведомостей (до планового ремонта судна) трудно по внешнему виду определить состояние деталей. При демонтаже ремонтируемой детали выясняется необходимость в ремонте и связанной с нею детали и т. п. Эти факты приводят к необходимости пересмотра запланированного объема работ, дополнительных затрат и увеличения плановых сроков ремонта, отражающихся на выполнении номенклатурного плана работ всякого судоремонтного предприятия и задержке ремонта очередного судна.
Поэтому все судовладельцы уделяют пристальное внимание организации ремонта судов и тратят много усилий на его совершенствование.
На основании анализа опыта ремонта судов и использования научной организации труда в настоящее время принята следующая организация судоремонта.
Дефектацию судов, нуждающихся в ремонте, составление ремонтных ведомостей, проектных материалов, документов по модернизации, финансово-экономические и плановые расчеты производят конструкторские бюро по судоремонту (КБСР), которые имеют возможность подготовить эту документацию на высоком техническом уровне.
Предприятия, ремонтирующие суда морского флота, делятся на три разряда. Предприятиям первого и второго разряда присваиваются наименования судоремонтных заводов (СРЗ), а предприятиям третьего разряда – судоремонтных мастерских (СРМ).
СРЗ I разряда выполняют восстановительный и большой ремонты судов основного состава флота;
СРЗ II разряда производят большой и малый ремонты как судов основного состава флота, так и все категории ремонта судов вспомогательного флота;
СРМ выполняют текущий и малый ремонт судов всех типов (в том числе технического и вспомогательного флота). Кроме того, на флотах предусматривают
базовые мастерские (при портах, военно-морских базах и отдельных соединениях флота). Эти мастерские производят текущий ремонт с частичным привлечением к судоремонтным работам специалистов из личного состава судов. К таким мастерским часто приписываются плавучие доки;
плавучие мастерские (ПМ), являющиеся оперативными ремонтными предприятиями, которые могут выполнять текущий ремонт судов. Преимущество плавучих мастерских – их мобильность, делающая мастерские незаменимыми в экспедиции. Они могут быть использованы для выполнения аварийного ремонта судна на месте аварии или необходимых оперативных работ на рейде при судоподъеме и т. п.;
автомобильные подвижные мастерские , оборудованные для выполнения ремонта преимущественно мелких судов сезонного, экспедиционного, прибрежного промысла с переменным местом базирования.
Неотъемлемой частью всякого судоремонтного предприятия являются средства судоподъема.
Подъем судна производится для очистки его подводной части от обрастания, для освидетельствования, ремонта и монтажа подводной аппаратуры (гидролокации, эхолотов и т. п.), донной арматуры, ограждения забортных и отливных отверстий.
На морских судоремонтных заводах предусматриваются сухие или плавучие доки, а на речных -в большинстве случаев судоподъемные устройства, такие, как слипы и т. п.
Сухие доки предназначены для осушения подводной части корпуса путем постановки судна на килевую дорожку или на клетки при откачке воды из дока. Сухой док представляет собой котлован, в котором уровень воды ниже уровня воды в гавани. Стенки котлована укреплены гранитом или железобетоном, днище – подошва дока – горизонтальное. По днищу вдоль дока у стенок и посредине проделаны сливные канавки, называемые кюветами. По кюветам сливается в сборный колодец фильтрационная вода, собирающаяся на подошве. Из колодца ее откачивают в гавань насосами. Посредине подошвы выложена килевая дорожка, представляющая собой блоки: снизу-металлические или гранитные, а сверху – деревянные, на которые судно садится при откачке воды из дока. С одной торцовой стороны, называемой порогом, док сообщается с гаванью. Порог дока закрывается воротами или затвором, выдвижным сбоку, или плавучим сооружением, называемым батопортом. Батопорт подводится к порогу и на нем притапливается, а при откачке воды из дока прижимается давлением воды со стороны гавани к привальным брусьям порога дока (рис. 82).
При постройке сухого дока его размеры выбирают исходя из расчета докования в нем самого большого судна на флоте. Время, свободное от докования самых больших судов, используют для докования остальных судов. Чем больше судов ставят в док одновременно, тем выше коэффициент использования дока. Поэтому в сухом доке иногда стоит несколько десятков разнообразных судов одновременно, что превращает докование судов в сложную и чрезвычайно ответственную операцию.
Сухой док – очень дорогое гидротехническое сооружение, требующее больших капитальных затрат. Сухие доки предусматривают только на мощных судоремонтных заводах с большой производственной программой докования судов.
Сначала точно размечаются места докуемых судов на подошве дока. Места фиксируются: по длине на стенке дока и в оконечностях каждого судна, поперек дока натягиваются тросики, называемые стеклинями, положение ДП судна фиксируется отвесами, подвешенными к стеклиням. На подошве дока под судно набирают килевую дорожку и клетки, представляющие собой деревянные постели, выполненные по форме подводной части корпуса. После подготовки дока стеклини снимают и док затапливают через заливные отверстия в затворе или через заливную камеру. Открывают ворота дока, и судно или суда, если их несколько, заводят в док. Ворота или батопорт перекрывают вход в док, суда точно расставляют по стеклиням и вескам, и из дока откачивают воду отливной станцией дока.
По мере убывания воды суда опускаются и садятся на кильблоки килевой дорожки и доковые клетки.
Плавучие доки предназначены для вертикального подъема судна из воды. Эти доки представляют собой плавучие сооружения с прямостенными образованиями в поперечном сечении, имеющие форму перевернутой буквы П (рис. 83).
Рис. 82. Сухой док. 1 – батопорт; 2 – трапы для спуска в док; 3 – шлюз для спуска грузов; 4 – подошва дока; 5 – килевая дорожка; 6 – привальный брус батопорта; 7 – порог дока; 8 – швартовные битенги; 9 – сточные кюветы; 10 – приемный колодец; 11 – насосная отливная станция.
Плавучие доки с другими сечениями встречаются редко. Вертикальные конструкции дока, называемые башнями, обычно идут по всей длине дока, а горизонтальные конструкции, образующие стапель-палубу дока, по длине составляются из отдельных понтонов, скрепленных с башнями разъемными соединениями – болтами. Длина каждого понтона выбрана исходя из того расчета, чтобы разъединенный с башней и выведенный из-под нее он смог бы, развернутый в горизонтальной плоскости на 90°, войти на оставшиеся понтоны собственного дока и продоковаться на них. На стапель-палубе дока оборудуют килевую дорожку и подвижные (передвигающиеся поперек дока) кильблоки.
Рис. 83. Плавучий U-образный док: а – с докующимся в нем судном, поставленным по-мальтийски; б- с самодокующимся понтоном дока. 1 – топ-палуба; 2 – палуба безопасности; 3 – башни; 4 – стапель-палуба; 5 – центральная килевая дорожка; 6 – боковые килевые дорожки; 7- понтоны дока; 8 – разъемное соединение понтонов с башнями; 9 – кринолин.
Докование в плавучем доке заключается в следующем. В понтоны дока принимается забортная вода, и он погружается в воду до палубы безопасности, расположенной в башнях и предотвращающей самозатопление дока. После притопления дока в него вводят докуемое судно и устанавливают по стеклиням и вескам над приготовленным для него местом. При откачке воды из понтонов доковыми насосами док начинает всплывать, принимая на свою килевую дорожку судно и поднимаясь вместе с ним из воды. В момент соприкасания судна с килевой дорожкой для обеспечения устойчивого положения судна под него подводят подвижные кильблоки или же между бортом судна и стенкой башни дока ставят упоры (последний способ докования носит название докования по-мальтийски, т. е. без клеток).
Плавучие доки представляют собой автономные сооружения с мощными отливными средствами и с энергетическим оборудованием, обеспечивающим работу отливных насосов и удовлетворяющим потребности судоремонта.
Если на одном предприятии предусматривается несколько плавучих доков, то экономически целесообразно иметь док-матку и доковые секции. Док-секция представляет собой отдельный плавучий док, не имеющий ни отливных насосов, ни других энергетических установок. Док-матка -плавучее притапливающее сооружение, оборудованное отливными насосами и необходимыми энергетическими установками, предназначенными для обслуживания док-секций. Док-матка подводится.к док-секции и вместе с нею погружается. После заводки в док-секцию докующегося судна док-матка осушает понтоны док-секции и вместе с нею всплывает, поднимая на стапель-палубу секции судно. После докования док- матка отводится к другой док-секции и т. д.
Рис. 84. Кессон для ремонта борта судна. 1 – уплотннтсльная подушка; 2 – пробоина.
Для погружения плавучего дока или комплекса док-матки с док-секцией на акватории судоремонтного завода должен быть вырыт соответствующий котлован, что не всегда выполнимо (из-за условий местности и структуры дна гавани).
Слипы применяют на судоремонтных заводах, производящих ремонт малых и средних судов и расположенных на отлогих берегах.
Слип представляет собой наклонную уходящую в воду площадку с рельсовыми путями, расположенными перпендикулярно к береговой черте, по которым движутся оснащенные тросами тележки с кильблоками-постелями, имеющими лекальную форму подводной части судна. На концевых тележках монтируют выходящие верхним концом из воды рейки-вехи, по которым центруется на плаву судно, предназначаемое к подъему. Тележки с посаженным на их кильблоки судном вытаскивают из воды лебедками при помощи .системы тросов. Судно отводится на стапельное место и переводится на клетки. Освободившиеся тележки приготавливают для подъема следующего судна и т. д.
Есть и другие конструкции судоподъемников, находящие лишь индивидуальное применение на судоремонтных предприятиях.
Большое практическое значение имеет частичное осушение подводной части корпуса для ремонта судов без постановки их в судоподъемное сооружение. Такое частичное осушение площади подводной части корпуса осуществляется кессонами.
Кессон представляет собой ящик с открытой боковой стороной, торцовые стенки которого имеют криволинейные кромки по обводам корпуса. Кессон вплотную подводится к борту судна, из кессона выкачивается вода и он ее давлением прижимается к корпусу судна (рис. 84).
В осушенной кессоном части корпуса можно производить любые работы, после выполнения которых кессон заполняется водой и сам отстает от судна.
Полезность применения кессонов очевидна. К их недостаткам следует отнести необходимость изготовления каждый раз специального кессона, что вдали от судоремонтных предприятий не всегда выполнимо.
Приложение 1
Соотношения главных размерений и коэффициенты полноты судов различных типов
Приложение 2
Рис. 1. Грузовое судно.
Рис. 2. Плавучая промысловая база «Восток».
Рис. 3. Плавучий маяк.
Рис. 4. Землечерпательное судно.
Рис. 5. Плавучий кран «Кер-Оглы».
Рис. 6. Рулевые приводы: а – гидравлический; б -секторный; в – винтовой. и 1 – баллер руля; 2 – румпель; 3 – скалка; 4 – плунжер; 5 – гидравлический пресс; 6 – гидравлический трубопровод; 7 -насос; 8- электродвигатель; 9 – сектор руля; 10 – буферные пружины; 11 – редуктор; 12 – зажимный стопор; 13 – тяги; 14 – направляющие; 15 -винтовой шпиндель.
Рис. 7. Водометный движитель с полуподводным выбросом. 1- защитная решетка; 2 – всасывающая труба; 3 – гребной винт, 4 – контрпропеллер; 5 – напорная труба; 6 – реверс-руль.
Рис. 8. Насадка и схема сил упора, возникающего на ней при движении судна. R – подъемная сила; Р – возникающий упор; T -сила, сжимающая стенки насадки.
Рис. 9. Схема судовой утилизационной установки. 1 – котел; 2 – отвод уходящих газов; 3 – вход выхлопных газов; 4 – теплый ящик; 5 – питательный насос; 6 – отвод перегретого пара к турбогенератору; 7 – циркуляционный насос; 8 – сепаратор пара; 9 – отвод постоянного пара к потребителям. ______________вода;_______пароводяная смесь;__________пар;_________резервный трубопровод.
Литература
Акимов П. П. Судовые силовые установки. М., «Транспорт», 1967.
Александров А. В. Судовые системы. «Судостроение», 1966.
Бакшт Ю. В. и др. Гребные винты регулируемого шага. Л., Судпромгиз, 1961.
Барабанов Н. В. Конструкция корпуса морских судов. Л., «Судостроение», 1969.
Белавин Н. И. и Куплянский В. М. Главное оружие флота. М., Воениздат, 1965.
Белавин IT. PL Корабли-ракетоносцы. М., Воениздат, 1967.
Бенуа Ю. Ю. и Корсаков В. М. Суда на воздушной подушке. Л., Судпромгиз, 1962.
Богданов А. М. Передача грузов кораблям на ходу. М., Воениздат, 1964.
Букалов В. М. и Нарусбаев А. А. Проектирование атомных подводных лодок. Л., «Судостроение», 1968.
Быховский И. А. Атомные подводные лодки. Л., Судпромгиз, 1963.
Ваганов А. М. и Карпов А. Б. Общее устройство судов. Л„ «Судостроение», 1965.
Волостных В. В. и Зубрицки й В. В. Архитектурный облик современного морского судна.- «Судостроение», 1964, № 10.
Галич И. И. Судовые электрические установки управления. Л., Судпромгиз, 1962.
Галич И. И. Электро- и радионавигационные приборы. Л., «Судостроение», 1966.
Герасимов В. Н. и Дробленков В. Ф. Подводные лодки империалистических государств. М., Воениздат, 1962.
Гурович А. П. Судовые устройства и внутреннее оборудование судов. Л., «Судостроение», 1964.
Дорогостайский Д. В. и др. Основы судостроения. Судпромгиз, 1952.
Загайкевич Д. Н. Общее устройство судна. Л., Судпромгиз, 1956.
Каменский Е. В. и Терентьев Г. Б. Рыболовные траулеры. Л., «Судостроение», 1968.
Козлов В. И. Судовые энергетические установки. Л., «Судостроение», 1969.
Константинов В. П. и др. Электрорадионавигационные и автоматические средства судовождения, М., «Транспорт», 1966.
Леонтьев В. М. и Фролов Н. Ф. Судостроительные материалы. Л., «Судостроение», 1965.
Леонтьев В. М. и Фролов Н. Ф. Технология судостроения и судоремонта. Л., Судпромгиз, 1961.
Лукашевич А. А., Перник А. Д. и Фирсов Г. А. Теория корабля. Судпромгиз, 1950.
Простаков А. Л. Гидроакустика и корабль. Л., «Судостроение», 1967.
Скороход Ю. В. и Хохлов П. М. Корабли противоминной обороны. М., Воениздат, 1967.
Смукул А. О. и Федурин А. С. Суда обеспечения ВМФ. М., Воениздат, 1969.
Сырмай А. Г. Корабль. Его прошлое, настоящее и будущее. М., «Наука», 1967.
Фрид Е. Г. Устройство судна. Л., «Судостроение», 1966.
Фукельман В. Л. Теория корабля с основами гидромеханики. Л., «Судостроение», 1964.
Яковлев Г. С. Судовые электроэнергетические системы. Л., «Судостроение», 1967.
Морской словарь, т. 1-2. М., Воениздат, 1959. Правила классификации и постройки морских судов, ч. 1-4, 6-11, Регистр СССР. Л., «Транспорт», 1967-1968.
This file was created
with BookDesigner program
bookdesigner@the-ebook.org
19.08.2012
Наш
сайт является помещением библиотеки. На основании Федерального
закона Российской федерации
"Об авторском и смежных правах" (в ред. Федеральных законов от 19.07.1995
N 110-ФЗ, от 20.07.2004
N 72-ФЗ) копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения
произведений
размещенных на данной библиотеке категорически запрешен.
Все материалы представлены исключительно в ознакомительных целях.
 |
Copyright © UniversalInternetLibrary.ru - электронные книги бесплатно
