Краткие сведения о судах

10.1. Основные габаритные размерения судна

Основными размерами судна, или как их называют в судостроении, размерениями, являются его длина, ширина, высота борта, надводная высота и осадка.

Длина l₀ и ширина суднаb₀ равны расстояниям по горизонтали между точками пересечения вертикальной продольной и поперечными плоскостями его с поверхностью воды при полной грузовой осадке; эту длину и ширину называют расстояниями между перпендикулярами. Наибольшие длина l_с и ширина суднаb_с, которые являются габаритными размерами его, равны расстояниям по горизонтали между крайними по длине и поперечному (обычно миделевому) сечению корпуса точками судна (Рис.10.1)

Высота борта судна Н_б называется размерение его по вертикали в миделевом(среднем) сечении от килевой до бортовой линии.

Наибольшей осадкой судна S_с называется расстояние по вертикали между поверхностью воды и нижней кромкой киля судна с полным грузом. Осадкой судна порожнего S_сп является это же расстояние с отсутствием груза. Кроме того, различают осадку носом S_сп и кормой S_ск. В случае S_сн>S_ск судно имеет дифферент на корму. При переходе судна из реки в море и обратно осадка его изменяется на величину ∆S_с соответственно плотности пресной и морской воды, которая в среднем на 2-3% больше.

Соотношения между главными размерениями являются важными характеристиками формы судна и дают возможность судить о его мореходных качествах. Отношение - ходкости, чем оно больше, тем судно быстроходнее; условия прочности корпуса, - условия остойчивости, - остойчивости, непотопляемости, прочности и вместимости, - остойчивости и ходкости, - управляемости.

Наибольшая надводная высота судна h_н, являющаяся для искусственных сооружений на водном пути габаритным размерам, равна расстоянию от поверхности воды до верха мачт судна в порожнем состоянии.

10.2. Эксплуатационные характеристики транспортного судна: грузоподъемность, дедвейт, водоизмещение, грузовместимость, скорость и автономность плавания, мощность.

В общем виде водоизмещение выражается зависимостью:

D = P_k + P_m + DW

где, P_k – масса оборудованного корпуса;

P_m – масса механизмов машинного отделения;

DW – дедвейт судна (сумма переменных масс на судне: команды и пассажиров с багажом, груза, провизии, воды, топлива и смазочных материалов)

Сумма P_k + P_m = D₀ есть собственная масса судна, т.е. масса судна порожнем.

Масса оборудованного корпуса судна известного типа зависит от его размеров:

P_k = P_k*l_c*b_c*H_c

где, P_k– измеритель массы корпуса, т/м³

l_c, b_c, H_c – соответственно расчетные длина, ширина, высота борта судна, м

Масса машинного отделения зависит от типа энергетической установки и ее мощности N_e (л.с.)

P_м = P_м* N_e,

где, P_м – измеритель массы механизмов, т/л.с.

Между мощностью энергетической установки (л.с.) и скоростью хода имеется связь:

N_e = ,

где, R – сопротивление воды и воздуха (кгс) движению судна со скоростью V (м/с)

η = η_п* η_д* η_к – общий коэффициент, равный произведению коэффициентам полезного действия судовой передачи от двигателя к движителю (η_п), движителя (η_д) и корпуса на движителе (η_к)

Сопротивление R зависит от размера судна, формы и состоянии поверхности его подводной части, наличие выступающих частей и от скорости хода. Чем меньше , тем лучше ходкость судна.

Грузовместимость – объем грузовых помещений судна.

При перевозке очень легких грузов (например, хлопка) загрузка судна должна определяться грузовместимостью. При этом грузоподъемность судна окажется неиспользованной. С другой стороны, при перевозке тяжеловесов грузовые помещения окажутся недозагруженными.

На международных линиях важное значение имеет понятие полной регистровой вместимости, характеризующей способность перевозить грузы не только в грузовых, но и в других помещениях. Полная регистровая вместимость устанавливается на основании обмеров судна в соответствии с международными правилами и выражается в условных единицах – регистровых тоннах (одна регистровая тонна равна 2,83 м³). По величине полной регистровой вместимости устанавливают плату за прохождение судна по каналам, обслуживание в порту, а также назначают страховые сборы.

Наряду с полной регистровой вместимостью, включающей практически все внутренние помещения судна, устанавливается и чистая регистровая вместимость, соответствующая только объему грузовых трюмов.

Грузоподъемность – это масса грузов, которые может перевести судно.

Чистая грузоподъемность – это полная масса перевозимого судном полезного груза и пассажиров с багажом, предназначенных для них пресной водой и провизией.

Скорость – это эксплуатационное качество судна, определяющее быстроту транспортных операций. Скорость речных судов измеряется в километрах в час, морских судов – в узлах. Узел равен морской миле (1852 м) в час.

Автономность плавания – длительность пребывания судна в рейсе без пополнения запасов топлива, провизии и пресной воды, необходимых для жизнедеятельности, находящихся на судне людей (экипажа и пассажиров)

10.3. Характеристики мореходного качества судна

Плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, качка и управляемость.

Плавучесть – способность судна плавать на воде по определенную осадку при заданном количестве находящихся на нем грузов и пассажиров. Мерой плавучести судна является его водоизмещение – объем погруженной в воду (подводной) части судна.

Остойчивость – способность судна возвращаться в положение равновесия после устранения причин, вызвавших отклонение от этого положения. Наклонения судна в поперечной плоскости называется креном, в продольной плоскости – дифферентом; углы, образующиеся при этом, обозначают соответственно θ и φ.

Непотопляемость – способность судна плавать и сохранять остойчивость при затоплении одного или нескольких отсеков. Степень непотопляемости судна зависит от его назначения.

Ходкость – способность судна перемещаться с заданной скоростью при затрате определенной мощности главных двигателей. Лучшей ходкостью из двух близких по размерениям и водоизмещению судов обладает то, которое при одинаковой силе тяги развивает большую скорость или, наоборот, для достижения одинаковой скорости требует меньшей силы тяги.

Качка судна – колебательное движение, которое судно совершает около положения равновесия. Различают три вида качки судов: вертикальную, бортовую и килевую.

Управляемость – способность судна удержать 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 движения, т.е. устойчивостью на курсе, и с другой стороны, способностью судна изменять направление движения и двигаться по криволинейной траектории, т.е. поворотливостью.

10.4. Классификация транспортного флота

Современное состояние и перспективы развития транспортного флота является важнейшим фактором, влияющим на проектирования, строительство и на эксплуатацию портов. В связи с этим необходимо знать основные типы судов, их функции, характеристики и элементы.

Согласно международным правилам предупреждения столкновения судов (МППСС) судном называется инженерное сооружение, предназначенное для передвижения на воде. Судно, имеющее вооружение и способное решать и обеспечивать боевые задачи называется кораблем.

Общее представление о существующих типах и основных функциях судов дают критерии их классификации.

Главным признаком классификации судов является их назначение.

I По назначению, т.е по роду выполняемой работы и виду перевозок различают суда:

· транспортные – пассажирские, грузопассажирские, грузовые, сухогрузные, наливные, буксирные – толкачи, буксиры – толкачи, буксиры;

· технические – землечерпательные и землесосные снаряды, грунтоотвозные шаланды, суда, обслуживающие навигационное оборудование судовых ходов и др.

· вспомогательные – плавучие мастерские, доки, санитарные и очистительные станции, дебаркадеры, брандвахты, перегружатели, плавкраны, плавкопры, топливозаправочные станции.

· специального назначения – ледоколы, паромы, плавучие магазины, пожарные, служебноразъездные.

II По условиям плавания:

· морские

· речные

· смешанное плавание

III По средствам движения:

· самоходные

· несамоходные

Транспортные несамоходные суда морского флота называют лихтерами, а речного флота – баржами. Несамоходные суда транспортируют как методом буксировки на тросе, так и методом толкания; находит применение вождение под крылом (под боком буксира)

IV По принципу движения по воде суда делят на водоизмещающие (плавающие на поверхности воды), глиссирующие (скользящие по поверхности воды), а также суда на подводных крыльях, на воздушной подушке.

При нахождении судна наплаву без движения на него действуют силы, обусловленные массой отдельных составных частей судна, равнодействующая которых приложена в центре тяжести судна и направлена вертикально вниз, и силы плавучести или поддержания, равнодействующая которых приложена в центре объема подводной части судна, называемой центром величины, и направлена вертикально вверх. Согласно закону Архимеда эти равнодействующие силы равны между собой, противоположно направлены и при спокойном состоянии судна располагаются на одной прямой:

D = γV

где, D – масса судна (весовое водоизмещение судна), т

V – объем подводной части или объемное водоизмещение, м³

– плотность воды, т/м³

Центр тяжести и центр величины при плавании судна в спокойном состоянии находится на одной вертикали. Действие внешних сил от ветра, волнения, рывков буксирного троса и других приводит судно либо к дифференту, либо к крену, а равнодействующая сил плавучести образует восстанавливающий момент, возвращающий судно в исходное положение.

При прямолинейном движении судно в спокойной воде характер воздействия воды на судно усложняется; появляется трение воды о корпус, перераспределяется давление воды по длине судна. В зависимости от характера действия гидродинамических сил и изменения посадки при давлении различают различные режимы давления судна:

1. плавание, при котором сохраняется действие закона Архимеда, т.е.

D = γV = А_v, где А_v- равнодействующая гидростатических сил;

2. переходной режим, при котором масса уравновешивается гидростатическими А_vи гидродинамическими А_Q силами поддержания:

D = A_v + A_Q

3. глиссирующие, когда при высоких скоростях хода судно скользит по поверхности воды с некоторым углом дифферента, т.е. масса судна практическим уравновешивается гидродинамической силой (подземной силой): D = A_Q

4. полный отрыв от воды вследствие создания воздушной подушки

 

V По числу корпусов:

· однокорпусные

· двухкорпусные (катамараны)

· трехкорпусные (тримараны)

VI По материалу корпуса:

· металлические

· деревянные

· пластмассовые

· железобетонные

· композитные

VII По типу главного двигателя:

· теплоходы

· параходы

· турбоходы

· газотурбоходы

· дизельэлектроходы

VIII По типу движителя:

· винтовые (водяной или воздушный)

· колесные

· водометные

· крыльчатые

· парусные

· атомная установка

IX По числу гребных винтов:

· одновинтовые

· двухвинтовые

· трехвинтовые

10.5. Типы судов

Грузовые суда подразделяют на суда общего назначения (универсальные), специализированные (для перевозки определенных грузов), комбинированные (для перевозки в одном направлении нефтепродуктов, в обратном – навалочные или тарно-штучные грузов).

Основным недостатком универсальных судов является большая продолжительность погрузо–разгрузочных работ, особенно при вертикальном способе погрузки (грузоподъемными кранами).

Стремление свести к максимуму интенсивность грузопереработок и минимуму стояночное время в порту привело к углублению и расширению специализации судов.

Основными типами специализированных судов являются:

Танкер – наиболее узкоспециализированное грузовое судно для перевозки жидких грузов. Развитие танкерного флота соответствовало росту объемов транспортировки нефти, нефтепродуктов, сжиженного газа, жидких химических веществ, а также вина, растительного масла и т.д. Дедвейт танкеров составляет десятки и даже сотни тысяч тонн.

Балкер – это специализированное однопалубное судно для перевозки одного или нескольких, близких по удельному погрузочному объему, видов грузов (нефте-балкеры, нефте-рудовозы, балкеры-автомобилевозы). Загрузка балкеров обычно осуществляется специализированными комплексами производительностью 2-8 т/ч и более.

Контейнеровозы после танкеров и балкеров стали важнейшим типов специализированных судов в составе мирового транспортного флота. Контейнеризация создала предпосылки для стандартизации портового оборудования, складов, береговых транспортных средств, методов унификации штучных грузов и повысило рентабельность контейнерного флота.

Химовозы являются одними из наиболее молодых судов в специализированном флоте. Их применение обосновывается не только и даже не столько экономическими соображениями, а сколько соображениями экологического характера в связи с высокой опасностью химических грузов.

Последние годы концентрация химического флота, специализированных терминалов и хранилищ в специализированных портах и портовых районах по переработке химических грузов в крупные специализированные судоходные объединения, что позволило повысить провозную способность и финансовые показатели химического флота и специализированных терминалов.

Лихтеровозы (баржевозы), запатентованные в 1963г. и введенные в эксплуатацию в 1969г., являются новейшими из судов прогрессивной технологии. Они появились в результате идеи унификации грузовых мест с доведением их массы до нескольких сотен тонн и доставкой их к борту (от борта) судна на плаву. Один лихтеровоз дедвейтом 40 тыс. тонн может заменить по провозной способности примерно 6 универсальных грузовых лайнеров. Лихтеровоз, оборудованный краном или лифтом для подъема лихтеров, позволяет отказаться от дорогостоящих причалов. Однако, несмотря на достоинство, эта система не получила широкого распространения в мировой практике, уступив первенство контейнеровозам.

Ролкер – накатное судно с горизонтальным способом погрузки и разгрузки. Принцип колесной накатки позволил сократить время погрузочно-разгрузочных работ в 3-5 раз и отказаться от применения перегрузочного оборудования.

Паром - грузовое и грузопассажирское судно для перевозки железнодорожных составов и автомобилей на определенных линиях.

Кроме вышеперечисленных типов к специализированным судам относятся зерновозы, щеповозы, рефрежераторы, цементовозы и т.д.

Универсальные суда, несмотря на углубление специализации транспортных судов, сохранили свои позиции в мировом транспортом флоте. Современная универсальность обеспечивает максимальную пригодность судов для перевозки различных видов грузов с полным использованием во всех вариантах проектной грузоподъемности или полной грузовместимости.

10.6. Выбор расчетных типов судов

Выбор расчетных типов судов начальной стадии проектирования портов является важной и ответственной задачей, т.к. от их характеристик и габаритных размеров разрабатываются технологические схемы погрузочно-разгрузочных работ, рассчитывается проектное количество причалов, назначаются размеры основных элементов порта.

При выборе расчетного судна рассматриваются как реально существующие, так и перспективные. Не следует назначать в качестве расчетных типов судов подлежащих к списанию. Исключения могут составлять типы особо крупных судов.

Расчетные типы судов выбирают на основании задаваемых граничных условиях, связанных с ограничением по приему судов определенной длины и осадки. Например, для Черноморского бассейна лимитирующим является пролив Босфор, способный пропускать суда дедвейтом до 250 тыс. тонн. Расчетные типы судов обычно группируют на основе их тоннажа.

Например, универсальные: менее 2,2-4,5-8, 9-12, 13-20, более 21 тыс. тонн.

При выборе расчетных типов судов следует учитывать протяженность линии,которые должен обслуживать порт, а также возможность применения соответствующего перегрузочного оборудования.

Величина оптимальной грузоподъемности расчетных типов судов пропорциональна протяженности линии и интенсивности грузовых работ.

Рекомендуемые диапазоны дедвейта судов:

Протяженность, миль	Дедвейт, тыс. т
100-500	2-6
500-1500	4-9
1500-3000	6-12
3000-5000	8-15
Более 5000	10-20