Альшборт, привальный брус и боковые кили

ЧЕЛПАНОВ И.В.

Л Е К Ц И Я № 5.3

Тема: Конструкция корпуса судна: Основные конструктивные элементы корпуса (продолжение)

Текст лекции по дисциплине «Объекты морской техники»

Санкт-Петербург

Введение

Наряду с днищевыми, бортовыми и палубными перекрытиями важную роль в формировании корпуса играют и другие конструктивные элементы: штевни, надстройки и рубки, выгородки, шахты, а также фундаменты под различные механизмы.

ыгородки, шахты, люки

В ы г о р о д к и (рис. 5.52) служат для образования судовых помещений в междупалубных пространствах, надстройках и рубках. Их изготовляют из стали или лёгких алюминиево-магниевых сплавов. Выгородки состоят из полотнища и набора в виде вертикальных стоек из полособульбового, полосового или угло­вого профилей; иногда их делают гофрированными. Набор во избежание деформаций приваривают к полотнищу точечным или прерывистым швом (применение точечной приварки набора до­пускается в конструкциях надстроек и рубок не ниже второго яруса, а также в прочих конструкциях, не испытывающих ударных и вибрационных нагрузок.

	Рис. 5.52. Лёгкая поперечная выгородка в ютовой надстройке. 1 – наружная обшивка; 2 – комингс; 3 – полотнище переборки; 4 – стойка переборки (полособульб); 5 – продольная переборка

Толщина листов выгородок — 3-6 мм. Чтобы обеспечить проч­ность и непроницаемость выгородок, по их периметру устанавли­вают комингсы высотой 230—250 мм внизу и 1,5—1,7 высоты бимса палубы — вверху. Стальные выгородки приваривают к комингсу, а алюминиево-магниевые (в местах соединения со стальными кон­струкциями палубы) — приклёпывают. При этом во избежа­ние коррозии, а также для обеспечения непроницаемости в соеди­нение между конструкцией из алюминиево-магниевого сплава и стальным комингсом включают прокладку из изолирующего материала (рис. 5.53) или же применяют специальную грунтовку сопрягаемых деталей, а заклёпочные отверстия непосредственно перед клёпкой грунтуют.

Гофрированные выгородки изготовляют из штампованных листов с вертикальными гофрами открытого или закрытого типа (рис. 5.54). Гофры применяют волнистые, коробчатые и зигзаго­образные (рис. 5.55).

	Рис. 5.53. Соединение конструкций надстройки из алюминиево-магниевого сплава со стальным корпусом. 1 – настил верхней палубы; 2 – комингс (сталь); 3 – стальная заклёпка; 4 – стальная оцинкован- ная шайба; 5 – изоляционная прокладка (тиоко- ловая лента, ткань, пропитанная грунтом, рези- на, цинковая фольга и пр.); 6 – конструкция из алюминиево-магниевого сплава		Рис. 5.54. Лёгкие штампованные гофрированные выгородки с вертикальными гофрами: a – открытого типа; b – закрытого типа
		Рис. 5.56. Конструкция лёгкой выгородки

Лёгкие выгородки толщиной до 3 мм изготовляют из спе­циально отбуртованных листов, причём соединяемые между со­бой фланцы соседних листов образуют стойки, являющиеся рёб­рами жёсткости (рис. 5.56).

Шахтами называют специально выгороженные про­странства — колодцы — между двумя или несколькими палу­бами или ярусами надстроек (машинно-котельные шахты, ава­рийные выходы). По конструкции стенки шахт практически не отличаются от выгородок.

Расположенная над машин­ным и котельным отделениями шахта ведёт к самой верхней палубе. Её поперечное сечение выполнено таким, чтобы через неё можно было вынимать машины и котлы. Шахта ма­шинного отделения закрыта верхним световым люком с окнами (рис. 5.57). В шахтах смонтированы вентиляционные трубопроводы, газоходы, ути­лизационные котлы, цистерны суточного расхода топлива для механизмов, противопожарное оборудование, трубопроводы и т. д. Шахты состоят из продольных и поперечных стенок с подкреплениями, к которым сверху примыкают комингсы. Толщина листов для стенок шахт составляет в зависимости от их положения и от размеров судна 5—9 мм.

Сходные люки с закрыти­ями служат для прохода лю­дей по трапам с открытых па­луб на нижележащие палубы. Трапы, если они расположены не в надстройках, имеют тамбуры (рис. 5.57, b).

Под грузовыми люками по­нимают вырезы в палубе, не­обходимые для погрузки и разгрузки. Чтобы обеспечить быструю и простую перегрузку, их делают максимально большими. По этой причине встречаются грузовые суда, у которых люки составляют 80% ширины и длины трюмов, чтобы краны и погрузочно-разгрузочные устройства могли обслуживать почти весь трюм. У контейнеровозов и рудово­зов люки грузовых трюмов обыч-

Рис. 5.57. Люки, шахты, верхний световой люк, трапы: a – грузовой люк; b – тамбур трапа; с – верхний световой люк; d – машинное отделение и шахта. 1 – поперечный комингс; 2 – продольный комингс; 3 – палуба; 4 – верхний световой люк

но соответствуют пло­щади трюма. Люки имеют пря­моугольную форму, их углы закруглены, а края отделаны двумя продольными и двумя поперечными комингсами. Продольные комингсы пере­ходят в концах люков в карлингсы. Чтобы избежать не­счастных случаев, комингсы изготовляют высотой пример­но 0,8 м и более. Толщина ко­мингсов колеблется в зависи­мости от типа и размеров суд­на от 8 до 11 мм;сквозные продольные люковые коминг­сы, играющие роль продоль­ных связей, выполняются та­кой же толщины, как соответ­ствующая палуба. Под палубой у комингсов фланцы отгиба­ют, чтобы повысить жёсткость и избежать повреждений тро­сов грузовых подъёмных ме­ханизмов. Выше палубы ко­мингсы подкреплены кница­ми, стойками и расположен­ными горизонтально профилями. Люки закрыты деревян­ными или стальными крышка­ми, лежащими на съёмных бимсах, а также парусиной. На больших грузовых судах при­меняют только стальные лю­ковые закрытия с механиче­ским или гидравлическим при­водом (см. раздел «Судовые устройства и оборудование»).

адстройки и рубки

Под надстройками понима­ют все сооружения на главной палубе, которые идут от борта до борта. Количество и длина их определяется конструктивным типом судна. Средняя надстройка при длине более 15 % длины судна участвуют в обеспечении общей продольной прочности корпуса, а рубки, как правило, нет. Надстройки (или рубки) длиной менее 15 % длины судна называют короткими, а надстройки большей длины — длинными. Короткие надстройки и рубки делают лёгкими. Лёгкие рубки большой протяжённости, например, на пассажирских судах разбивают по длине на короткие участки (длиной не более 5,5 высоты рубки), которые соединяют друг с другом при помощи скользящих соединений (рис. 5.57).

С корпусом судна надстройки прочно связаны наружной обшивкой, а также внутренними выгород-ками и переборками. Носовая пере­борка называется лобовой (фронталь­ной), кормовая — концевой. Лобовые переборки, кото­рые подвержены ударам волн, выполнены в зависимости от длины судна из листов тол­щиной 7—11 мм; концевые переборки немного тоньше. На лобовых и концевых переборках установлены на расстоянии примерно 0,8 м друг от друга вертикальные ребра жесткости, которые присоединены к палубному насти­лу на фронтальных переборках кницами, а на концевых — про­сто приварены (рис. 5.58).

	Рис. 5.58. надстройки и рубки: a – средняя надстройка и кормовая оконечность грузового судна и разрез в районе машинной шахты; b – средняя надстройка танкера; с – квартердек с переходом от главной палубы к квартердеку

Длинные надстройки раз­мещены в средней части или в районе от оконечностей до средней части судна. Переход от главной палубы к надстрой­ке подкреплён особо, так как из-за концентрации напряже­ний в нём существует опас­ность возникновения трещин. Наружная обшивка корпуса судна и наружная обшивка надстройки в районе перехода также подкреплены. Усиление составляет для ширстрека 30—50 м, а для бортовой об­шивки 20—25% (рис. 5.22).

Лёгкими надстройками мо­гут быть короткие бак, сред­няя надстройка или ют. Поскольку они воспринимают только местные нагрузки, их толщина меньше, чем толщина палубы и наружной обшивки длинных средних надстроек. В средней части судна в зависимости от положения конца надстройки ширстрек утолщён на 20—25%, а бортовая обшивка надстройки в районе перехода — примерно на 10%.

Рубки — сооружения, рас­положенные на главной палу­бе или на надстройках. Они не идут от борта до борта и обособлены. Рубки также состоят из перекрытий, причём ограничивающие их вертикальные перекрытия называют стенками (кроме лобовой стенки рубок основной надстройки, называемой обычно лобовой переборкой). Верхнее перекрытие рубки называют крышей, если оно не шире рубки, или палубой, если оно выходит за её пределы и доходит до бортов. Конструкция перекрытий рубок такая же, как и надстроек, только они более лёгкие. Иногда вертикальные перекрытия рубок делают гофрированными.

В рубках располо­жены помещения, необходи­мые для эксплуатации судна. Часто рубки размещают одну над другой. По назначению различают:

— лебёдочные рубки, на которые устанавливают лебёд­ки; благодаря высокому расположению лебёдок оператор при погрузке и разгрузке име­ет хороший обзор; в лебёдочных рубках размещают шки­перское снаряжение, вилочные погрузчики, грузовое бюро или установки для тушения пожара (СО₂);

— рулевые рубки или по­мещения рулевой машины в качестве поста управления (на небольших судах) или для размещения рулевых машин;

— палубные рубки для жи­лых или хозяйственных поме­щений, а также для оборудования;

— рубки на мостике для центрального поста управле­ния судном.

Палубные рубки обычно не включены в продольный набор судна.

Стенки палубных рубок — боковые, лобовые и зад­ние, а также их палубы, подкреплённые рёбрами жёстко­сти или палубными бимсами, рассчитаны только на местные нагрузки и на давление, возни­кающее при попадании волны на палубу.

Высота помещений палубных рубок составляет 2-2,5 м. В последнее время широко применяют надстройки и рубки из лёгких алюминиево-магниевых сплавов. Несмотря на то, что толщину их перекрытий принимают на 1 мм больше, чем у сталь­ных, эти надстройки и рубки получаются почти вдвое легче сталь­ных, что позволяет соответственно увеличить грузоподъёмность и повысить остойчивость судна. Особенно часто используют лёг­кие сплавы при изготовлении развитых, высоко расположенных надстроек и рубок на пассажирских судах, так как при этом можно понизить ЦТ судна и увеличить тем самым его остойчи­вость. Надстройки и рубки выполняют сварными. Очень редко, когда при сварке тонких листов возникают трудно устранимые бухтины, для улучшения внешнего вида вместо сварки применяют клёпку, В этих случаях конструкции надстройки из легких сплавов приклёпывают к стальному комингсу, приваренному к палубе (рис. 5.53).

альшборт, привальный брус и боковые кили

Ф а л ь ш б о р т представляет собой конструкцию из листов с подкрепляющим набором, предназначенную для ограждения открытых палуб от действия волн и ветра. На верхней палубе фальшборт устанавливают в плоскости наружной обшивки, поэтому снаружи он кажется продолжением ширстрека. Высоту фальшборта принимают не менее 1,0 м (обычно 1,1-1,2 м). Более высокий фальшборт (1,3-1,5 м) оборудуют на судах, перевозящих палубные грузы — на лесовозах, контейнеровозах, судах с горизонтальной грузообработкой и пр.

Фальшборт состоит из листов толщиной 3,0-8,5 мм (в зависимости от длины судна), устанавливаемых длинной кромкой вдоль палубы. Через каждые две-три шпации, но не реже чем через 1,8 м (на судах, перевозящих палубный груз, не реже чем через 1,2 м) устанавливают подкрепляющие стойки в виде книц с отогнутым фланцем шириной 60—90 мм. Толщина стоек на 1 мм больше толщины листов фальшборта, а ширина их внизу зави­сит от длины судна и колеблется в пределах 200—360 мм. Ширину стоек вверху принимают равной ширине планширя, представ­ляющего собой горизонтально расположенную поверх листа фальшборта полосу из профильной или полосовой стали шириной 75—150 мм. Поверх металлического планширя иногда укладывают деревянный. В нижней части фальшборта делают вырезы — штормовые портики, предназначенные для стока за борт попавшей на палубу воды, В штормовых портиках имеются решётки или поворотные крышки, препятствующие выбрасыванию за борт смываемых волной предметов. Площадь вырезов, определяемая по Правилам о грузовой марке, должна быть достаточной для удаления всей массы воды за полупериод качки. Иногда вместо штормовых портиков в фальшборте делают сплошной вырез по линии соединения его с ширстреком. Там, где на палубе нет грузов и где едва ли возможно заливание палубы, фальшборт может быть заменён леерным ограждением, которое на пассажирских судах часто заменяется сеткой (рис. 5.59).

П ривальный б р у с (рис. 5.60) — это де-ревянная, металлическая или резинометаллическая конструкция, устанавливаемая вдоль борта выше ватерлинии и предназначенная для защиты борта судна при швартовке от ударов о пирс или другое швартуемое к борту судно.

Боковые к и л и служат для уменьшения размахов (ампли-туд) бор­товой качки. Их устанав-ливают в рай­оне скулы в средней части судна на протяжении около 0,25—0,35L. Место­положение боко-вых килей обычно опре­деляют так, как показано на рис. 5.61. При этом обеспечивается наименьшее сопротивление воды движению судна, так как боковые кили располагаются вдоль линии обтекания корпуса водой, а также наибольшее умерение бортовой качки, поскольку в этом случае плечо противодействующего раскачиванию судна

Рис. 5.62. Конструкция боковых килей

момента будет наибольшим. Особое внимание обращают на то, чтобы кили не вышли за пределы прямоугольника, описывающего мидель-шпангоут судна: в противном случае возможны повреждения килей при швартовке. Боковые кили обычно делают плоскими — из листа с внешней кромкой, подкреплённой круглым или полукруглым прокатом, или двухслойными — из двух расположенных под углом листов с подкрепляющими поперечными бракетами, на расстоянии около 2,0 м одна от другой (рис. 5.62). Кромку боковых килей, примыкающих к наружной обшивке, обычно делают гребенчатой: это уменьшает сварочные напряжения и препятствует распростране­нию на наружную обшивку трещин, возникающих в боковых килях.

тевни

Носовую и кормовую оконечности корпуса судна ограничиваю соответственно форштевнем и ахтерштевнем, которые надёжно соединены с обшивкой правого и левого бортов, вертикальным килём, ботовыми стрингерами и палубами (рис. 5.63).

Рис. 5.63. Фор- и ахтерштевни: а – брусковый форштевень; b – литой форштевень (ледокола); с – листовой (сварной) форштевень; d – ахтерштевень двухвинтового судна; е – ахтерштевень одновинтового судна. 1 – хвостовик; 2 – башмак форштевня; 3 – продольное вертикальное ребро; 4 – поперечные рёбра; 5 – носовые брештуки; 6 – рудерпост; 7 – старнпост; 8 – яблоко ахтерштевня; 9 – подошва ахтерштевня; 10 – окно ахтерштевня; 11 – баллер руля

Форштевень — это продол­жение киля вперёд и вверх. Он образует носо­вую водонепроницаемую око­нечность корпуса, на нём за­канчиваются поясья наружной обшивки, все непрерывные палубы и продольные связи. Общее впечатление о судне в значительной мере опреде­ляется формой форштевня; по общепринятому представле­нию судно с выступающим впе­рёд форштевнем выглядит «быстроходным». На безопас­ность судна форма форштев­ня также оказывает влияние. При столкновениях у судов с выступающим вперед форш­тевнем обычно образуется от­носительно небольшая пробо­ина, которая к тому же чаще всего находится над ватерли­нией. Штевень обычно пере­ходит в киль плавно, с неболь­шим закруглением или изло­мом. Кроме того, форма фор­штевня зависит от назначения судна и от его формы, кото­рую выбирают на основании результатов буксировочных испытаний и исходя из опыта.

Существует три варианта исполнения форштевня (рис. 5.63). Форштевни бывают литыми, коваными, сварными из литых и кованых частей и, чаще всего, сваренными из гнутых стальных листов. Форштевень большого судна делится по высоте на несколько частей, которые соединены между собой «в замок» с помощью дуговой или ванно-шлаковой сварки. Примыкающие к форштевню листы обшивки приваривают угловым швом.

Брусковый штевень — старейшая конструкция штевня. Она применяется в наше время только на малых судах (буксирах, рыболовных судах), ко­торые имеют, как правило, брусковый киль. С брусковым килём брусковый штевень обычно сваривается встык. У судов с ледовыми подкреп­лениями листы наружной об­шивки вводят в выемку на штевне (шпунт), чтобы предотвратить разгерметизацию вследствие повреждения пе­редних кромок листов.

Литой штевень по сравне­нию с брусковым имеет то преимущество, что по форме поперечного сечения при круг­лой передней кромке он мо­жет подгоняться к форме ватерлиний. Поэтому, а также благодаря почти гладкому соединению листов уменьша­ется образование вихрей у форштевня. Для повышения прочности литой форштевень снабжают продольными и по­перечными рёбрами жёстко­сти. Для соединения с гори­зонтальным килём литой фор­штевень имеет хвостовик.

Листовой форштевень, на­зываемый также свар-ным штевнем, состоит из отдель­ных листов, которые ниже гру­зовой ватерлинии имеют не­большой радиус кривизны и с увеличением радиуса кри­визны подго-няются к форме ватерлиний. Листовые штевни име-ют, как правило, все круп­ные, полностью сварные суда и суда с бульбовым носом (рис.5.64).

Для предотвращения де­формаций листовой ште-вень подкреплён горизонтальными распорными лис-тами, так на­зываемыми носовыми брешту­ками, треу-гольными или трапециевидными листами; они пере-крывают соединительный стык форштевня с наруж-ной обшивкой и дохо­дят до ближайшего шпангоута или соединены со стрингера­ми. В подводной части брештуки устанавливаются не реже чем через 1 м, выше ватерлинии — не реже чем через 1,5 м. Вер-тикальный киль приваривают к продольному ребру жёсткости форштевня. У судов с ледовыми под­креплениями листовой ште­вень имеет продольное ре-бро жёсткости, установленное в вертикальном на-правлении и связанное с карлингсом.

Все типы форштевней в за­висимости от ледо-вого класса судна могут быть выполнены с ледовыми подкреплениями. Суда с более высоким ледо­вым классом имеют ледоколь­ный штевень, который до зим­ней грузовой ватерлинии дол­жен состоять из цельнокова­ной, прокатной или литой детали.

Бульбовый нос уменьшает сопротивление движению суд­на, изменяя условия обтекания носовой оконечности и тем самымуменьшая носовую волну. При килевой качке он подвержен большим гидродина­мическим воздействиям. По­этому его подкрепляют продольными и поперечными рёб­рами жёсткости и усиливают средним листом.

Размеры сечения литого форштевня или толщину сваренного из листов определяют по Правилам Регистра.

Ахтерштевень — мощная литая или сварная кормовая водонепроницаемая оконечность корпуса судна, которая представляет собой продолжение киля в корме и на кото­рой заканчиваются нижние поясья листов наружной об­шивки. Ахтерштевень служит опорой для руля, а на одновин­товых судах и для гребного вала. Он является связью, обеспечивающей прочность судна, и подвержен сильным нагрузкам от возникающих на руле усилий и от вибрации при вращении судового гребного винта. Форма ахтерштевня за­висит от типа судна (количе­ство винтов) и руля (рис. 5.65).

Ахтерштевень двухвинто­вых судов служит для разме­щения руля. Он изготовлен, как правило, из полосовой ста­ли или из стального литья, реже из листов. При выпол­нении ахтерштевня из полосо­вой стали к его вертикальной части — рудерпосту — обычно приваривают петли, на которые навешивается руль. Стальной литой ахтерштевень имеет V- образное поперечное сече­ние. Перед переходом киля в штевень последний припод­нят, чтобы при доковании или при соприкосновении с дном он не подвергался разрушаю­щим нагрузкам. Литой ште­вень соединён с плоским ки­лём посредством подошвы штевня, которая, особенно у узких судов, проводится да­леко в нос, прежде чем пере­ходит в плоский киль. Если ахтерштевень двухвинтового судна сварен из листов, то размеры его поперечного се­чения (длина и ширина) под­гоняются к линиям тока воды и к обводам кормовой оконечности судна. В соответствии со стрингерами кормовой оконечности ахтерштевень под­креплён горизонтальными брештуками, а в диаметраль­ной плоскости — вертикальными листами.

Ахтерштевень одно- и трёхвинтовых судов служит несущим элементом как для руля, так и для вала гребного винта (средний гребной вал у трёхвинтовых судов). Так как руль всегда расположен позади винта, штевень разде­лён на старнпост, через кото­рый проходит гребной вал, и рудерпост, на который наве­шен руль. Старнпост перехо­дит вверху в рудерпост, ниж­нее соединение обоих штев­ней образует подошву штев­ня. Внутренняя область обра­зованной таким образом рамы называется окном; в нём вра­щается гребной винт судна. Вал гребного винта располо­жен в дейдвудной трубе, кото­рая заканчивается в орехообразном расширении старнпоста — яблоке ахтерштевня. Продолжение подошвы в кор­му служит также нижней опо­рой руля у ахтерштевня без рудерпоста. Подошва штевня позади старнпоста немного приподнята, что предотвраща­ет действие разрушающих на­грузок на подошву штевня и, следовательно, на руль при дифференте на корму в усло­виях докования или посадки на мель.

На некоторых судах, имеющих полубалансирный руль, рудерпост представляет собой кронштейн, не связанный внизу со старнпостом (рис. 5.66). Подобный ахтерштевень образует корму «открытого» типа, названную так из-за отсутствия окна ахтерштевня (гребной винт работает в незамкнутом пространстве).

Ахтерштевни бывают литыми, сварными из литых и кованых частей и сварными из листов. Масса литых ахтерштевней крупных судов достигает 60-180 т, поэтому их изготовляют из нескольких свариваемых частей.

Кованый ахтерштевень, ко­торый встречается только на небольших судах, имеет прямоугольные поперечные сече­ния. Подошва у него шире, чем другие части, потому что она нагружена не только соб­ственным весом руля, но и в значительной мере боковым давлением на руль.

Верхний конец рудерпоста имеет фланец и соединён с по­перечным набором судна и транцем листом. Второй при­лив, который доводится до ближайшей палубы или стрингера, у старнпоста больших судов часто расположен на уровне кормовой кромки яблока ахтерштевня.

Литой штевень вытеснил кованый ахтерштевень у круп­ных судов. Его проще изготовить, и его поперечные сече­ния приспособлены к линиям тока воды и местным нагрузкам. Местные подкрепления легко обеспечиваются ребри­стыми конструкциями или

Рис. 5.66. Ахтерштевень судна с кормой «открытого» типа

пу­тём увеличения площади по­перечного сечения. В районе перехода в киль поперечные рёбра расположены на каждом шпангоуте и соединены с фло­рами с помощью сварки. Кро­ме того, литой штевень в со­ответствии с кормовыми кон­структивными связями усилен горизонтальными рёбрами жёсткости. Шпунтовое соеди­нение обеспечивает гладкое примыкание листов. Попереч­ное сечение литого старнпоста имеет U-, V-образную или трапециевидную форму. Сварной ахтерштевень — новейший вариант штевня. По конструкции и внешней форме он соответствует литому штев­ню. Для придания жёсткости к штевню приварены распорки и рёбра. Подошва штевня вы­полнена как коробчатая бал­ка (балка с тремя полками), которая благодаря попереч­ным полкам имеет хорошую прочность на кручение.

Ахтерштевни судов ледового плавания, которые для защиты руля и винта имеют, как правило, крейсерскую корму с острыми образованиями, должны иметь расположенный в корму от руля льдоотвод, т. е. конструкцию из стальных листов с подкрепляющими рёбрами, защищающую руль от повреждений.