Остроечно-спусковые сооружения судостроительных предприятий

Судостроительные предприятия имеют одно или несколько построечных мест, на которых стро­ятся суда. Построечные места разделяются на наклонные и горизонтальные. К наклонным от­носятся продольные и поперечные стапели, к горизонтальным — сухой строительный и налив­ной строительный доки. Они представляют собой одно сооружение для постройки и спуска судов. Многие предприятия имеют горизонталь­ные построечные места, расположенные на уровне территории предприятия и отдельные сооруже­ния для спуска судов.

К этим сооружениям относятся наливная док-камера, передаточный плавучий док, попереч­ный или продольный слип, вертикальные судо­подъёмник и плавучий или береговой кран. По­строечное место с накрывающим его зданием называется эллингом.

По тоннажу расчётного судна сухие строитель­ные доки подразделяются на доки для постройки судов дедвейтом до 100 тыс. т, 100-300 тыс. т и 300 тыс.-1 млн т (супердоки). Длина доков — 300-1000 м, ширина — от 60-100 м, глуби­на — 6,0-17 м. Современные сухие доки имеют внутридоковые затворы, которые могут быть ус­тановлены кранами дока в одном или несколь­ких положениях по длине дока, образуя две или три камеры. Доки бывают с одно- или двухсто­ронним входом, которые закрываются батопор­том (плавающим затвором) или откидным, по­ворачивающимся вокруг нижней горизонтальной оси, затвором или откатным затвором.

Основной эксплуатационной характеристикой построечных мест является максимально допус­тимая погонная нагрузка, которая в зависимос­ти от опорной длины судна определяет его пре­дельный спусковой вес. Эта нагрузка в зависи­мости от прочности построечных мест колеблет­ся от 50 т/п. м до 400 т/п. м.

Основным крановым оборудованием постро­ечных мест являются козловые и портальные кра­ны. Грузоподъёмность козловых кранов состав­ляет 250-1500 т, по 1-3 крана на построечном месте; грузоподъёмность портальных кранов — 30-200 т, их количество — один-четыре. Эллинги оборудованы мостовыми кранами, их грузоподъ­ёмность 30-200 т, по 2-3 крана в каждом ста­пельном пролёте. Построечные места наливного строительного дока находятся на боковых ступе­нях или примыкающих к глубоководному бассейну доковых камерах, днища которых располагаются на уровне территории предприятия или несколь­ко ниже её.

Наливные док-камеры могут быть одно-, двух- и многоместные, передаточные плавучие доки — одно-, двух- и трёхопорные, попереч­ные слипы — одноярусные с многокатковыми те­лежками, гребенчатые с косяковыми тележками и двухярусные с трансбордером, вертикальные судоподъёмники — балочные и платформенные, тросовопонтонные и доковые. Для постройки и спуска крупнотоннажных судов используются на­клонные продольные стапели, сухие строитель­ные и наливные строительные доки, для пост­ройки среднетоннажных и малотоннажных су­дов — горизонтальные построечные места, а для спуска таких судов чаще всего на современных предприятиях используются передаточные плаву­чие доки. На предприятиях речного судострое­ния для спуска судов часто используются попе­речные слипы. Вертикальные судоподъёмники применяют на судоремонтных заводах и весьма редко для спуска судов на судостроительных пред­приятиях.

Построечные места оборудуются лесами для производства работ на высоте и опорными или опорно-транспортными устройствами для опирания и перемещения судов в процессе их пост­ройки, а также системами энергоснабжения для подачи на строящиеся суда электроэнергии, сжа­того воздуха, кислорода и ацетилена для газоре­зательных работ, углекислого газа для сварочных работ, воды и пара.

Опорные устройства построечных мест, ког­да судно строится на одной позиции без переме­щения, состоят из кильблоков, подстав, кле­ток, упоров и строительных стрел, препятству­ющих смещению судна в процессе его построй­ки. Количество элементов опорного устройства традиционно рассчитывают приближённо на на­грузку судна порожнём или на спусковую нагруз­ку. Расчётную нагрузку на быстроразборный киль­блок принимают равной 700 кН, а на гидравли­ческий кильблок — 800 кН. Количество подстав принимают равным 40 % от количества киль­блоков, а количество клеток, в зависимости от спускового веса судна, принимается равным не менее трём—шести парам. Основной недостаток такого подхода к определению количества опор­ных элементов заключается в отсутствии связи между выбором количества и расположения этих элементов под корпусом судна и напряжённо-деформированным состоянием корпуса судна, конструкций построечного места и реальными нагрузками на опорные элементы. В 1990-е годы создан метод, учитывающий эту связь и позво­ляющий оптимизировать количество и располо­жение опорных элементов. При положении суд­на на построечных опорах их нагрузки статически неопределимы. Для их расчёта в этом случае ис­пользуются уравнения пяти моментов с учётом коэффициентов податливости днищевых перекры­тий корпуса судна, опор и конструкций постро­ечного места.

Опорно-транспортные устройства используют при поточно-позиционной постройке судов на горизонтальных построечных местах. Эти устрой­ства состоят из построечных и транспортных опор. В состав построечных опор входят попе­речная балка, опирающаяся на килевой и боко­вые стулья, металлические клинья между стулья­ми и балкой и деревянная подушка между бал­кой и корпусом судна. В состав транспортных опор входят указанная балка, опирающаяся на две судовозные тележки, со встроенными в их корпуса гидравлическими домкратами и центри­рующие опоры между балкой и домкратами. Пе­ред передвижкой судна тележки соединяются межтележными тягами в судовозный поезд, который для перемещения судна с позиции на по­зицию тянут лебёдкой или несколькими само­ходными тележками, входящими в состав поез­да. Максимально допустимая нагрузка на тележ­ки в зависимости от их прочности колеблется на отечественных предприятиях от 60 до 320 т. Гидродомкраты тележек снабжены автономной системой питания маслом, осуществляемого вруч­ную масляными насосами, навешенными на кор­пуса тележек. Для предотвращения перегрузок тележек, поломки рельс и вмятин в корпусе суд­на из-за неровностей рельсовых путей и их разноподатливости по длине построечного места в процессе перемещения судна гидродомкраты обо­рудуют групповой системой питания маслом, осуществляемого насосной станцией. Тележки разделяют на три группы: одну носовую и две кормовые (левого и правого бортов). Каждую группу цилиндров гидродомкратов соединяют общим маслопроводом, образуя сообщающиеся сосуды. Такая система питания обеспечивает по­стоянство давления в каждой группе в процессе перемещения судна независимо от неровностей и разноподатливостй рельсовых путей. При та­ком группировании гидродомкратов нагрузки на тележки статически определимы и рассчитыва­ются с помощью двух уравнений статики.

Если перемещение судна осуществляют толь­ко при работе автономной системы питания гид­родомкратов, то количество тележек nj прини­мают равным

где D_С — спусковая масса судна, т;

Q_Т — макси­мально допустимая нагрузка на тележку, т;

К_Н = 1,5 — коэффициент неравномерности нагружения тележек.

Если перемещение судна осуществляют при действии групповой системы питания гидродом­кратов, то коэффициент неравномерности нагружения тележек принимается равным 1,25.

На построечных местах применяют наружные, а в отсеках судна — внутренние леса. Конструк­ции лесов весьма разнообразны. В состав на­ружных сплошных лесов входят металлические стойки, щитовые деревянные настилы, леера, переносные башни с трапами и поярусными пло­щадками и переходные мостики между ними.

ормирование корпуса судна

Формирование корпуса судна — процесс сборки и сварки корпуса на построечном месте из блоков, секций, узлов и деталей.

Формирование корпуса из блоков характерно для блочного метода постройки судна. При секционном методе корпус судна может формироваться пирамидальным, отсечным, островным и раздельным способами.

При пирамидальном способе корпус формируют по длине последовательно с отдельными частями (рис. 11.3). Эти части, куда входят все основные конструкции — днище, борта, переборки, палубы, по форме напоминают пирамиду с уступами, образованными отдельными секциями. Сборку корпуса на построечном месте начинают с установки первой (закладной) днищевой секции первой пирамиды. Положение закладной секции по длине корпуса выбирают с учётом максимального сокращения продолжительности постройки судна и обеспечения принятой организации производства. Часто закладная секция находится в районе расположения машинного отделения. Затем устанавливают, собирают и сваривают последующие секции по длине и высоте, одновременно в нос и в корму. После окончания сборочно-сварочных работ по первой пирамиде приступают к формированию корпуса в пределах второй пирамиды и т. д. В рассматриваемом случае достаточно быстро формируется поперечное сечение корпуса по всей высоте при несколько замедленном его формировании по длине. Это позволяет, с одной стороны, быстро завершить работы по формированию соответствующих отсеков и помещений и раньше начать в них монтажные и другие работы. С другой стороны, такой способ способствует уменьшению общего продольного изгиба корпуса при сварке в связи с большой жёсткостью поперечного сечения корпуса. Ещё меньшее влияние сварочныхдеформаций на общий изгиб корпуса имеет место при отсечном способе его формирования.

Рис. 11.3. Пирамидальный способ формирования корпуса судна

Отсечный способ отличается от пирамидального тем, что длина каждой формируемой части ограничивается длиной одного отсека — участка корпуса между двумя монтажными стыками. Сначала собирают первый отсек по верхнюю палубу, затем в нос и в корму от него смежные отсеки; одновременно ведут сварку внутри каждого отсека. После формирования двух смежных отсеков сваривают монтажный стык между ними. Наращивание корпуса продолжают в том же порядке в нос и в корму.

При островном способе корпус судна разделяют по длине на несколько самостоятельных районов («островов») и формируют их пирамидальным способом. Количество «островов» определяют, исходя из конкретных особенностей судна, условий предприятия, принятых сроков постройки и т. п. В процессе формирования корпуса судна «острова» могут перемещаться по построечному месту или оставаться неподвижными.

Островной способ обладает всеми преимуществами пирамидального и обеспечивает значительное расширение фронта сборочно-cварочных и монтажных работ, в результате чего сокращается цикл постройки судна. Способ характерен ещё одним очень важным качеством: он позволяет рациональнее использовать построечное место тогда, когда его длина значительно превышает длину судна, но недостаточна для размещения двух судов. Свободную часть построечного места используют для формирования «острова», чаще всего кормового, второго судна. Благодаря этим преимуществам островной способ получает всё более широкое распространение на отечественных и зарубежных судостроительных предприятиях.

Разновидностью островного способа являет­ся так называемый раздельный способ, когда корпус разделяется по длине на две части, каж­дая из которых собирается отдельно на одном или разных построечных местах и затем спускается на воду. Стыкуются части корпуса судна в доке или на плаву. Стыкование частей корпуса судна на плаву можно выполнять с применением кес­сона или специального герметизирующего уст­ройства, которое устанавливают в районе под­водной части монтажного стыка. Раздельный способ применяется чаще всего, когда длина судна или его спусковой вес превосходят размеры по­строечного места или спускового сооружения или допускаемую на них нагрузку.

Основными видами работ при формирова­нии корпуса судна на построечном месте явля­ются проверочные, сборочные, сварочные ра­боты и работы по испытанию корпусных конст­рукций на непроницаемость. Сюда же относятся работы по подготовке и спуску судна на воду. Проверочные работы разделяются на три группы:

— проверочные работы при подготовке постро­ечного места к закладке судна (пробивка базовых линий, проверка установки элементов опорного устройства и др.);

— проверочные работы при установке корпус­ных конструкций на построечном месте в требуе­мое положение;

— общие проверочные работы (проверка поло­жения корпуса судна на построечном месте, про­верка обводов и главных размерений корпуса, нанесение на наружную обшивку полосы грузо­вой ватерлинии, марок углубления и прочих эк­сплуатационных линий и знаков и пр.).

Проверочные работы сравнительно нетрудоёмки, однако от качества их выполнения зави­сит объём пригоночных работ, определяемый главным образом точностью изготовления и мон­тажа корпусных конструкций.

Сборочные работы весьма трудоёмки и состо­ят, главным образом, в доводочных перемеще­ниях при установке конструкций в требуемое по­ложение, и сборки их монтажных соединений под сварку. При сборке всё ещё широко применяют ручной сборочный инструмент. Он малопроиз­водителен, его применение связано с тяжёлым физическим трудом. В связи с этим первосте­пенное значение имеет механизация сборки кон­струкций при формировании корпуса судна. Различное пространственное положение монтаж­ных соединений, расположение значительной их части в труднодоступных местах, необходимость сборки монтажных кромок в составе комбиниро­ванных сопряжений затрудняет создание много­целевых сборочных агрегатов. Поэтому на пер­вом этапе механизации сборки был создан меха­низированный сборочный инструмент различных типов, в том числе пневмогидравлический и ударно-вращательного действия. Комбинирован­ный (пневмогидравлический) привод основан на использовании сжатого воздуха низкого давления (0,4-0,6 МПа) с преобразованием его в высокое давление гидравлики (до 110 МПа). Пневмогидравлические домкраты выпускают нескольких ти­пов с рабочим усилием от 100 до 1000 кН. Сбо­рочный инструмент ударно-вращательного дей­ствия основан на принципе импульсной переда­чи энергии от ведущего звена к ведомому, что обеспечивает большое передаточное число по уси­лию, а также минимальный реактивный момент. Основными частями рассматриваемого инстру­мента являются приводной ротационный пнев­матический двигатель и вращательно-импульсный преобразователь, который превращает энергию непрерывного вращения на входе в периодичес­кие ударные импульсы на выходе.

Сварочные работы при формировании корпу­са судна относятся к весьма трудоёмким и ответ­ственным. Конструктивно-техноло­гические особенности монтажных соединений де­лают сварку сложной операцией, которая в ос­новном выполняется вручную. Всё большее распространение получает полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа и полуавтоматическая сварка порошковой проволокой. Автоматическая сварка применяется весьма ограниченно.

Заключение

Практика проектирования значительно многообразнее любых теорий и она имеет примеры, когда в угоду одному наносится ущерб другим свойствам судна, когда проектные «конфликты» многочисленны и по многим из них часто не существует единой точки зрения. Главный конструктор вынужден принимать в проект технические средства, комплексы систем вооружения, не всегда совместимые с требованиями к общекорабельным свойствам, акустике, магнитной защите и т. п. Дело в том, что проектанты не имеют возможности обосновать оптимальный уровень требований к техническим средствам, а разработчики –поставщики таких средств не вполне представляют себе многогранный характер влияния их на судно в целом. В обоих случаях — это следствие недостаточной теоретической вооружённости тех и других проектантов в плане системной оптимизации.

Согласованное решение оптимизационных задач верхнего (судно в целом) и нижних (под­системы и отдельные технические средства) уров­ней является основой создания «сбалансирован­ного» — оптимального проекта. Объединим эти задачи единым понятием — системное проекти­рование. Необходима разработка соответствую­щих математических моделей и автоматизация системного проектирования, позволяющая:

— решать задачи оптимизации судна исходя из заданных требований;

— формулировать количественные требования к техническим средствам и комплексам как след­ствие оптимизации;

— рассчитывать управляющие параметры («цены ограничений» в единицах глобального критерия) и формировать локальные критерии для согласо­ванного проектирования подсистем и техничес­ких средств более низких уровней;

— решать задачи согласованной оптимизации подсистем судна и т. д.

О системном проектировании говорится мно­го, а обилие публикаций создаёт впечатление относительного благополучия, хотя реальное по­ложение дел и не столь оптимистично. Систем­ные принципы станут повседневной практикой проектирования только в том случае, когда в ру­ках проектировщиков будет соответствующий ап­парат количественной оценки. В этом одна из главных задач теории проектирования.

В своём развитии технологическая наука в судостроении опирается на фундаментальные и прикладные науки. В дальнейшем роль техноло­гической науки в решении стоящих перед судо­строением задач возрастёт в ещё большей степе­ни. Она должна обеспечить достижение прин­ципиально новых эффективных результатов по важнейшим направлениям совершенствования технологии судостроения. К таким направлениям относятся:

— совершенствование существующих и разработка новых методов постройки судов, в том числе основанных на модульном принципе;

— применение математических ме­тодов и вычислительной техники, т. е. новых информационных технологий, при технологичес­кой подготовке производства и управлении тех­нологическими процессами;

— механизация и ав­томатизация производственных процессов вплоть до применения промышленных роботов, робототехнических комплексов и гибких автоматизи­рованных производств;

— разработка прогрессивных технологий, основанных на новых физических явлениях и процессах (лазерная и плазменная тех­нологии, технологии высоких энергий и т. п.).

Перечисленные выше и другие направления совершенствования технологии судостроения бу­дут способствовать:

— созданию принципиально новых судов и кораблей будущего и дальнейшему научно-техническому прогрессу судостроения;

— повышению конкурентоспособности отечествен­ных судов на мировом рынке и рентабельности судостроительного производства;

— ресурсосбереже­нию, повышению производительности и при­влекательности труда при постройке судов;

— умень­шению вредного воздействия производства на экологию окружающей среды и решению других не менее важных задач.

Литература

1. Фрид Е.Г. Устройство судна: Учебник. – Л.: Судостроение, 1990.

2. Допатка Р., Перепечко А. Книга о судах. Пер. с нем. - Л.: Судостроение, 1981.

3. Нечаев Ю.И., Царёв Б.А., Челпанов И.В. Профессия – судостроитель (Введение в специальность): Учебник. – Л.: Судостроение, 1987.