Определение основных элементов грузовых теплоходов

Основными элементами грузовых теплоходов, подлежащими определению на начальной стадии проектирования, являются водоизмещение судна, главные размерения корпуса, коэффициенты полноты, мощность силовой установки. Эти элементы определяются по эмпирическим формулам, большое число которых предложено различными авторами, или путем использования данных по судам – прототипам.

В разрабатываемом проекте водоизмещение грузового теплохода рекомендуется определять по методу коэффициента утилизации

(1.11)

где: G – грузоподъемность судна,

η – коэффициент утилизации, определенный как отношение грузоподъемности судна к его водоизмещению.

Величина коэффициента утилизации проектируемого cyдна вычисляется путем использования данных по судну-прототипу, с введением корректирующей поправки, учитывающей отклонение основных характеристик судна – прототипа от проектируемого судна.

Водоизмещение трюмных грузовых теплоходов можно определить по уравнению масс с использованием уравнения грузовместимости(2)

(1.12)

где: η₀ – коэффициент утилизации судна-прототипа, определяемый по выражению (1.11);

Δη – приращение коэффициента утилизации, обусловленное изменением характеристик проектируемого судна по сравнению с характеристиками судна-прототипа (решающими характеристиками на начальной стадии проектирования судна являются грузоподъемность G , кубический модуль LBH, адмиралтейский коэффициент С, скорость судна υ, измеритель массы топлива и смазки р_тс, массы экипажа, провизии, воды, сточных вод).

Расчетное выражение для приращения Δη (как дифференциала функции η) имеет вид

(1.13)

где:

(1.14)

(1.15)

– (см. выражение (1.31), С - (см. выражение 1.16)

В выражениях (1.13) и (1.14) знак Δ означает разницу между соответствующими величинами проектируемого судна и судна – прототипа, а все величины, отмеченные знаком «штрих», относятся к судну – прототипу.

При вычислении водоизмещения грузовых теплоходов следует использовать пояснения, данные в начале П 1.2.1 (до формулы 1.3).

Мощность силовой энергетической установки грузового теплохода на начальной стадии проектирования определяется по формуле адмиралтейских коэффициентов:

(1,16)

где: D – водоизмещение судна,

υ – скорость судна км/ч,

С – адмиралтейский коэффициент.

Значение адмиралтейского коэффициента для проектируемого судна cогласно [2], вычисляется по формуле:

(1.17)

где:

(1.18)

В выражениях (1.17) и (1.18)

С^' – адмиралтейский коэффициент судна – прототипа, определяемый по выражению (1.16),

υ^’ – скорость судна – прототипа (м/с),

υ – скорость проектируемого судна (м/с),

Fr^’ – число Фруда судна – прототипа, ( ),

L^’ - длина судна – прототипа (м),

g = 9,81 м/с – ускорение свободного падения.

Главные размерения и коэффициенты полноты определяются следующим образом.

Если осадка судна не ограничена, то можно, используя характеристики близких судов – прототипов, задаться соотношениями главных размерений ; и значением δ, и применяя уравнение плавучести

D=ρδLBT (ρ=1т/м³) (1.19)

определить:

; ; (1.20)

Коэффициенты полноты конструктивной ватерлинии можно определить по формулам:

α= 0,350 + 0,665δ ± (0,015), (1.21)

(1.22)

коэффициент полноты площади мидель – шпангоута

β=0,981 + 0,02δ (β max ≤ 0,999), (1.23)

или из соотношения:

=1,08 ± (0,04) (1.24)

или, наконец, принять значения α и β по прототипам. Полученное значение осадки Т необходимо сравнить с максимально допустимым значением, приведенным в задании. В случае, если требуемая осадка превышает допустимую, необходимо принять ee равной заданной.

Для определения длины судна в таком случае можно использовать следующую зависимость:

(1.25)

где: Ψ – относительная длина судна, определенная по выражению:

(1.26)

В котором =5,14 ± (0,20) - для трюмных судов и танкеров, причем верхний предел принимается для судов смешанного плавания, а нижний для судов класса «Р»;

=4,55 ± (0,30) – для судов – площадок;

V – объемное водоизмещение судна (м³);

Т – осадка, предельная величина которой известна из задания на проектирование.

Коэффициент полноты водоизмещения δ можно определить по формуле (большие значения соответствуют крупным судам)

δ=1,03–1,15 ± (0,02), (1.27)

Ширину корпуса судна В в рассматриваемом случае определяют при известных L, Т и δ по формуле (1.19), а коэффициенты α и β по приведенным выше выражениям.

В формулах (1.21) – (1.27) добавочные числовые величины, указанные в круглых скобках, показывают возможный диапазон отклонения от полученного результата. Значения этих величин в указанном диапазоне выбираются по усмотрению проектанта.

Высота борта назначается из условий:

а) обеспечение минимума надводного борта:

(1.28)

где: f_н – минимальная высота надводного борта, принимается по Правилам Речного Регистра в зависимости длины корпуса и класса судна

(Приложение 7);

б) выполнение требований Речного Регистра в отношении

максимально допустимых значений и с точки зрения прочности (Приложение 8)

; (1.29)

в) обеспечение заданной грузовместимости судна (для трюмных судов)

, (1.30)

где: LBH – кубический модуль, определяемый по выражению

(1.31)

В выражении (1.31):

ε–коэффициент, учитывающий неплотность заполнения трюма грузом

(ε=1,0 – 1,10);

υ – удельный погрузочный объем груза, величина которого указывается в задании, или принимается в зависимости от рода груза (Приложение 9);

G – грузоподъемность судна;

; ;

– относительное значение длин форпика и ахтерпика, машинного отделения и люкового закрытия трюма соответственно.

;

– относительное значение суммарной ширины бортового набора и ширины люка;

– относительные значения высоты палубного и днищевого набора;

– относительное значение высоты комингса люка.

Значения можно принимать по близким судам – прототипам, причем при необходимости эти величины можно корректировать по предварительному эскизу общего расположения путем изменения высоты комингса люка, ширины межбортовых пространств и др. Среднестатические значения указанных величин приведены в Приложении 10.

В заключение данного раздела по результатам вычислений, необходимо выполнить контрольную проверку по выражениям: D=ρδLBT и

D=m_ко+m_м+m_тс+m_э+m_в+m_пр+m_зв+G+dD (1.32)

Значения m_ко, m_м, m_тс, m_э, m_в, m_пр ,m_зв, и dD вычисляются с использованием выражений (1.1) и (1.2), а также пояснений, приводимых в п 1.2.1. При расхождении полученных результатов на величину более 3% следует проверить арифметические вычисления.

Для использования при разработке чертежей общего расположения, по вычисленной ранее (выражение 1.16) суммарной мощности СЭУ выбираются конкретные двигатели и выписываются их массового – габаритные характеристики (Приложение 4)