Эксплуатационные качества судов

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.

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.

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.

 

 

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.