Содержание к диссертации
Введение
1 Системный анализ плавучего судоподъемного сооружения 10
1.1 Классификация плавучих судоподъемных сооружений 10
1.1.1 Обзор способов классификации плавучих судоподъемных сооружений 10
1.1.2 Анализ классификаций плавучих доков и формирование структуры классификации плавучих судоподъемных сооружений 12
1.1.3 Состав плавучих судоподъемных сооружений и классификация плавучих судоподъемных сооружений по количеству компонентов 13
1.1.4 Обзор задач, решаемых с использованием плавучих судоподъемных сооружений, и классификация плавучих судоподъемных сооружений по назначению14
1.1.5 Конструктивные типы и классификация плавучих судоподъемных сооружений по форме корпуса 15
1.1.6 Материалы, используемые при создании плавучих судоподъемных сооружений, и классификация плавучих судоподъемных сооружений по материалу корпуса 19
1.1.7 Степень автономности плавучих судоподъемных сооружений и классификация плавучих судоподъемных сооружений по автономности 21
1.1.8 Взаимное размещение сухих и балластных отсеков плавучих судоподъемных сооружений и классификация плавучих судоподъемных сооружений по способу их балластировки 23
1.2 Системный анализ плавучего судоподъемного сооружения, как объекта проектирования 24
1.2.1 Плавучее судоподъемное сооружение как сложная техническая система 24
1.2.2 Взаимодействие плавучего судоподъемного сооружения с внешней средой 27
1.2.3 Взаимодействие плавучего судоподъемного сооружения со стоящим в нем судном 31
2 Анализ традиционных методов определения главных размерений плавучих судоподъемных сооружений и их унификации 33
2.1 Основные методы определения характеристик плавучих судоподъемных сооружений 33
2.2 Унификация главных размерений и использование модульных принципов при создании плавучих судоподъемных сооружений 39
2.2.1 Типоразмерные сетки плавучих судоподъемных сооружений 39
2.2.2 Использование модульных принципов для унификации главных размерений плавучего судоподъемного сооружения 43
2.2.3 Анализ результатов унификации размерений плавучих судоподъемных сооружений и формирование концепции использования модульных принципов при их создании 45
3 Исследование влияния основных частей и элементов плавучих судоподъемных сооружений на их качества 55
3.1 Основные части плавучего судоподъемного сооружения и функции, выполняемые этими частями 55
3.2 Влияние основных частей и элементов плавучего судоподъемного сооружения на его основные качества 56
3.2.1 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его плавучесть 56
3.2.2 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его остойчивость 59
3.2.3 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его непотопляемость 65
3.2.4 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения и их элементов на его вместимость 69
3.2.5 Оценка влияния основных частей плавучего судоподъемного сооружения на обеспечение конструктивной рациональности его корпуса 72
3.3 Результаты анализа влияния частей и элементов плавучего судоподъемного сооружения на обеспечение его основных свойств 80
4 Анализ применения оригинальных проектных решений при создании плавучих судоподъемных сооружений и разработка методов их использования в проектных работах 83
4.1 Потребность использования нетрадиционных технических решений при создании плавучих судоподъемных сооружений 83
4.2 Оригинальные технические решения по обеспечению условия плавучести плавучего судоподъемного сооружения 84
4.2.1 Обеспечение плавучести плавучего судоподъемного сооружения в рабочем положении 84
4.2.2 Обеспечение плавучести плавучего судоподъемного сооружения при предельном погружении 89
4.3 Оригинальные технические решения по обеспечению условия остойчивости плавучего судоподъемного сооружения 90
4.3.1 Обеспечение поперечной остойчивости в процессе погружения или всплытия двухбашенного плавучего судоподъемного сооружения 90
4.3.2 Обеспечение продольной остойчивости в процессе погружения или всплытия двухбашенного плавучего судоподъемного сооружения 93
4.3.3 Обеспечение продольной и поперечной остойчивости безбашенного плавучего сооружения в процессе его погружения или всплытия 95
4.3.4 Обеспечение поперечной остойчивости однобашенного плавучего судоподъемного сооружения в процессе егопогружения или всплытия 97
4.4 Обеспечение совмещения уровней берегового горизонтального стапеля и стапель-палубы передаточного плавучего судоподъемного сооружения 99
4.5 Обеспечение защиты от осадков внутридокового пространства плавучего судоподъемного сооружения 100
4.6 Обеспечение защиты от ветра внутридокового пространства плавучего судоподъемного сооружения 100
4.7 Обеспечение возможности самодокования двухбашенного монолитного плавучего судоподъемного сооружения 103
4.8 Обеспечение возможности самодокования понтонного плавучего судоподъемного сооружения без демонтажа коммуникаций между его башнями 103
4.9 Обеспечение установки передаточного плавучего судоподъемного сооружения у берегового стапеля . 105
4.10 Результаты анализа оригинальных проектных решений, влияющих на внешний облик плавучего судоподъемного СООруЖеНИЯ ; 106
4.10.1 Способ описания архитектурно-конструктивной компоновки внешнего облика плавучих судоподъемных сооружений для возможности использования оригинальных проектных решений в процессе их создания 106
4.10.2Область использования оригинальных проектных решений при формировании архитектурно-конструктивных компоновок внешнего облика плавучих судоподъемных сооружений 110
5 Основы методологии проектирования плавучих судоподъемных сооружений с учетом возможности использования оригинальных технических решений 112
5.1 Общая постановка задачи проектирования плавучего судоподъемного сооружения 112
5.1.1 Структура математической модели проектирования 112
5.1.2 Вектор исходных данных 113
5.1.3 Вектор оптимизируемых переменных 114
5.1.4 Требования к основным характеристикам плавучего судоподъемного сооружения и его подсистемам 115
5.1.5 Критерий эффективности 125
5.2 Построение математической модели проектирования плавучего судоподъемного сооружения 126
5.2.1 Основные принципы построения математической модели проектирования плавучего судоподъемного сооружения 126
5.2.2 Определение основных характеристик плавучего судоподъемного сооружения 128
5.2.3 Определение основных характеристик подсистем плавучего судоподъемного сооружения 167
5.2.4 Проверка совместимости решений задач верхнего и нижнего уровней 202
5.2.5 Способы организации процесса проектирования плавучего судоподъемного сооружения 211
5.2.6 Выбор предпочтительного варианта плавучего судоподъемного сооружения 211
6 Пример использования методик для определения характеристик передаточного плавучего дока без использования и с использованием оригинальных технических решений его внешнего облика и оценка корректности результатов 214
6.1 Исходные требования к передаточному плавучему доку 214
6.2 Независимые переменные и пределы их измерения 214
6.3 Требования предъявляемые к характеристикам передаточного плавучего дока и его подсистемам 216
6.4 Определение основных характеристик передаточного плавучего дока (решение задачи верхнего уровня) 219
6.5 Определение характеристик подсистем передаточного плавучего дока (решение задачи нижнего уровня) 226
6.6 Проверка совместимости решений задач верхнего и нижнего уровня, требований к передаточному плавучему доку, ограничений, выбор предпочтительного варианта 228
6.7 Оценка корректности расчетов основных технических характеристик передаточного плавучего дока 231
7 Опыт и перспективы реализации оригинальных проектных решений при создании плавучих судоподъемных сооружений 233
7.1 Использование оригинальных проектных решений в мировой и отечественной практике создания плавучих судоподъемных сооружений 233
7.2 Результаты внедрения автором оригинальных проектных решений в практику отечественного судостроения при создании плавучих судоподъемных сооружений 241
7.2.1 Техническое решение «Плавучий док» по авторскому свидетельству СССР №1030256 241
7.2.2 Техническое решение «Плавучий док для судов на подводных крыльях» по авторскому свидетельству СССР № 1234588 243
7.2.3 Техническое решение «Плавучий доковый комплекс» по авторскому свидетельству № 1093618 243
7.3 Перспективные архитектурно-конструктивные решения компоновок внешнего облика плавучих судоподъемных сооружений 245
Заключение 247
Литература 249
Приложение 1
- Системный анализ плавучего судоподъемного сооружения, как объекта проектирования
- Унификация главных размерений и использование модульных принципов при создании плавучих судоподъемных сооружений
- Влияние основных частей и элементов плавучего судоподъемного сооружения на его основные качества
- Оригинальные технические решения по обеспечению условия плавучести плавучего судоподъемного сооружения
Введение к работе
Со времени зарождения судоходства до настоящего времени не произошло никаких изменений в том, что на протяжении жизненного цикла любого плавучего средства неоднократно возникает необходимость его технического обслуживания и ремонта. Неотъемлемой и наиболее трудоемкой частью этих работ являются осмотры, очистка от водорослей и ракушек, окраска, а также ремонты подводной части корпуса, винтов, рулей, валов и донно-бортовой арматуры. Однако прежде чем приступить к таким работам, необходимо осушить подводную часть корпуса судна. В начальный период, когда суда были сравнительно небольшими, довольствовались примитивными способами и средствами выполнения этой операции, такими, как вытаскивание судов на берег при помощи катков и ворота, крёнование и выморозка [52], [63].
Увеличение размеров судов привело к необходимости совершенствования способов осушения подводной части судов и средств, обеспечивающих проведения таких операций. Для этого стали применяться более сложные технические средства, называемые судоподъемными сооружениями (СПС): склизы, слипы, эллинги, вертикальные подъемники, приливные, наливные и сухие доки. Последними из СПС в начале XVIII века появились плавучие [62], [65], которые в силу ряда своих неоспоримых преимуществ, основными из которых являются сравнительно невысокая стоимость, сжатые сроки создания, ликвидность и мобильность, в ряде стран довольно быстро заняли ведущее место в обеспечении судоремонта.
Согласно историческим сведениям как отечественным [52], [63] , [65], [116], [124], [130] так и зарубежным [152], [158], [188] приоритет в создании этого типа СПС принадлежит России. Первый подъем корабля плавучим СПС, в качестве которого был использован корпус трофейного корабля «Camel», был осуществлен в районе Кронштадта во время царствования Петра I. Вместо срезанной кормовой оконечности «Camel» и его снятых палуб был установлен водонепроницаемый затвор, что после ввода в него корабля и откачки воды из образовавшегося бассейна позволило осушить подводную часть корабля как показано на рис.1 [63].
К сожалению, автор этого изобретения так и остался неизвестен, также как и не сохранились чертежи этого первого плавучего СПС. Однако по названию корабля, корпус которого был использован в качестве первого плавучего СПС, все сооружения подобного рода довольно значительный период времени, как в нашей стране, так и за границей, назывались «камелями», не зависимо от их конструктивных особенностей и назначения [52], [63], [65], [125], [132], [171]. Только в XIX веке стал использоваться термин «плавучий док» [52]. К этому же времени, плавучие СПС приобрели уже сохранившийся практически без изменений до настоящего времени классический облик - понтон с двумя башнями и кринолинами, который и является основным для этого типа плавучих средств. В этот же период англичанами Д.-Л.Кларком и Д.Станфилдом были заложены и основы теории проектирования таких плавучих сооружений. В последующий период в развитие и совершенствование методов теории проектирования и кон-
струирования плавучих СПС также внесли заметный вклад В.Киприянович, И.Н.Сиверцев, М.А.Ловягин, Г.В.Танхельсон, В.М.Попов, Л.А.Петраков, А.Мельгорн, К.Клитцинг, К.Ресер, В.Е.Кук, Х.В.Корник, А.А.Амирикаин, Д.Кунду, Л.Сузат.
Рис. 1 Схема использования камели для осушения подводной части судна
Если целью первой операции по подъему корабля с использованием камели было устранение повреждений его корпуса, то по мере развития судостроения и судоходства плавучие СПС помимо судоремонта стали использоваться для проводки глубокосидящих судов через бары рек или мелководные участки фарватера в порт, для доставки судов с большой осадкой по внутренним водным путям в морские районы, маломореходных или аварийных судов по морю к месту эксплуатации или ремонта, спуска судов с береговых стапелей на воду и подъема их с воды на берег, а также ряда специальных операций, таких как обеспечение испытаний корпусов подводных лодок давлением, кренования и дифферентования наливных судов для обеспечения зачистки их танков, сборки корпусов судов из крупных модулей, базирования гидросамолетов и подводных аппаратов, формирования плавучих железобетонных массивов, утилизации судов и других операций [117]. Таким образом, необходимость решения новых задач, для реализации которых использовались плавучие СПС, как наиболее универсальные средства, привело к тому, что в настоящее время они являются неотъемлемой частью комплекса средств, обеспечивающих создание судов, их обслуживание в процессе эксплуатации, а также утилизацию после истечения срока службы. В разработку новых принципов использования этого типа плавучих сооружений существенный вклад внесли М.М.Обольянинов, Г.А.Вахарловский, М.А.Ловягин, Л.А.Петраков, В.А.Топчий, Э.Н.Гарин, Г.Н.Финкель, Д.-Л.Кларк, Д.Станфилд, К.Клитцинг, П.Крэндалл, Д.Крэндалл.
Конструктивные особенности появившихся в последние десятилетия новых типов судов и плавучих объектов с нетрадиционной формой корпуса и принципами поддержания на плаву (судов на воздушной подушке и подводных крыльях, плавучих буровых установок и т.п.), а также новые принципы использования плавучих СПС, все чаще исключают возможность применение традиционных архитектурно-конструктивных компоновок (АКК) их внешнего облика, что приводит к необходимости поиска и применения при их создании оригинальных технических решений, удовлетворяющих новым требованиям и условиям использования этих, сооружений. Наибольший вклад в разработку новых АКК плавучих СПС внесли С.Яницкий, М.А.Ловягин, Л.А.Петраков, Э.Н.Гарин, Г.Н.Финкель, Д.-Л.Кларк, Д.Станфилд, К.Мюллер, Г.Асмуссен, А.Мельгорн, Ф.Клитцинг, Ф.Хдррис, П.Крэндалл, Д.Крэндалл.
Хотя некоторые из оригинальных проектных решений, использованных при создании плавучих СПС были эпизодическими, а другие довольно часто применяются при создании плавучих СПС различных типов, в технической литературе по проектированию этого типа плавучих сооружений они не нашли соответствующего отражения. При этом наиболее сложной для проектанта задачей в процессе создания плавучего СПС, особенно нетрадиционного назначения, является обоснованное формирование АКК его внешнего облика, обеспечивающей наиболее рационально выполнение всех необходимых функций этим сооружением, как на основе традиционных, так и с использованием оригинальных проектных решений АКК, а также корректное определение основных его характеристик. Однако, существующий подход и методы, его реализующие, не обеспечивают решение таких задач.
Для возможности корректного и обоснованного использования при проектировании плавучих СПС, как традиционных, так и оригинальных проектных решений АКК их внешнего облика, выполнена настоящая работа, ориентированная на совершенствование методов теории проектирования судов в части, касающейся этого типа плавучих сооружений.
Системный анализ плавучего судоподъемного сооружения, как объекта проектирования
Чтобы рассматривать плавучее СПС как комплексный объект, необходимо выполнить анализ его как сложной технической системы [45].
Независимо от назначения, конструктивного типа, материала корпуса, степени автономности и способа балластировки, любое плавучие СПС является сложной технической системой, состоящей из ряда функциональных подсистем: -корпус; -энергетика; -механизация; -связь; -обитаемость; -живучесть.
Назначением каждой из перечисленных выше подсистем является: «Корпус» - формирование помещений и площадок для размещения людей, оборудования и судна, создание сил плавучести и обеспечение прочности. «Энергетика» - производство, преобразование и распределение электроэнергии и энергосред.
«Механизация» - замена ручных средств выполнения общесудовых и специальных функций техническими средствами, обеспечивающими взаимодействие плавучего СПС с внешней средой и судном.
«Связь» - обеспечение внешней связи плавучего СПС с берегом, базами, судами и буксирами, а также внутренней связи в пределах его помещений. «Обитаемость» - обеспечение сохранения здоровья и работоспособности команды СПС и рабочих для эффективного выполнения возложенных на них обязанностей.
«Живучесть» - обеспечение противодействия повреждениям корпуса, поступлению воды, пожарам и другим вредным воздействиям внешней среды или противника, а также устранение их последствий силами команды.
Все подсистемы плавучего СПС делятся на более мелкие функциональные единицы.
Каждая из подсистем обеспечивает выполнение ряда определенных функций плавучего СПС, что определяет состав ее технических средств. Даже для плавучих СПС одинакового назначения состав функций, выполняемых одноименными подсистемами, может отличаться, а для плавучих СПС различного назначения существенные отличия просто закономерны.
Технические средства, обеспечивающие выполнение функций каждой из подсистем, требуют площадей и объемов помещений для своего размещения, потребляют различные виды электроэнергии и энергосред, а также дают составляющие нагрузки масс и стоимости. Результаты анализа в части распределения нагрузки масс [86], площадей и объемов помещений, электроэнергии и энерго Под внешней средой понимаются такие факторы, которые объективно существуют и не зависят от плавучего СПС или схемы его функционирования. К этим факторам относятся следующие группы: -гидрометеорологические условия эксплуатации; -условия базирования; -условия материально-технического обеспечения; -условия технического обслуживания; -условия плавания; -аварийные ситуации и воздействие противника.
Каждая из этих групп факторов предъявляет требования соответствующим подсистемам плавучего СПС, а также оказывает влияние на его эксплуатационные показатели.
Группа факторов «Гидрометеорологические условия эксплуатации», учитывающая влияние ветра и волн, течения, температуры воздуха и воды, периодичности и продолжительности туманов и темного времени, приливно-отливных явлений, длительности навигационного периода, льдообразования и толщины льда, предъявляет соответствующие требования к прочности корпуса плавучего СПС, средствам его раскрепления на акватории и механизации, а также оказывает влияние на скорость буксировки плавучего СПС потери времени из-за отстоев, вызванных неблагоприятными условиями.
Группа факторов «Условия базирования», учитывающая географическое место положение пункта базирования, размещение в нем плавучего СПС и технические возможности средств энергообеспечения, а также обеспечение проживания команды СПС и рабочих на берегу, предъявляет соответствующие требования к средствам его раскрепления и перемещения, энергообеспечения и обитаемости. При этом, в качестве пункта базирования может рассматриваться как необорудованная акватория, так и акватория любого судоремонтного или судостроительного предприятия, ремонтной или эксплуатационной базы флота.
Группа факторов «Условия материально-технического обеспечения», учитывает наличие и расположение береговых пунктов пополнения запасов, плавучих бункеровщиков, средств доставки и хранения материалов для ремонта судов, сдачи сточных вод и мусора, а также организацию их пополнения, предъявляет требования к объемам цистерн и кладовых запасов плавучего СПС.
Группа факторов «Условия технического обслуживания», учитывает периодичность и продолжительность ремонтов, в том числе и подводной части корпуса плавучего СПС, возможности использования имеющихся в пункте базирования и в ближайших районах СПС для осуществления ремонта его подводной части, налагает ограничения на главные размерения и водоизмещение плавучего СПС, определяет его возможный конструктивный тип, а также потери времени для подготовки и перехода к месту ремонта.
Группа факторов «Условия плавания», учитывающая влияние глубины, ширины, извилистости фарватера, габаритов гидротехнических сооружений (шлюзов, мостов, линий электропередачи и связи), налагает ограничения на главные размерения дока, а также предъявляет требования к якорному и буксирному устройствам дока. Это справедливо как для разового перегона ремонтных и передаточных плавучих доков, а также компонентов плавучих комплексов от места постройки к месту базирования, так и для транспортных плавучих доков, которые осуществляют регулярные переходы по внутренним водным путям и в морских районах.
Группа факторов «Аварийные ситуации и воздействие противника», учитывающая возможные поступления воды, пожары, отказы технических средств, последствия воздействия ОМП, предъявляет требования по надежности технических средств соответствующих подсистем плавучего СПС, прочности корпуса и непотопляемости, составу технических средств для ликвидации последствий аварии или воздействия противника силами команды плавучего СПС, а также к средствам защиты и спасения людей [51], [119], [120].
Для плавучих СПС различного назначения факторы, включаемые в одноименную группу, могут отличаться, и при том даже очень существенно. Для более полного представления всей задачи на рис.10 показана совокупность групп рассмотренных факторов применительно к одному из типов плавучих СПС - транспортному плавучему доку .
Следует отметить, что учитывать отдельно влияние каждого внешнего фактора весьма сложно, особенно таких факторов как гидрометеорологические, изменение которых в течение навигационного периода на каждом участке трассы различно. В тоже время эти факторы существенно влияют на эксплуатационные показатели транспортного плавучего дока (ТПД). В качестве примера на рис.11 показаны зависимости времени стоянки ТПД из-за неблагоприятных погодных условий для нескольких участков Единой глубоководной системы Европейской части России. Другим примером является комплексный учет влияния группы внешних факторов, учитывающих влияние условий плавания на время буксировки ТПД. Учитывать отдельно каждый из этих факторов, изменяющихся по различному закону на каждом участке трассы, практически очень сложно. Поэтому, как по
Унификация главных размерений и использование модульных принципов при создании плавучих судоподъемных сооружений
Одним из путем снижения затрат на создание плавучих СПС было и в настоящее время является использование типовых или унифицированных конструкций. Такой подход нашел наиболее широкое распространение на зарубежных верфях, специализирующихся на строительстве этого типа сооружений. Как правило, в этом случае все технические решения принимались в угоду технологическим возможностям заводов-строителей. Однако в последнее время появились работы, научно обосновывающие основные положения этого направления. Наиболее интересными являются работы посвященные унификации основных характеристик ПД на основе типоразмерных сеток.
За последние годы было несколько предложений по созданию типоразмер-ной сетки плавучих доков [40], [85], [186]. Общей целью всех этих работ явля лась унификация главных размерений плавучих доков для сокращения их возможных типоразмеров, также как и схожесть принципов их формирования .
Первая попытка унификации плавучих доков и создание сетки их размеров была предпринята в Германии в начале двадцатых годов XX века К.Резером [186]. К.Резер считал, что в диапазоне грузоподъемностей от 2 до 50 тысяч тонн достаточно иметь 8 типоразмеров ПД, основные характеристики которых представлены в таблице 5. Расчет характеристик, приведенных в таблице 5, производился для случая одинаковых для всех вариантов ПД значений надводного борта понтона в рабочем положении ПД и надводного борта башни при предельном погружении ПД. Выбор, значений грузоподъемности и размерений для каждого типоразмера ПД осуществлялся на основе разбивки состава флота на группы судов с близкими по значению характеристиками, чтобы каждой из них соответствовало достаточно большое количество судов. Формирование групп судов базировалось на анализе зависимостей между их массо-габаритными характеристиками, аналогично показанным на рис.21 зависмостям между длиной судов, их весом и вместимостью.
Следующий шаг в этом направлении был предпринят в России более 60 лет спустя. Предложение о создании унифицированной типоразмерной сетки плавучих доков, сделанное В.А.Волковым и С.А.Романовым [40] содержит 26 вариантов ПД в диапазоне грузоподъемностей от 500 т до 50000 т. Это объясняется тем что для 15 значений грузоподъемности (таблица 6) предлагается от 1 до 3 вариантов сочетаний главных размерений ПД. Наличие 2 или 3 вариантов сочетаний главных размерений ПД обосновывается необходимостью доко-вания специфических судов и сооружений типа плавучих буровых установок, катамаранов и др.
В отличии от подхода используемого К.Резером, базировавшего на результатах анализа построенных судов, авторы этой работы анализировали характеристики существующих и перспективных судов. В результате были построены графики зависимостей их наибольшей длины (Ьнб) и ширины (В) от доковой массы (D), показанные на рис.22, которые явились основой для расчета шага изменения длины и ширины ПД, что способствовало переходу на модульные принципы их проектирования и строительства.
Последний и наиболее полный вариант сетки характеристик плавучих доков был рассчитан Л.А.Петраковым [85] с помощью зависимомостей, полученных в результате анализа и обработки обработки информации по ПД, построенным за предыдущие 20 лет. Для диапазона грузоподъемностей от 2 до 80 тыс. т он предложил 11 вариантов плавучих доков с систематически меняющимися характеристиками (таблица 7).
Методы определения размерений ПД при формировании рассмотренных сеток ничем существенно не отличаются друг от друга и от способов определения их характеристик на основе статистических данных по построенным судам или по характеристикам докуемых судов рассмотренным в п.2.1.
Опыт мирового и отечественного судостроения последних лет свидетельствует о перспективности использовании модульных принципов при проектировании и строительстве судов, кораблей и других плавучих объектов или отдельных их частей [25], [28], [46], [136]. Характерной особенностью модулей является их повторяемость несколько раз в одной и той же технической системе. При этом модуль может быть функциональным (ФМ), повторяясь в сложной системе несколько раз и выполняя одну и ту же функцию или конструктивным (КМ), который представляет собой повторяющуюся сборочную единицу, типовые фрагменты конструкции [25], [53], [140]. В проектных работах используются понятия «размерные модули» (РМ), под которыми понимаются нормализованные линейные величины, являющиеся масштабом кратности и обеспечивающие компоновочную собираемость смежных стыкуемых КМ и ФМ, и «типизационные модули» (ТМ) - топологически однородные варианты графического изображения конструктивных узлов или фрагментов теоретических чертежей, полученные из анализа наиболее применяемых вариантов архитектурно-компоновочных решений [139], [140]. Конструктивные особенности всех типов плавучих СПС, а именно наличие монотонных корпусных конструкций башен и понтона, создают благоприятные предпосылки для реализации модульных принципов на всех этапах создания таких плавучих сооружений.
Поэтому объяснимы предложения А.Л.Васильева и Г.Н.Финкеля [36] о комплектовании ПД из больших КМ и ФМ на базе стандартных рядов главных размерений, параметров формы и конструктивного членения корпуса с целью упорядочения их многообразия и укрупнения однородных групп ПД. В качестве модулей рассматриваются секции понтона и башен ПД. При разработке проекта ряда модульных ПД рекомендуется варьировать все три его главных раз-мерения (длина и ширина ПД, высота его башни) и грузоподъемность, а шаг изменения размеров должен быть обоснован конструктивно и технологически. При этом разность между минимальными размерами последующего типа ПД и максимальными размерами предыдущего должна быть примерно равна выбранному шагу. В приведенном в этой работе примере формирования сетки ПД, представлены 8 вариантов для ПД трех основных их типов (таблица 8
Влияние основных частей и элементов плавучего судоподъемного сооружения на его основные качества
В рабочем положении плавучего СПС (полностью всплывшее СПС со стоящим в нем судном) его плавучесть обеспечивается только понтоном (часть «а»).
Основная характеристика плавучего СПС - грузоподъемность (определяется способностью плавучего СПС поднимать с воды судно определенного водоизмещения), зависит от величины плавучести, создаваемой его понтоном в этом положении с учетом соответствующего этому положению СПС надводного борта. где: Вщ, - полное водоизмещение плавучего СПС с остаточным, и разгружающим балластом (без докуемого судна), т; Dc - водоизмещение докуемого судна, т; Ьквл - длина плавучего СПС по КВЛ, м; В - ширина плавучего СПС, м; hn - высота понтона, м; fHn - величина надводного борта понтона плавучего СПС в рабочем положении, м; к - килеватость днища понтона плавучего СПС, м; р - плотность воды, т/м .
Таким образом плавучесть, создаваемая понтоном (часть «а») в рабочем положении СПС, зависит от его длины (Ьквл), ширины (В) и высоты (пп), а также килеватости днища понтона (к). предельном погружении
Предельное погружение плавучего СПС достигается заполнением всех его балластных отсеков в понтоне (часть «а») и в башнях (части «в»). В этом поло Объемы твиндеков, входящие в воду (находящиеся ниже ватерлинии предельного погружения СПС) и, имеющие длину и ширину равные длине топ-палубы дока (LTn) и ширине башен на уровне топ-палубы (Ьтп) соответственно, уравновешивают вес СПС без балласта (рис.29). Поэтому уравнение плавучести для положения предельного погружения СПС, из которого видно влияние основных элементов твиндека, имеет вид:
Таким образом плавучесть, создаваемая твиндеками (часть «с») при предельном погружении СПС, зависит от их длины (Ьтп), ширины (Ьтп) и высоты (hTB). Если ниже палу бы безопасности располагаются какие-либо сухие помещения (сухие насосные отделения, коффердамы и т.п.), то их объемы также следует учитывать соответствующими поправками в уравнении (16), также как наличие проницаемых конструкций в твиндеке.
Критерием, обеспечения поперечной остойчивости для плавучих СПС в рабочем положении является не превышение углом крена от динамически приложенного кренящего момента от давления ветра допустимого значения. DzP hSp Где: @2р и допр - расчетное и допустимое значения угла крена системы «СПС- судно» в рабочем положении, соответственно, град.; М - динамически приложенный кренящий момент от давления ветра, действующий на систему «СПС-судно», тм; DSp - водоизмещение системы «СПС-судно» в рабочем положении, т; Рц = p[LKBJIB(hn-fHn-k/2)] hn, fHn — высота понтона плавучего СПС и его надводный борт в рабочем положении, соответственно, м; к - килеватость днища понтона плавучего СПС, м hSp - поперечная метацентрическая высота системы «СПС-судно» в рабочем положении, м; р — ср " Ip — glp Zcp, rp, Zgp - аппликата центра величины, поперечный метацентрический радиус и аппликата центра масс системы «СПС-судно» в рабочем положении, соответственно,м Zcp = (hn - f„n - k/2) / 2 Гр (Ixp - Іхбо) I V p Vp - объемное водоизмещение системы «СПС-судно» в рабочем положении, м3 VSp = DSp I р Ixp, іхбо - поперечные моменты инерции площади ватерлинии в рабочем положении плавучего СПС и свободной поверхности в его балластных отсеках, м4 Іхр — і- квл D / IZ іхбо={(т+1)Ьквл[В/(т+1)]3}/12 т - количество продольных водонепроницаемых переборок в понтоне плавучего СПС, делящих его на балластные отсеки. Zgsp =[Щ Zgc + hn + Ьвд) + Dflp Z p] I DSp пкд - высота килевой дорожки, м; Zgc - аппликата центра масс судна в собственной системе координат, м. Критерием продольной остойчивости плавучих СПС в рабочем положении служит условие вида: Где: 4 и допр - расчетное и допустимое значения угла дифферента системы «СПС-судно» в рабочем положении, соответственно; М2дР - дифферентующий момент от крана с грузом в рабочем положении системы «СПС-судно», тм; Нірі - продольная метацентрическая высота системы «СПС I Различным величинам осадки плавучего СПС соответствуют различные площадь и конфигурация его действующей ватерлинии, а также докуемого судна стоящего на его кильблоках, корпус которого также участвует в обеспечении остойчивости системы СПС-судно. Критерием обеспечения поперечной остойчивости для плавучих СПС в любой момент процесса его погружения или всплытия является не превышение углом крена от динамически приложенного кренящего момента от давления, ветра допустимого значения. Это условие, из которого видно влияние на остойчивость СПС его основных элементов, имеет вид: Где: : в и @допв - расчетное и допустимое значения угла крена системы «СПС- судно» в процессе погружения или всплытия, соответственно; Mj;KB- динамически приложенный кренящий момент от давления ветра, действующий в процессе погружения или всплытия системы «СПС-судно», тм; DSB - водоизмещение системы «СПС-судно» в процессе погружения или всплытия, т; пв - поперечная метацентрическая высота системы «СПС-судно» в процессе погружения или всплытия, м. Как показано на рис. 32 процесс погружения или всплытия плавучего СПС с судном в зависимости от его осадки можно разделить на 4 этапа, характеризующихся изменением площади и конфигурации ватерлинии и водоизмещения »; системы СПС-судно. При этом степень влияния плавучего СПС и докуемого судна на различных этапах этого процесса существенно отличаются. Поэтому как и в любом сложном процессе, при погружении или всплытии системы пла-вуее СПС-судно существует критический с точки зрения обеспечения остойчивости этап, который является определяющим при выполнении всей доковой операции. На 1 этапе погружения СПС с судном происходит изменение его осадки от рабочей до входа в воду стапель-палубы, т.е. осадка соответствует высоте понтона СПС (Т = hn). Ватерлиния СПС на этом этапе имеет такую же конфигурацию и площадь как и в его рабочем положении и обеспечивается понтоном (часть «а»), а на величины продольной и поперечной метацентрических высот влияют те же элементы его корпуса. На 2 этапе погружения СПС происходит увеличение его осадки до соответствующей уровню высоты кильблоков (Т = hn + пкд). На этом этапе погружения СПС его ватерлиния.соответствует площади его башен (части «Ь»). На 3 этапе погружения СПС к ватерлинии, образованной башнями дока (части «Ь»), добавляется площадь ватерлинии докуемого судна, корпус которого начал входить в воду. Этот этап погружения СПС длится до момента всплытия судна с кильблоков. На 4 этапе погружения СПС погружается на величину зазора для безопасного вывода судна, что соответствует осадке его предельного погружения. Ватерлиния на этом этапе соответствует площади верхней части башен СПС (часть «с»).
Критическим с точки зрения поперечной остойчивости плавучего СПС с судном является 2 этап погружения. Хотя ватерлиния СПС на этом этапе не меняется также как и элементы его корпуса, влияющие на остойчивость, проверка выполняется для начальной и конечной осадок СПС на этом этапе т.к. изменения его поперечной метацентрической высоты происходит за счет изменения аппликаты центра величины при существенном изменении значений водоизмещения и центра масс.
Оригинальные технические решения по обеспечению условия плавучести плавучего судоподъемного сооружения
Как было отмечено ранее (табл.14) традиционно обеспечение плавучести плавучего СПС в рабочем положении осуществляется его понтоном (часть «а»), характеризующимся длиной (LKBJT), шириной (В) и высотой (hn) при соответствующей высоте надводного борта (fHn). Размерения плавучего СПС, определяемые по традиционным методикам в результате проверки условия плавучести (15) в большинстве случаев дают положительный результат т.к. основаны на обширном статистическом материале по судам и плавучим СПС. Однако так происходит не всегда.
Если в результате .проверки условие плавучести (15) не выполняется, то в соответствии с традиционными способами необходимо увеличить объем понтона за счет увеличения одного, двух или всех трех его размеров. Это приводит к увеличению собственного веса плавучего СПС, что в конечном результате влияет на стоимость его постройки [113].
Такой же результат, но без изменения основных размерений и элементов плавучего СПС, достигается увеличением его надводного борта только в оконечностях путем установки поперечных стационарных водонепроницаемых конструкций, защищающих внутридоковое пространство от забортной воды [11], которые также могут быть совмещены с другими конструкциями. Чтобы такие конструкции не мешали заводке и постановке в плавучее СПС судна, а следовательно не, требовалось увеличение высоты его башен, они не должны превышать высоты килевой дорожки, на которою ставится судно т.е. hB3 = 1 (рис.42а). В таком случае условие плавучести плавучего СПС в рабочем положении будет иметь вид:
Однако, если высота стационарного водонепроницаемого закрытия является недостаточной, что может иметь место при очень низкой килевой дорожке, то водонепроницаемое закрытие делается съемным, а именно, в виде откидных створок (рис.426) [113], [139], [175] или плавучим в виде батопорта (рис.42в) [4], [190], [198]. При этом такие закрытия могут иметь разную конструкцию на разных торцах плавучего СПС. Например, на одном торце стационарное водонепроницаемое закрытие, а на другом в виде батопорта (рис.42в). Такие варианты водонепроницаемых закрытий нашли применение плавучих СПС типа двухбашенных ПД.
Обеспечение плавучести док-понтона, также как и ПД, осуществляется понтоном (часть «а»). При недостаточной высоте надводного борта док-понтона традиционно, также как и у ПД, увеличивается его объем за счет увеличения одного, двух или всех трех размерений (длины, ширины, высоты). Однако такое решение, как было отмечено выше, приводит к увеличению веса плавучего СПС, а соответственно и стоимости его постройки.
Для плавучих СПС типа док-понтона обеспечение необходимой плавучести в рабочем положении может быть осуществлено за счет установки стационарных водонепроницаемых закрытий типа фальшборта вдоль всех четырех его сторон (рис.42г), если они не Превышают высоту килевой дорожки. В противном случае водонепроницаемое закрытие одной из сторон док-понтона выполняется съемным (рис.42д) [19].
Другим путем, обеспечения плавучести плавучего СПС в рабочем положении без изменения его размерений, выбранных на основании традиционных методик, если условие, плавучести его в рабочем положении не обеспечено, является размещение за его пределами дополнительных плавучестей, постоянных в виде булей (рис.43а) [196], или временных в виде понтонов с жестким креплением к корпусу пдавучего СПС (рис. 436) [18], [210].
При использовании таких технических решений следует учитывать, что они также улучшают остойчивость системы «док-судно» в рабочем положении за счет увеличения площади действующей ватерлинии. Как было показано ранее (см.п.3.2.1.2), плавучесть любого плавучего СПС, при предельном погружении обеспечивается объемами его твиндеков. Как пра вило, при среднестатистической насыщенности плавучих СПС техническими средствами, размещением которых определяется объем твиндеков, условие плавучести при предельном погружении обеспечивается без существенных уточнений. . , ; Однако на плавучих СПС с низкой степенью насыщенности их техническими средствами или имеющих значительное водоизмещение порожнем (железобетонные, композитные и малые металлические) силы веса значительно плавучесть, создаваемую твиндеками. В этом случае требуется увеличение объемов сухих отсеков, расположенных ниже линии предельного погружения (максимальной осадки) плавучего СПС. Рис.44 Схема условия обеспечения плавучести плавучего судоподъемного сооружения при его предельном погружении созданием сухих отсеков в его понтоне
Традиционный подход т.е. увеличение плавучести за счет увеличения высоты твиндека или ширины башен приводит к увеличению массы плавучего СПС, а следовательно и его стоимость. При этом следует учитывать помимо создания корпусных конструкций все дополнительные объемы твиндеков являются обитаемыми, которые необходимо вентилировать, освещать, отапливать, в них также должны быть, изоляция и зашивка, трапы, двери, люки и другие дельные вещи. Если же сухой отсек выполнятся необитаемым и размещается его в понтоне плавучего СПС,(рис.44) [17.5], [164], [210], то это будет более эффективно т.к. он не будет обитаемым, а его объем используется для создания сил плавучести полностью т.е без вычета на надводный борт, что необходимо учитывать для твиндеков. Условие обеспечения плавучести для предельного погружения плавучего СПС с учетом размещения на нем сухого отсека в понтоне, имеет вид:
Такое техническое решение нашло наибольшее применение на плавучих СПС, имеющих значительный собственный вес, типа железобетонных и композитных ПД. При этом [202] рекомендуется осуществлять «...такой размер отсека, чтобы вес вытесненной им воды был почти равен весу ПД в погруженном состоянии» т.е. почти полностью компенсировал собственный вес плавучего СПС, что позволяет существенно уменьшить объем твиндеков. Однако при использовании этого технического решения остойчивость системы «плавучее СПС-судно» в процессе погружения или всплытия ухудшается из-за более высокого положения ЦТ балласта в отсеках плавучего СПС. ,
