CC BY
67
УДК 629.12.001.2:629.12.071.56 ББК 39.42-01
Е. П. Роннов, В. В. Анисимова УРАВНЕНИЯ ГРУЗОВМЕСТИМОСТИ ДЛЯ СУДОВ-ПЛОЩАДОК
E. P. Ronnov, V. V. Anisimova EQUATIONS OF CARGO CAPACITY FOR VESSELS-PLATFORMS
Путем последовательных математических операций получены условия вместимости для судов-площадок в зависимости от вида перевозимого груза. Найденные выражения позволяют на начальном этапе проектирования определить минимально необходимые размерения рассматриваемых судов, обеспечивающие условия размещения насыпного и тарно-штучного груза.
Ключевые слова: грузовместимость, уравнение вместимости, условие вместимости, суда-площадки.
Conditions of cargo capacity for vessels-platforms depending on the type of cargo are received by means of consequent mathematical operations. The received expressions enable to define the minimum necessary dimensions of the considered vessels, that provide conditions for placement of bulk cargo and packaged piece cargo at the initial stage of designing.
Key words: cargo capacity, equation of cargo capacity, condition of cargo capacity, vessels-platforms.
Вместимость грузового судна является важнейшей эксплуатационной характеристикой и должна быть обеспечена уже при обосновании главных размерений судна. Различные формы уравнения вместимости трюмных грузовых судов, используемые на начальных стадиях проектирования, достаточно полно разработаны и приведены, например, в [1, 2].
На внутренних водных путях эксплуатируется весьма специфический тип грузового флота -речные суда-площадки. На них перевозимый груз открытого хранения размещается не в грузовом трюме, а на грузовой площадке, расположенной на открытой палубе. Данный тип судна имеет ряд серьезных преимуществ, которые подробно рассмотрены в [2]. К такому же типу судов можно отнести накатные суда, автомобильные и железнодорожные паромы, специализированные суда для перевозки тяжеловесных и крупногабаритных грузов, широко используемые в морских перевозках, обстановочные суда и др. Упомянутые выше формы уравнений вместимости к этим судам неприменимы, в связи с чем возникает задача получения уравнения вместимости для судов-площадок.
Л. М. Ногид вывел уравнение вместимости для сухогрузных судов из условия обеспечения необходимого объема грузовых помещений, а не объемов всех помещений судна. Грузовместимость судна будет обеспечена, если будет выполнено неравенство [2]
Жтр - W, > 0, (1)
где Жтр — объем грузовых помещений; Wp — объем, необходимый для размещения заданного количества груза.
Применительно к судну-площадке, схема поперечного сечения которого приведена на рисунке, объем Жтр можно представить состоящим из двух составляющих:
Щр> = Wn +Wk . (2)
Первое слагаемое - Wn представляет собой объем параллелепипеда, ограниченного в плане длиной Lp и шириной Bp грузовой площадки и высотой ее ограждения hp. Вторая составляющая - Wk - это объем, определяемый возможным размером «горки» навалочного груза, величина которой зависит от угла естественного откоса а и количества «горок», размещаемых по длине грузовой площадки. Величину объема Жгр, исходя из его геометрического представления, можно выразить следующим образом:
Жф — Ир • 1 р • Ь • Вр + 0,15 • а • Вр • Ь • 1
(3)
где А,р — отношение длины грузовой площадки к длине судна.
Поперечное сечение судна-площадки
Объем, необходимый для размещения заданного количества груза Ргр, исходя из его удельного погрузочного объема , находится по формуле
Жгр— тгр • Рр. (4)
Подставив полученные выражения в неравенство (1) и решая его относительно ширины рабочей площадки Вр , получим
Вр > —
И
+
0,3 • tg а ^
И
-+-
Мтр • -^гр
0,09 • tg2а 0,15 • tg а1р • Ь
(5)
Выражение (5) позволяет при известной длине судна рассчитывать минимально необходимую ширину рабочей площадки из условия размещения заданного количества груза Ргр. Ширина судна при этом получается исходя из учета ширины потопчин Ьп :
В' — Вр + 2 • Ь
(6)
величина которых принимается конструктивно и составляет обычно не более 1,5—1,7 м. Условие грузовместимости будет выполнено, если расчетная ширина судна больше или равна минимальной, получаемой по выражению (6), т. е. если выполняется условие
В > В'.
(7)
Так как в выражение (5) входит длина судна, то неравенство (7) можно использовать при решении прямой задачи, когда главные размерения получены и надо оценить их с точки зрения обеспечения условия грузовместимости. При проектировании судна на начальных этапах решается обратная задача, при которой требуется определить главные размерения, при этом они должны удовлетворять предъявляемым навигационным и эксплуатационным качествам, в том числе и грузовместимости. Это означает, что применительно к судну-площадке, кроме минимальной ширины, необходимо знать длину судна, при которой условие грузовместимости (1) будет выполняться. Для этого выражение (2) запишем в следующем виде:
Жр — (1+к )Жп ,
(8)
где кк — Же/Жр — относительный объем «горки» груза Жк .
Подставляя значения Жп и , представляющие собой соответствующие слагаемые выражения (3), величину относительного объема можно выразить как
После подстановки (9) и (4) в неравенство (1) условие грузовместимости будет иметь вид
Полученное неравенство характеризует минимальные размеры судна в плане (произведение длины на ширину), при которых размеры рабочей площадки позволят разместить навалочный груз Р, имеющий удельный погрузочный объем тгр и угол естественного откоса а. Входящие в это выражение относительные величины и высоту Ир следует принимать по статистическим данным либо по судну-прототипу.
При перевозке на судне-площадке тарно-штучных грузов условие грузовместимости будет обеспечено, если величина рабочей площадки больше или в крайнем случае равна площади, необходимой для размещения одного яруса груза:
где 5рп — величина рабочей площадки на судне, которая может использоваться для размещения груза; 51 — площадь, занимаемая одним ярусом перевозимого груза.
Исходя из того, что рабочая площадка, как правило, имеет форму прямоугольника, ее величина с учетом вышепринятых соотношений может быть представлена формулой
Площадь, необходимая для размещения заданного количества тарно-штучного груза, определяется площадью, занимаемой одним местом груза и технологическими зазорами между отдельными его единицами, т. е.
где п — количество мест груза, предназначенного для его размещения на судне; Ь7, В7 — габаритная длина и ширина соответственно 7-й единицы перевозимого груза; ЛЬ7, ЛВ7 — технологические зазоры по длине и ширине между отдельными единицами груза.
После подстановки (11) и (12) в (10) условие грузовместимости судна-площадки при перевозке тарно-штучных грузов имеет вид
Если перевозятся однотипные грузы, например контейнеры одинакового типоразмерного ряда, выражение (13) упростится:
К — 0,15 • tg а/Ир ,
где Ир — отношение высоты рабочей площадки Ир к ее ширине Вр .
Тогда выражение (8), определяющее объем , можно преобразовать:
(9)
где Ьр = Яр/В .
ЬВ
(10)
V =1р • Ьр • Ь • В.
(11)
(12)
(13)
LB >—— (^ + ЛЦ )В +Л^), (14)
1 p • Ьр
где Lг, Bг — габаритные длина и ширина одного места (единицы) тарно-штучного груза.
Зазоры ЛЦ и ЛВг принимают исходя из нормативных требований к ускоренной погрузке и выгрузке судов, с учетом технологических особенностей проведения грузовых операций с рассматриваемым видом груза.
В случае многоярусного размещения груза, возможность которого должна быть оговорена заданием, число мест груза п, входящее в выражение (12), следует определять путем деления
общего количества мест тарно-штучного груза поб на количество ярусов его укладки. Если
по каким-то требованиям, например из условия видимости из ходовой рубки, верхний ярус груза не полный, а составляет его часть пв, то количество мест п , определяющее размеры грузовой площадки на судне, следует рассчитать по формуле
п = п°б _ , (15)
(т — 1) + пв
где т — количество ярусов укладки груза.
Границы применения выражения (15): т > 2;0 < пв < 1.
Учитывая, что при перевозке относительно крупноразмерных грузов, например контейнеров, размеры рабочей площадки должны быть кратными числу мест грузовых единиц, т. е. обеспечивать возможность размещения и по длине, и по ширине площадки их целого числа. Поэтому при перевозке однотипных тарно-штучных грузов, наряду с условием (14), грузовместимость надо проанализировать с учетом возможности размещения целого числа единиц груза, размещаемых по ширине грузовой площадки:
п, — (ЬВ • I-1)0,5 — 2 • Ьп
Вг + ЛВг
где I — отношение длины судна к его ширине.
Полученное значение пв следует округлить до ближайшего целого значения пв и по нему определить требуемую по условию размещения ширину судна В1:
В1 — пв (Вг + ЛВг) + 2 • Ьп.
Длина судна Ь1, из условия размещения по длине грузовой площадки целого числа единиц груза, будет
Ь1 — пЬ • 1 р1( Ь г + ЛЬг ) .
Количество единиц груза, размещаемого по длине грузовой площадки пц, определяется округлением до ближайшего целого значения пц :
пЬ — ^пв .
Тогда второе условие грузовместимости принимает вид
ЬВ > ЦВ1,
и в дальнейших расчетах используют это значение.
Для оценки достоверности полученных зависимостей по ним выполнен расчет минимально необходимых размерений ряда судов-площадок при условии перевозки гравийной массы и контейнеров, а также обстановочного теплохода пр. Р121А. Полученные результаты приведены ниже в таблице.
Оценка достоверности полученных зависимостей
Проект судна По проекту По расчету
L ■ B, м2 Вр, м Число грузовых мест Перевозка гравийной массы Перевозка тарно-штучного груза
L ■ B, м2 Вр, м L ■ B, м2
559А 1 230 11,9 36 595 9,38 1 145
414А 636 8,0 18 379 5,43 560
Р86А 1170 12 28 497 6,74 1 033
Р40 910 12 28 316 5,83 886
272Т 913 11 28 356 5,75 821
Р121А 185 3,3 2 - - 116
Сопоставление данных, приведенных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что полученные уравнения вместимости для судов-площадок дает возможность с приемлемой для начальных стадий точностью определять минимально необходимые размерения судна в плане, обеспечивающие условия размещения насыпного и тарно-штучного груза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ашик В. В. Проектирование судов: учеб. - Л.: Судостроение, 1985. - 315 с.
2. Ногид Л. М. Теория проектирования судов: учеб. - Л.: Судпромгиз, 1955. - 479 с.
Статья поступила в редакцию 1.02.2012
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Роннов Евгений Павлович - Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород; д-р техн. наук; профессор; зав. кафедрой «Проектирование и технология постройки судов»; [email protected].
Ronnov Evgeniy Pavlovich - Volga State Academy of Water Transportation, Nizhniy Novgorod; Doctor of Technical Science; Professor; Head of the Department "Design and Technology of Vessels Construction"; [email protected].
Анисимова Вера Владимировна - Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород; аспирант кафедры «Проектирование и технология постройки судов»; [email protected].
Anisimova Vera Vladimirovna - Volga State Academy of Water Transportation, Nizhniy Novgorod; Postgraduate Student of the Department "Design and Technology of Vessels Construction"; [email protected].
