Конструктивное устройство переборок, шахт и выгородок

Переборки основного корпуса судна образуют границы отдельных помещений, в которых размещаются механизмы и перевозимые гру­зы, они называются главны­ми водонепроницаемыми переборками. На их конструкцию решающее влияние оказывает род перевозимого груза. В дополнение к балкам набора корпуса эти переборки обеспечивают поперечную и продольную прочность, а также живучесть судна при чрезвычайных аварийных ситуациях. Особенно важную роль продольные переборки играют на танкерах. Они участвуют в изгибе корпуса как верхние пояски эквивалентного бруса - палубы и днища и воспринимают на себя большие растягивающие и сжимающие усилия.

Необходимость установки водонепроницаемых переборок, особенно на пассажирских судах была доказана после неоднократных крушений их в конце 19-го и начале 20-го веков (самой трагичной была гибель трансатлантического лайнера «Титаник» в апреле 1912 года). Невероятно, но факт, что некоторые военные корабли затонули прямо у пирса, а другие – на рейде при штилевой погоде, не сделав ни одного выхода в море. Но проблема непотопляемости судов резко встала на заре 19-го века.

Впервые этой проблемой занялись русские ученые-кораблестроители М.М.Оку­н­ев, И.Г.Бубнов, А.Н.Крылов и др. В 1865-1869 гг. М.М.Оку­н­евым был издан пятитомный энциклопедический труд "Теория и практика кораблестроения".

Однако наибольший вк­лад в решение этой проблемы внес русский флотоводец - адмирал С.О.Ма­ка­ров, впервые в мире опубликовавший в течение 1869 – 1893 гг в журнале «Морской сборник» ряд статей, в которых были даны практические рекомендации по обеспечению живучести судов, получивших пробоину, в том числе и на основе анализа гибели английского фрегата «Вангард» в 1876 г и броненосца «Виктория» в 1893 г. Ценные работы о рас­­становке переборок были написаны и опубликованы русским иженером-кораб­ле­ст­роителем И.Г. Бубновым (Морской Сбо­р­ник № 4 и 5 1901 г.).

Эти работы были использованы английскими инженерами при создании средств непотопляемости в своем флоте. После гибели "Титаника" под давлением общественного мнения в Англии был создан «Комитет по переборкам», который на ос­но­ве результатов проведенных опытов разработал «Правила констру­ирования пере­бо­рок» и таблицы их набора".

Таким образом, несмотря на основной вклад наших ученых в решение данной проблемы, английские «Правила» нашли повсеместное внедрение во всем мире, в том числе и в России. Это стало возможным благодаря косности и непониманию важности работ, проводившихся русскими учеными, со стороны Морского технического комитета России, осуществлявшего над­зор за эксплуатацией кораблей.

В соответствии с « Правилами классификации и постройки судов», разработанными впоследствии русским Регистром, переборке дано следующее определение: это вертикальная (реже наклонная) стенка (рис.153), служащая для разделения внутреннего пространства судна на водонепроницаемые помещения (отсеки), а также наружная стенка в надстройке и рубке.

Переборки относят к числу основных конструкций корпуса и изготавливают из листов и набора. В последние годы к ним стали относить также и двойные борта, особенно на судах с горизонтальным способом обработки груза, которые оборудованы редкими поперечными переборками. Вместе с двойными бортами поперечные переборки образуют отдельные непроницаемые помещения - отсеки, что способствует уменьшению объемов утечек жидкого груза при их повреждении. Переборки препятствуют также распространению огня при пожаре.

По назначе­нию переборки делятся на главные и второстепенные, по на­правлению относительно ДП - на поперечные и продольные.

Назначение главных переборок - обеспечение непотопляемости судна и восприятие поперечных и вертикальных усилий, действую­щих на судно, за счет их водонепроницаемости.

Под непотопляемостью подразумевается способность судна оставаться на плаву и сохранять плавучесть и необходимую остойчивость в случае повреждения корпуса и затопления одного, двух или нескольких водонепроницаемых отсеков. Результатом затопления может быть увеличение осадки, появление крена и дифферента, снижение остойчивости, что может привести к опрокидыванию судна. Переборки рассчитываются на давление определенного количества влившейся во внутрь отсека воды, определяемого по объему затоплен­ного отсека.

В настоящее время непотопляемость судна считается обеспеченной, когда при затоплении заданного числа отсеков положение новой ватерлинии не превысит нижней кромки непрерывной палубы, обозначенной на диске Плимсоля на борту судна. Исходя из этого и производится расчет достаточного числа переборок на судне.

Существующие методы расчета непотопляемости позволяют определить положение судна после затопления определенного количества отсеков, его запас плавучести и остойчивости и своевременно принять необходимые меры по сохранению плавучести и остойчивости судна.

Главные водонепроницаемые переборки (рис.153) могут быть поперечные и продольные, они должны простираться от днища до верхней палубы (палубы переборок) по высоте и ширине судна (рис.154), обеспечивая неизменность формы корпуса при его изгибе и кручении. Их устанавливают:

- на судах без двойного дна - на наружную обшивку днища;

- на судах с двой­ным дном - на настил второго дна; при этом под поперечной переборкой в двойном дне ставят непроницаемый флор.

Количество водонепроницаемых продольных и поперечных переборок на грузовых судах жестко регламентируется "Правилами обеспечения непотопляемости" Российского Регистра, согласованными с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море. К ним в первую очередь относят следующие поперечные пе­реборки, обеспечивающих непотопляемость и живучесть судна:

- форпиковая (таранная), ограничивающая первый носовой отсек судна – форпик.

- ахтерпиковая, ограничивающая крайний кормовой отсек - ахтерпик;

- носовая и кормовая переборки МО, если оно расположено в средней части судна.

Форпиковая переборка будет достаточно эффективной при повреждении носовой оконечности судна, если она будет удовлетворять следующим конструктивным требованиям:

- расстояние ее от передней кромки форштевня при измерении на уровне летней ватерлинии не должно быть менее 0,05L и не более 0,05L + 3,0 м от форштевня (на крупных судах);

- она должна доводиться по высоте до верхней непрерывной водонепроницаемой палубы переборок без уступа, а на пассажирских судах в районе бака - до первой палубы, расположенной выше палубы переборок, а при наличии расположенных выше палубы переборок удлиненного бака или непрерывной па­лубы - до палубы вышележащего яруса;

- при наличии бака переборка может иметь уступ на уровне верхней палубы и доводится до палубы бака; при этом в районе уступа палуба должна быть непроницаемой;

- в переборке запрещается делать вырезы, двери и лазы с времен­ными закрытиями ниже палубы переборок;

- стойки переборки устанавливают, как правило, верти­кально на расстоянии 600 мм друг от друга; листы располагают гори­зонтально.

На грузовых судах к форпиковой переборке в большинстве случаев примыкает цепной ящик; одной из стенок которого служит часть форпиковой переборки. В этом случае толщину листа этой стенки увеличивают, учитывая ее усиленный износ и коррозию во время эксплуатации якорного устройства.

Ахтерпиковаяпереборка устанавливается на некотором расстоянии в нос от ахтерштевня. Ее расположение определяется длиной дейдвудной трубы, фланец которой с кормы должен вписываться в обвод корпуса таким образом, чтобы дейдвудная труба (или дейдвудные трубы на двухвинтовых судах) была заключена в водонепроницаемый отсек. По высоте ахтерпиковая переборка доводится только до первой палубы переборок или до платформы, расположенной выше грузовой ватерлинии. Во втором случае палуба на всем протяжении за ахтерпиковой переборкой делается водонепроницаемой. Все прочие попе­речные водонепроницаемые переборки доводятся до палубы переборок.

Главные продольные переборки на танкерах (обычно их бывает две, реже, одна или три) ставят на днищевую обшивку на расстоя­нии друг от друга около 0,6 ши­рины судна. По высоте все глав­ные переборки доводят до па­лубы переборок.

Полотнище поперечных переборок (рис.155) состоит из набора полособульбовых и тавровых балок, угольников и пр. деталей, устанавливаемых во взаимно-перпендикулярных направлениях.На крупных судах набор переборок состоит из балок главного направления и перекрестных связей, называемых шель­фами, если они установлены горизонтально, или рамными стой­ками, если они установлены вертикально.

Примерно такую же конструкцию имеют продольные переборки танкеров (рис.154), которые устанавливают на расстоянии не более 12 м друг от друга, и они служат для уменьшения влияния свободной поверхно­сти жидкого груза на остойчивость судна и предотвращают сильные удары жид­­кости в танках во время качки.

Продольные водонепроницаемые переборки не ставятся на транспортных сухогрузных судах, чтобы не произошло их опрокидывание при несимметричном затоплении отсеков. Если же такие переборки устанавливаются, то они всегда имеют вырезы для перетока части жидкого груза в другую половину трюма.

В практике судостроения установилась следующая норма по количеству поперечных переборок: одна переборка на отсек длиной не более 30 м - на гражданских судах, и длиной 12-15 м - на танкерах. Максимальное расстояние между переборками на судах реч­ного флота - не свыше шесть высот борта, на танкерах внутреннего и смешанного плавания с высотой борта Н£.2,5 м - не более 24 шпа­ций, а при Н ³2,5 м - не более 36 шпаций.

При постановке судна в док на поперечные переборки оказываются значительные усилия случайного характера и их водонепроницаемость должна проверяться после спуска судна на воду.

Согласно "Правилам классификации и постройки судов" переборки, кроме того, классифицируют по второстепенным признакам, вв частности, месту расположения:

- трюмные, твиндечные;

- переборки надстроек и рубок;

- таранные - первая от носа, отделяющая форпик;

- ахтерпиковые - первая от кормы, отделяющая ахтерпик;

- переборки цистерн (балластных, дифферентных, креновых, топливных, для жидких грузов и др), выде­ляемых в корпусе выше двойного дна (такие переборки, идущие по всей ширине судна, например на танкерах, явля­ются и главными переборками);

- отбойные - продольные или попе­речные переборки с вырезами, устанавливаемые для разделения свободной поверхности жидкости и уменьшения ее отрицательного влияния на остойчивость судна, для уменьше­ния силы удара переливающейся при качке жидкости об ограничивающие цистерну конструкции;

- бункерные или переборки диптанков - ограничивающие угольные ямы или цистерны для жидкого топлива;

- туннельные - стен­ки туннеля гребного вала, коридоров для электротрасс, прохода вдоль судна;

- переборки шахт машинных, ко­тельных, сходных, погрузочных, вентиляционных и др.;

- противопожарные переборки на пассажирских судах - для деления судна вы­ше палубы переборок на изолированные вертикальные зоны – противоположные отсеки, на всех судах - для выделения фонарных, малярных помещений, путей эвакуации лю­дей;

- переборки коффердамов - нефте-, газо- и водонепрони­цаемые;

- разделительные переборки: легкие для выделения различных помещений (переборки выгородок);

- трюмные переборки - съем­ные (ишфтингбордсы) или стационарные полупере­борки, расположенные в ДП судна от поперечного ко­мингса люка до поперечной переборки;

- наружные - стенки надстроек и рубок.

По форме переборки разделяются на плоские (подкрепленные набором), гофрированные, цилиндрические и сферические. По способности воспринимать нагруз­ки переборки могут быть прочные и легкие.

Таким образом, на каждом судне морского, смешанного и внутреннего плава­ния имеется строго регламентированное количество поперечных переборок самого разнообразного назначения, которые необходимы, прежде всего, для обеспечения достаточной поперечной прочности судна.

Плоские и гофрированныепереборки. Плоские переборки состоят из полотнищ, сваренных из отдель­ных листов поясами (нижний, средний и верхний пояса). Полотнища под­крепляют вертикальными стойками - ребрами жесткости, постав­ленными на расстоянии 600-900 мм в зависимости от назначения и места установки переборки. В плоскости бортовых стрингеров по переборке ставят усиленную поперечную связь - шельф, а в плос­кости днищевых стрингеров (кильсонов) и карлингсов - усилен ные жесткости - контрофорсы.

Гофрированные переборки (рис.156) изготовляют из стальных листов - полотнищ путем штамповки на мощных прессах. Они подкрепляются набором из вертикальных стоек и гори­зонтальных шель­фов. Вертикальные стойки обеспечивают устойчи­вость переборок при действии сжимающих усилий. Шельфы выполняют роль распорок между бортовыми перекрытиями. Набор переборок увязывают с набором палуб, днища и бортов и объе­диняют в конструктивные узлы с помощью книц.

Гофрированные переборки, одинаковые по массе с плоскими, жестче и прочнее, так как обладают повышенной устойчивостью в направлении гофров. Расположение гофров на поперечных переборках - вертикальное, а на продольных - горизонтальное.

Для изготовления переборок наиболее часто применяются листовой материалы, изогнутый по формам, показанным на рис.157. Наиболее предпочтительна форма листов с трапециевидными (коробчатыми) и волнис­ты­ми гофрами, которые вы­полняют однов­ременно роль обшивки и стоек переборки. Металл в сечении гофрированной переборки распределен симметрично от­носительно нейтральной оси, т. е. более рационально, чем в пло­ской переборке. Поэтому гофри­ро­ванные переборки получаются легче, что дает существенный выигрыш в массе корпуса.

Трюмные переборки. В трюмных переборках допускается устраивать водонепроницаемые двери скользящего типа, имеющие устройства для быстрого закрывания как с палубы переборок, так и непосредственно удвери. В твиндеках иногда устанавливают водонепроницаемые двери на петлях. На пассажир­ских судах полная водонепроницаемость переборок не обеспечивается, так как для удобства эксплуатации в них приходится делать большое количество дверей.

Туннель гребного вала (рис.158) простирается от кормовой переборки машинного отделения до ахтерпиковой переборки, оборудуется на судах со средним рас­положением машинного отделения для защиты валопровода и удобства его обслуживания. Размеры туннеля выбирают, исходя из технологических соображений, связанных с разборкой подшипников и демонтажа отдельных участков промежуточных валов. На одновинтовых судах туннель смещен к борту для образования проход шириной не менее 500 мм с одной стороны валопровода. Высота туннеля не превышает 1,9 м.

Конструктивно туннель представляет собой во­донепроницаемую выгородку, состоящую из обшивки и подкреп­ляющих арочных ребер (рис 158, 6). Конструкция туннеля долж­на выдерживать давление принимаемых в трюм грузов. Вход в туннель из машинного отделения закрывается водонепроницаемой скользящей дверью, чтобы вода, попавшая в туннель при не­исправности дейдвудного сальника, не смогла затопить машин­ного отделения.

Для обслуживания сальника дейдвудной трубы туннель у ахтерпиковой переборки расширяется и образует так называемый рецесс (кормовой) (рис 158, в), (рис.159), представляющий собой более просторную, чем сам туннель, водонепроницаемую выгородку, позво ­ляю­щую более удобно рабо­тать в конце туннеля, у сальника начинающейся здесь дейдвудной трубы. Рецесс состоит из невысокой (немного выше туннеля) поперечной водонепроницаемой переборки, поставленной на несколько шпаций впереди ахтерпиковой переборки, и из водонепроницаемой платформы, идущей от указанной переборки также до ахтерпико­вой переборки. Этой платформе иногда придается сводчатая форма. Из рецесса современных больших судов делается специальный выход на верхнюю палубу, идущий вертикально кверху через устроенную для этой цели шахту. В начале туннеля, у переборки машинного отделения, иногда устраивается рецесс (носовой) со сто­роны машинного отделения для размещения в нем упор­ного подшипника гребного вала, чем достигается сокращение общей длины машинного отделения.

На боль­ших судах выход на верхнюю палубу делается аварийным через специальную шахту со скоб-трапом.

Так как туннель гребного вала загромождает кормовые трюмы и за­трудняет проведение грузовых операций, поэтому свободное место по бокам туннеля занимают балластные цистерны или диптанки, распологаемые под платформой туннеля.

Выгородки и шахты. Водонепроницаемые прочные переборки разделяют судно на отсеки. Выгородки устанавливаются внутри отсеков в междупалубных пространствах, надстройках и рубках для образования служебных поме­щений и кают. К ним не предъявляют жестких требований к удержанию массы прорвавшейся воды. Они не воспринимают и груза вышележащей палубы, поэтому прочность их незначи­тельна.

Водонепроницаемости от выгородок обычно также не тре­буется, за исключением выгородок, образующих умывальные, ванные, душевые помещения, гальюны и пр.

Выгородки должны быть легкими, малогабаритными, относи­тельно жесткими и плотными (рис.160). Для жилых помещений их изготавливают их из стали толщиной 3 – 6 мм или легких алю­миниево-магниевых сплавов, благодаря чему они имеют красивый вид,

Выгородки состоят из полотнища и набора в виде верти­кальных стоек из полособульбового, полосового или углового про­филей; иногда их делают гофрированными. Набор во избежание деформаций приваривают к полотнищу точечным или прерывистым швом (применение точечной приварки набора допускается в кон­струкциях надстроек и рубок не ниже второго яруса, а также в прочих конструкциях, не испытывающих ударных и вибрацион­ных нагрузок).

Чтобы обеспечить проч­ность и непроницаемость выгородок, по их периметру устанавли­вают комингсы высотой 230-250 мм внизу, а высота вверху должна составлять 1,5-1,7 высоты бимса палубы. Стальные выгородки приваривают к комингсу, а алюминиево-магниевые (в местах соединения со стальными кон­струкциями палубы) - приклепывают. При этом во избежание коррозии, а также для обеспечения непроницаемости в соединение между конструкцией из алюминиево-магниевого сплава и стальным ко­мингсом включают прокладку из изолирующего материала, или же применяют спе­циа­льную грун­­товку сопрягае­мых деталей, а заклепочные отверстия непосредственно перед клепкой грунтуют.

Шахтами называют спе­циально выгороженные про­странства, к которым относят коробы, колодцы между двумя или несколькими палу­бами или ярусами надстроек (машинно-котельные шахты, ава­рийные выходы), служащие для прохода людей по вертикальным скоб-трапам и имеющими обычно прямоугольные сечения,. Ступеньки скобтрапа при­вариваются к внутренней стенке шахты. По конструкции стенки шахт практически не отличаются от выгородок.

Шахты ставятся у судов, имеющих несколько палуб, в тех случаях, когда в них имеются расположенные один над другим люки и когда нужно изолировать эти палубы от грузовых люков. Если над котельным или машинным отделением нет надстройки, то их шахты поднимаются над верхней палубой на определенную высоту (для демонтажа механического оборудования), образуя так называемый кожух, на котором сверху ставятся откидные крышки светового или входного люка.

Всякая шахта состоит из стенок, листы которой имеют толщину 5-8 мм и вертикальных стоек, расположенных друг от друга на расстояние не более 900 мм. Листы стенок шахт часто распола­гаются вертикально от комингса одного люка до комингса следую­щего люка. Стенки шахт соединяются между собою под прямым углом или же с небольшим закруглением, соответствующим закруг­лению углов комингсов люков.

Шахты должны быть водонепроницаемыми, это свойство шахты достигается при достаточной ее прочности и жесткости. Поэтому шахты изготовляются из стальных ли­стов достаточной толщины, на палубах по периметру они огораживаются угольниками и часто имеют горловину с водонепроницаемой крышкой на барашках или задрайках.

Полупереборки шахт подобно главным переборкам несут верти­кальную и горизонтальную нагрузку, но в отличие от главных переборок не идут от борта до борта.

Контрольные вопросы

1. В чем разница между понятиями «строение судна» и «устройство судна».

2. Схема общей компоновки и устройства сухогрузного судна.

3. Дать определение понятию "корпус судна", основные элементы корпуса и их роль в его образовании.

4. Дать определение понятию «перекрытие корпуса», из каких перекрытий образуется корпус судна, привести схему одного отсека по мидель-шпангоуту в оксонометрии..

5. Какой элемент в каждом перекрытии выполняет роль основной связи, и какие перекрытия в корпусе судна являются жесткими опорами для бортов, палубы и днища.

6. Какие системы набора корпуса применяются при строительстве судов, их преимущества и равноценность в обеспечении прочности корпуса, какой системе отдается предпочтение при строительстве различных типов судов.

7. Какие элементы набора корпуса относятся к несущим и как они связаны друг с другом в корпусе судна

8. Какие детали набора обеспечивают прочность корпуса судна, какие нагрузки они воспринимают и как они связаны с системой набора.

9. Какие элементы набора корпуса уравновешивают внешнюю нагрузку, действующую на корпуса, и как они связаны друг с другом.

10. Какие усилия возникают в днищевых и палубных перекрытиях и какие системы набора в них используются.

11. Из каких несущих элементов состоит набор корпуса при поперечной системе набора.

12. Из каких несущих элементов состоит набор корпуса при продольной системе набора.

13. Основные конструктивные элементы и детали, из которых формируется корпус судна, их краткая характеристика.

14. Типы шпангоутов, используемые в наборе корпуса, и отличие их друг от друга?

15. Рамный шпангоут и его отличительные особенности, место его установки, как он связан с другими конструктивными элементами и в каких местах. Шпангоутная рама.

16. Виды флоров, место установки, способ связей с другими конструктивными элементами корпуса.

17. Стрингер, назначение, конструкция, типы, места установки в наборе корпуса, выполняемая ими роль, связь с другими элементами корпуса.

18. Отличия днищевого стрингера, вертикального киля и продольной балки в конструктивном исполнении и выполняемых ими функциях.

19. Бимс, назначение, конструкция, типы, место установки, связь с другими элементами корпуса.

20. Карлингс, назначение, место установки, связь с другими элементами корпуса, преимущества по сравнению с простой балкой,. отличие от стрингера.

21. Какую роль в наборе выполняют бракета, кница и пиллерс, места их устанавки.

22. Ширстрек, назначение, место установки, связь с другими элементами корпуса судна и роль, выполняемая в их составе.

23. Устройство одинарного дна в обоих системах набора, детали, использование на судах.

24. Устройство двойного дна в обоих системах набора, детали, использование на судах.

25. Конструкция киля со штевнями с одинарным и двойным дном, типы килей, роль, выполняемая в корпусном наборе.

26. Конструкция днищевого перекрытия в обоих системах набора с одинарным и двойным дном, элементы набора корпуса.

27. Конструкция днищевого набора танкера, основные элементы набора, отличия от набора транспортного судна.

28. Днищевые стрингеры, назначение, количество, места установки, отличия от продольных балок, роль в днищевом наборе.

29. Конструкция бортового перекрытия в обоих системах набора, основные элементы, воспринимаемые нагрузки.

30. Флоры, назначение, типы, конструкция при обоих системах набора с одинарным и двойным дном.

31. Конструктивное устройство палубных перекрытий на сухогрузных и наливных судах при обоих системах набора, главная палуба и платформы,, составные элементы, отличия друг от друга.

32. Элементы набора, обеспечивающие прочность палубного перекрытия в районе грузового люка при обоих системах набора корпуса.

33. Эксплуатационные и конструктивные факторы, влияющие на форму оконечностей судна и архитектурный облик суда?

34. Конструкция ахтерштевня, его функции и основные элементы, обеспечивающие работоспособность винто-рулевого устройства.

35. Разновидности конструкции форштевня, его функции и основные элементы, обеспечивающие собираемость корпуса судна.

36. Особенности конструкция форштевня с бульбовой наделкой, ее роль в эксплуатации судна.

37. Конструкция гельмпортовой и дейдвудной труб, их назначение, отличия друг от друга, основные элементы, обеспечивающие работоспособность винто-рулевого устройства.

38. Разновидности конструкций мортир, ее назначение, место установки и способы монтажа.

39. Типы переборок, используемых на судах, их назначение, форма и место установки, конструктивные отличия?

40. Конструкция выгородок и шахт, назначение, отличия, места установки.