Определение внешних и рабочих размеров плавучих доков

При постановке задач на проектирование определяются размеры плавучих доков, которые предусматривают то или иное направление действий. Плавучий док рассчитывается на докование одного или нескольких судов.

Основные понятия

Различают следующие размеры плавучих доков: габаритные, внешние и рабочие.

К габаритным размерам относятся:

• наибольшая длина, измеряемая между крайней носовой точкой носовой концевой платформы и крайней кормовой точкой кормовой концевой платформы (L_max);
• наибольшая ширина, измеряемая между крайними точками бортовых привальных брусьев (В_max);
• наибольшая высота, измеряемая от основной плоскости до наивысшей точки несъемной детали дока ^[1]1В размер наибольшей, или габаритной высоты не входят подъемные краны, шлюпбалки или другие легкосъемные детали.x (Н_max);
• габаритная высота, измеряемая от ватерлинии дока, полностью снаряженного и подготовленного к буксировке, но без поставленных в док судов, до наивысшей точки несъемной детали дока (H_габ);
• габаритная осадка, равная Т_габ = Н_max — Н_габ и измеряемая от основной плоскости до ватерлинии полностью снаряженного и подготовленного к буксировке дока с учетом дифферента (если таковой имеется или предусматривается при буксировке).

К внешним размерам относятся:

• полная длина дока по стапель-палубе, измеряемая между крайними поперечными кромками носового и кормового понтонов (L);
• полная ширина дока, измеряемая между наружными стенками башен или понтонов (В);
• полная высота дока, измеряемая от основной плоскости до топ-палубы (H);
• предельная осадка (или предельная глубина погружения), измеряемая от основной плоскости дока до предельной ватерлинии (T).

К рабочим размерам относятся:

• часть длины стапель-палубы дока, на которой устанавливаются кильблоки, предназначенные воспринимать вес стоящего в доке судна L_д (зачастую L_д = LI);
• ширина между внутренними кромками конструкций башен дока (или несъемных устройств на внутренних стенках башен) на уровне топ-палубы — ширина дока в свету (В_д);
• предельная для данного дока глубина воды над кильблоками (h_max);
• осадка дока порожнем Т_пор;
• осадка дока с полными запасами и со стоящим в нем расчетным судном Т_р.

Схема обозначений главных размерений дока представлена на рис. 1.

Определение рабочих размеров

Рабочие размеры плавучих доков должны быть достаточными для постановки в него одного или нескольких судов определенной величины в соответствии с техническим заданием на проектирование.

Примем следующие обозначения:

• L_с — наибольшая длина предельного докуемого судна;
• В_с — наибольшая ширина докуемого судна;
• Г_с — наибольшая осадка докуемого судна;
• D_с — водоизмещение или доковый вес судна.

Рабочие размеры проектируемого дока определяют, руководствуясь следующими соображениями.

Рабочая длина дока (прочная часть его стапель-палубы) предназначена воспринимать вес докуемого судна и может быть выражена в долях длины последнего:

где:

• k — некоторый безразмерный коэффициент, меньший единицы.

В целях снижения стоимости постройки плавучего дока коэффициент k рекомендуется принимать возможно меньшим. Однако необходимо иметь в виду следующие обстоятельства: чем больше длина оконечностей расчетного судна, выступающих за пределы кильблоковой дорожки, тем короче док и, следовательно, ниже его построечная стоимость; вместе с тем, длина выступающих за пределы концевых кильблоков оконечностей судна должна быть такой, чтобы величина давлений на концевые кильблоки не была опасна для дока и стоящего в нем судна.

Читайте также: Прочность плавучих доков и общие характеристики внешних сил

Кроме того, при большой длине выступающих оконечностей судна съемка гребных винтов, выем валов, окраска якорных цепей и якорей и т. д. затруднительны. В то же время коэффициент k не должен быть слишком большим (больше единицы), ибо в этом случае основная часть веса стоящего в доке судна придется лишь на среднюю часть длины дока.

Исходя из опыта отечественного проектирования и эксплуатации плавучих доков, авторы пришли к выводу, что для неповрежденных судов величина свеса их оконечностей при постановке в плавучие доки может составлять до 10% на сторону:

Рабочая ширина дока между башнями в свету, т. е. между кромками внутренних привальных брусьев, определяется наибольшей шириной судна или нескольких судов, которые намечено ставить в док соответственно техническому заданию.

Помимо указанного, имеет значение величина зазоров между бортами судна и бортами и кромками привального бруса, определяемая из условий удобного и безопасного ввода судна в док и производства в доке ремонтных работ. Обычно этот зазор, а также зазор между судами, стоящими в доке рядом, принимается равным 1,5—2,0 м.

Обозначая ширину привальных брусьев или галерей (если таковые предполагаются) через b_б, получим ширину дока на уровне этих брусьев или галерей в случае установки одного судна равной:

при установке двух судов рядом равной:

Рабочая глубина погружения стапель-палубы под водой складывается из максимальной осадки устанавливаемого в док судна Т_с, высоты килевой дорожки или клеток h_{к. д} и минимально допустимого зазора ΔТ между днищем вводимого в док судна и верхней кромкой килевой дорожки. Зазор этот составляет 200—300 мм. Нормальная высота килевой дорожки обычно равна 1,2 м. Однако при определении высоты кильблоков h_{к. д} необходимо иметь в виду следующие возможные случаи:

• расчетное судно устанавливают на прямую килевую дорожку, не имеющую подъемов под оконечностями судна; в этом случае высота килевой дорожки равна высоте кильблоков, то есть

• расчетное судно устанавливают на килевую дорожку; но поскольку судно имеет длинные подрезы оконечностей (свыше 5—7 м), то за расчетную высоту килевой дорожки приходится принимать высоту над основной плоскостью самого высокого из концевых кильблоков (рис. 2).

Из изложенного следует, что глубина погружения стапель-палубы дока под водой будет равна:

Определение внешних размеров

Внешняя или полная длина ремонтного дока по понтонам, как правило, совпадает с рабочей длиной дока.

Длина консольных или концевых площадок принимается равной длине свешивающихся частей наибольшего судна, которое предполагают поставить в данный док. Обычно размер площадок составляет около 5% длины дока, но даже на самых крупных доках длина их редко превосходит 10 м.

Внешняя ширина дока определяется из выражения:

где:

• b_б — ширина башни на уровне стапель-палубы.

Следовательно, определение ширины дока сводится к определению ширины башен. Ширина башни определяется исходя из надлежащего запаса остойчивости, достаточного для безопасной работы дока при любых условиях погружения или всплытия (см. “Эксплуатация плавучих доков”Некоторые вопросы по эксплуатации плавучих доков), а также из общего расположения дока.

Предлагается к прочтению: Металлические плавучие доки — общие сведения и классификация

Высота башен, считая от стапель-палубы, может быть определена сложением величины наибольшей глубины погружения стапель-палубы под водой с минимально допустимой для данного дока высотой надводного.борта башни h_{н. б}. Последнюю принимают равной не менее 1,2—1,5 м ^[2]2На малых доках (L<70 м) эта величина составляет до 0,6 м.x.

Следовательно, высота башни будет равна:

Высота понтонов определяется одновременно с шириной дока:

где:

• Н_п — высота понтонов;
• D_д — вес дока со всем снабжением, снаряжением и не поддающейся откачке водой балласта;
• D_с — вес докуемого судна;
• L и В — длина и ширина дока, соответственно;
• δ — коэффициент полноты понтонной части дока;
• h_п — высота надводного борта понтона дока с полными запасами и с поставленным в док предельным по весу судном.

Для лучшего стока дождевой воды стапель-палуба имеет уклон к бортам.

Условимся измерять h_п в середине пролета между ДП и внутренним бортом башни, имея в виду следующее:

1. при определении коэффициента полноты понтонной части дока следует учитывать возможную неодинаковость высоты концевых и средних понтонов и зазоры между отдельными понтонами;
2. высоту слоя балластной воды, не поддающейся откачке, следует принимать равной 20—30 см; при наличии уклона днища высота слоя неоткачиваемой воды измеряется в местах установки приемных патрубков;
3. при проектировании многосекционных доков, не имеющих жестких соединений секций, или в том случае, когда предполагается часть изгибающего момента погасить балластной водой (обычно 0,1 ÷ 0,2 D_с), в расчет нагрузки следует вводить вес этой балластной воды. Для определения в первом приближении количества разгружающего балласта можно пользоваться данными рис. 3;
4. относительно оптимальной высоты надводного борта понтонов дока с поставленным в него судном нет определенного мнения, высказываются различные рекомендации и решения; например, док подъемной силой 2 500 т имеет высоту надводного борта понтонов всего 75 мм. Однако при таком малом надводном борте наблюдалось, что волны от проходящего мимо дока небольшого буксира разливаются тонким слоем по стапель-палубе в глубь дока примерно на 10 м. Это неопасно, но очень неприятно для работающих на стапель-палубе.

Практически установлено, что докмейстеры, экономя топливо, при стоянке дока в закрытой для волн гавани, прекращают откачку при высоте надводного борта 200—300 мм, считая ее вполне приемлемой для доковых работ. Рекомендуется принимать расчетную высоту надводного борта понтона вновь проектируемого дока равной 300 мм.

Величина момента, изгибающего док вместе с поставленным в него судном, будет равна нулю, если эпюра сил поддержания дока будет такой же формы и обладать такими же ординатами, как и эпюра сил веса системы док—судно. Для совпадения упомянутых эпюр можно придавать понтонам разную высоту.

Влияние уменьшения высоты понтонов к оконечностям дока показано на рис. 4 и в табл. 1, где даны такие высоты понтонов, при которых для разных относительных длин судна получаются минимальные значения срезывающих сил и изгибающих моментов.

В таблице и на рисунке разобраны 3 случая:

Заметим, что, в зависимости от условий службы проектируе­мого дока, уменьшение высоты концевых понтонов можно заменить заострением (для уменьшения сопротивления воды буксировке дока) или применить и то и другое конструктивное решение. Необходимо, однако, иметь в виду, что разная высота понтонов приводит к разной длительности их откачки или требует наличия насосов с разной производительностью.

При отсутствии надежной системы определения уровня воды в балластных отсеках и прогибомеров указанное обстоятельство легко может привести к аварии, отсюда следует, что к приданию понтонам неодинаковой высоты следует относиться с большой осторожностью; доки такой конструкции не получили широкого распространения.

Уравнение веса для определения величины D_д в первом приближении составляется так:

где:

• G_{м. к} — вес металлического корпуса (см. “Конструкции доков”Конструкции и проектирование корпусов плавучих доков);
• G_с — веса систем (до 5% от GM_{м. к});
• G_у — веса устройств (до 2,5% от GM_{м. к}); особо следует учитывать краны;
• G_об — веса оборудования (для автономных доков составляют 5—7% от G_{м. к}; в этот вес входят кильблоки);
• G_э — вес энергетической установки (для первого приближения может быть принят от 10 до 15% от G_{м. к});
• G₃ — вес запасов (рассчитываемых из условия срока автономности);
• G_бал — вес балласта (для доков с килеватостью составляет 0,11LB).

Определение главных элементов транспортных доков

Главные элементы транспортных доков несколько отличаются от ремонтных. Так, длина транспортного плавучего дока зависит от следующих факторов:

• L_с — длина перевозимого в доке судна;
• L — предельно допустимая к плаванию по данной трассе длина судна (в нашем случае — дока).

Например, при проводке доков по каналам и водохранилищам их длина не должна превышать 95% длины шлюзов.

Ширина транспортного дока зависит от:

• ширины перевозимого в доке судна;
• принятых зазоров между бортами судна и внутренними конструкциями корпуса дока;
• ширины шлюзов, имеющихся на трассе;
• должной остойчивости системы док—судно как в процессе всплытия и погружения, так и во время перехода по трассе.

По навигационным соображениям ширина дока должна быть возможно меньшей, поэтому зазоры между судном и корпусом дока выбираются минимально допустимыми по условиям безопасного ввода судна в док (в пределах 0,35—0,50 м). Отсюда

где:

• b_б — ширина башни дока.

Ширина башни дока определяется расчетом остойчивости, как и при проектировании ремонтных доков; расчетное давление ветра принимают не ниже 40—50 кг/м.

Рекомендуется к прочтению: Расчет прочности корпуса дока при скручивании

Надлежащую остойчивость транспортного дока в процессе его всплытия или погружения с судном можно обеспечить либо приданием доку достаточной ширины или временным искусственным увеличением момента инерции площади действующей ватерлинии путем пришвартовки к бортам дока на дифференциальных талях барж или понтонов.

Высота башен или бортов (у безбашенных ^[3]3Под “безбашенными” транспортными доками подразумеваются такие, у которых внутридоковое пространство образуется не двухстенными башнями, а односторонним бортом.x) транспортных доков с учетом высоты необходимого надводного борта рассчитывается по формулам:

или:

где:

• Н_б — высота башни башенного транспортного дока;
• Н — высота борта безбашенного транспортного дока;
• h_н.б — надводный борт дока в погруженном состоянии (эту высоту рекомендуется принимать не менее 0,6 м);
• h_л — высота лежней дока, м;
• h_ст — высота лежней над основной линией дока, м;
• ΔТ — зазор между судном, вводимым в док, и верхней плоскостью лежней.

Если порог кормового закрытия находится выше лежней то вместо h_л следует принять высоту порога.

Осадка транспортного дока определяется теми же методами что и для обычного ремонтного дока.