Конструкция поперечных и продольных переборок

Судовые переборки бывают продольными и поперечными. Каждая из которых ограничивает помещение. На этапе проектирования предусматривается количество переборок в отсеках и их роль в целостности и крепости корпусной конструкции всего судна.

Переборки основного корпуса и надстроек судна образуют границы отдельных помещений, которые прежде всего предназначаются для размещения в них и перевозки различных грузов. Род перевозимого груза оказывает решающее влияние на размещение и конструкцию этих переборок, которые являются главными переборками судна. Переборки в дополнение к балкам набора корпуса обеспечивают поперечную и продольную прочность, а также живучесть судна при чрезвычайных аварийных ситуациях.

Особую роль продольные переборки играют на танкерах, обеспечивая вместе с бортами продольную прочность корпуса, как на спокойной воде, так и на волнении. Эти переборки, как и борта, привлекают к собственному изгибу верхние пояски эквивалентного бруса — палубу и днище. Верхние поясья этих переборок при изгибе корпуса подвергаются действию больших растягивающих и сжимающих усилий.

Особую роль на очень больших танкерах играют отбойные поперечные переборки, ограничивающие динамические воздействия жидкостей на поперечные переборки при большой длине отсеков во время качки.

Заслуживают особого внимания используемые на танкерах, газовозах и навалочниках гофрированные переборки, обладающие меньшей массой, чем плоские. Они особенно широко стали использоваться на танкерах и навалочниках уже во время войны и после ее окончания.

Размещение переборок внутри корпуса и их конструкция

На всех транспортных судах и военных кораблях внутренние их объемы разгораживаются многочисленными поперечными и продольными переборками (рис. 1).

Назначение помещений, образованных переборками, а сверху и снизу ограниченных днищем и палубой, самое различное. Это:

• грузовые служебные и жилые помещения;
• кладовые (рис. 2);
• холодильники;
• провизионные хранилища и хранилища боезапаса и т. п.

Особенно большое число различных помещений, ограниченных переборками, имеется на пассажирских, круизных, военных (рис. 3) и промысловых базах.

Во многих случаях переборки, ограничивая длину трюмов (рис. 4), являются важнейшими конструкциями, обеспечивающими непотопляемость судна при боевых повреждениях, посадках на мель или при столкновениях. Конструкции переборок обеспечивают прочность корпуса как в нормальных условиях эксплуатации, так и в условиях повреждений их при чрезвычайных обстоятельствах. В зависимости от назначения переборок они по-разному располагаются внутри основного корпуса и в надстройках.

Переборки, расположенные под нижней палубой, называются трюмными, а между палубами — твиндечными или междупалубными. Все переборки разделяются на внутренние и наружные. К наружным переборкам (стенкам) относятся лобовая или фронтальная, задняя или кормовая и бортовые.

Внутренние делительные переборки внутри основного корпуса и в надстройках обычно имеют легкую проницаемую конструкцию и изготавливаются часто из неметаллических негорючих материалов. Наружные переборки надстроек водопроницаемы, способны воспринимать большие динамические нагрузки в условиях жестоких штормов от ударов волн и вибрации. Они выполняют важную роль по обеспечению прочности судна, так же как водо- и нефтенепроницаемые прочные, продольные и поперечные переборки внутри корпуса как в нормальных условиях эксплуатации, так и при аварийных и боевых повреждениях.

Прочные металлические переборки, которые разделяют внутри корпуса проницаемые или непроницаемые помещения (отсеки), называются главными. К таким переборкам на супертанкерах можно отнести и проницаемые и отбойные переборки (рис. 5), воспринимающие динамические нагрузки перемещающихся внутри грузовых и балластных танков жидкостей. Эти переборки играют и существенную роль в обеспечении поперечной прочности и служат промежуточной опорой для балок продольного набора.

Существенные изменения в конструкции танкеров и сухогрузных судов произошли в связи с широким использованием двойных бортов (рис. 6). Эти борта можно рассматривать как дополнительные продольные переборки. Особенно большую роль вторые борта играют на контейнеровозах, судах ледового плавания и на судах смешанного плавания с ледовыми подкреплениями.

Наличие двойных бортов, как показывает практика, надежно обеспечивает сохранность грузов и непотопляемость судов после получения ледовых пробоин, которые раньше приводили к гибели многих судов.

Примерами может служить гибель п/х «Челюскин» и т/х «Нина Сагайдак».

В то же время многочисленные слабые суда смешанного плавания с двумя бортами после пробоин продолжали плавание в самых тяжелых условиях Восточной Арктики.

Двойные борта могут быть отнесены к главным судовым переборкам, которые создают условия для обеспечения непотопляемости судов с горизонтальным способом ведения грузовых операций с редко расположенными водонепроницаемыми поперечными переборками.

Поперечные переборки и двойные борта выделяют на судне отдельные непроницаемые помещения (отсеки) и при местных повреждениях танкеров ограничивают объемы утечки жидких грузов (см. таблицу ниже) и затопления внутренних помещений, устраняя угрозу гибели аварийного судна. Переборки препятствуют не только распространению забортной воды при авариях, а также ограничивают распространение огня при пожаре.

Переборки корпуса судна делятся на:

• нефтенепроницаемые;
• водонепроницаемые;
• газонепроницаемые и проницаемые.

Водонепроницаемые и нефтенепроницаемые — не только плотные (непроницаемые), но всегда прочные и играют существенную роль в составе основного корпуса, обеспечивая его местную и во многих случаях общую прочность, являясь прочными связями и опорным контуром для палубных, днищевых и бортовых перекрытий, а также для перекрытий переборок другого направления.

Главные непроницаемые переборки разделяются на:

• переборки, подверженные воздействию нагрузок только в аварийных случаях (сухогрузные суда);
• переборки, которые продолжительное время во время эксплуатации судна подвергаются нагрузкам (в грузовых танках танкеров и навалочников, а также в цистернах для топлива и воды).

В переборках первой группы допускается возникновение напряжений более высоких (до предела текучести), и поэтому их масса меньше, чем на танкерах и рудовозах. Дополнительное влияние на массу конструкций оказывает агрессивный характер грузов.

Переход от постройки деревянных судов к металлическим сопровождался введением поперечных переборок; вначале ограждалось только машинное отделение, а в 1854 г. в английских положениях требовалась установка таранной переборки в самом носу. В 1891 г. появились первые правила размещения водонепроницаемых переборок. Это, однако, не предотвратило трагической гибели таких судов, как «Виктория» (1892 г.), «Эльба» (1895 г.), «Титаник» (1912 г.). Причиной явилось неправильное размещение переборок и дефекты в их конструкциях.

Первые капитальные исследования роли переборок в обеспечении непотопляемости кораблей при боевых повреждениях связаны с именем С. О. Макарова. Он, будучи командиром корвета «Витязь», на пути из Кронштадта во Владивосток впервые в истории провел натурные испытания с целью обеспечения непотопляемости с помощью имеющихся на судне переборок, заполняя отсеки водой.

Адмирал Макаров доказал, что в обеспечении непотопляемости судов и кораблей основную роль играет расположение переборок по длине и ширине корпуса, а также их прочность и непроницаемость.

Продолжением работ адм. Макарова были работы известных русских ученых и инженеров Э. Е. Гуляева, А. Н. Крылова, И. Г. Бубнова, Н. Е. Кутейникова, Ю. А. Шиманского и В. Г. Власова.

Расположение переборок по длине и ширине корпуса и расстояния между ними зависят от назначения судна и перевозимого груза. Наибольшее число переборок устанавливается на больших военных кораблях (см. рис. 3) и громадных пассажирских судах. Оба этих типа кораблей должны обладать наибольшей возможностью оставаться на плаву при затоплении нескольких отсеков и обладать способностью использовать перекачку воды из одних отсеков в другие с целью выравнивания крена и дифферента поврежденного судна.

Наибольшие внешние усилия испытывают переборки газовозов, перевозящих сжиженные газы под высоким давлением. Масса переборок составляет значительную часть от всей массы корпуса, и особенно на танкерах с двойными корпусами. Масса одинаковых по местоположению переборок для танкеров заметно больше, чем для сухогрузных судов, по причине действия на них динамических нагрузок от переливающейся балластной воды и жидких грузов при сильной качке. Более интенсивная коррозия конструкций на танкерах, химовозах и газовозах заставляет увеличивать толщину связей набора и листов. К этому ведет и действие ледовых нагрузок (рис. 7). Правила Регистра требуют иметь на судах как можно более эффективное деление на отсеки с учетом характера предполагаемой эксплуатации судна. Оно должно изменяться в зависимости от района плавания судна, его размеров и числа людей на борту.

На всех судах должны обязательно устанавливаться следующие поперечные переборки:

1. форпиковая, или таранная (первая от форштевня), на расстоянии не менее 5 % длины судна (рис. 8);
2. ахтерпиковая (первая от ахтерштевня), образующая кормовой отсек, включающий в себя всю длину дейдвудной трубы (рис. 9);
3. две переборки, отгораживающие машинное отделение при расположении его в середине длины судна.

Кроме перечисленных переборок на судах длиной более 80 м устанавливаются дополнительные переборки.

В настоящее время большая часть сухогрузных судов океанского плавания имеют поперечные переборки, установленные так, чтобы при затоплении одного любого отсека судно оставалось на плаву, т. е. было непотопляемо. На пассажирских судах требуется обеспечивать непотопляемость при затоплении любых двух отсеков.

На нефтеналивных судах число поперечных переборок устанавливается в зависимости от числа сортов груза, которое предполагается перевозить на проектируемом танкере.

В результате наличия большого числа переборок непотопляемость наливных судов обеспечивается лучше, чем на сухогрузных, однако при назначении расстояния между поперечными переборками необходимо обеспечить достаточную прочность и непроницаемость переборок при перемещении жидкости в продольном направлении, сопровождающемся динамическими воздействиями. Расстояние между непроницаемыми поперечными переборками на современных супертанкерах значительно увеличено.

Для уменьшения силы ударов жидкости при качке устанавливаются поперечные отбойные переборки. Это переборки с большими вырезами в листах различной формы. При установке таких переборок в промежутке между двумя соседними непроницаемыми поперечными переборками возможность перемещения жидких грузов в продольном направлении значительно уменьшается; уменьшается и величина ударных нагрузок на переборки.

На танкерах с двумя продольными переборками в бортовых танках, которые в длину больше центральных танков (иногда в два раза), также устанавливаются отбойные переборки. В некоторых случаях эти переборки выполняются на навалочниках в виде двойных непроницаемых очень прочных переборок, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (рис. 10).

Отбойные переборки в грузовых танках танкеров

Появление в эксплуатации очень больших судов потребовало изучения особенностей поведения их конструкций и усовершенствования последних с учетом изменения действующих усилий при плавании в штормовых условиях. Особенно изменились условия работы продольных и поперечных переборок на танкерах из-за увеличения размеров грузовых танков. Это вызвало увеличение динамических воздействий переливающейся жидкости на поперечные водонепроницаемые переборки.

В течение многих лет до начала строительства супертанкеров и мамонттанкеров расстояние между поперечными переборками принималось 9 м и очень редко увеличивалось до 12 м (только на танкерах дедвейтом 30 000) (рис. 11). При увеличении размеров танкеров длина танков увеличилась до 15—45 м. В промежутке между соседними непроницаемыми переборками устанавливали проницаемые отбойные поперечные переборки (см. рис. 5).

Назначение этих переборок заключается в уменьшении динамических воздействий переливающейся жидкости на главные непроницаемые переборки. Конструкция отбойных переборок состояла из листов 10—12 мм, подкрепленных балками набора, с вырезами различной формы (рис. 12). Такое устройство отбойных переборок уменьшает влияние переливающихся жидкостей.

Прочность же перекрытий снижается в результате неполного участия в работе листов переборок с балками набора. Уменьшается надежность опирания бортов, палубы и днища. В отбойных переборках используются вырезы в листах разной формы.

Однако считается, что влияние формы на жесткость листов отбойной переборки не оказывает существенного влияния. Она главным образом зависит от величины отношения вырезов к общей площади переборки.

На рис. 12 даны примеры отбойных переборок для разных танкеров, имеющих разные классы (NK — Ниппон Кайджио Киокай, АВ — Американского Бюро) и типы вырезов отбойных переборок, величины относительных размеров вырезов в средних и бортовых танках, массы отбойных переборок и массы непроницаемых переборок в тоннах на квадратный метр их площади и отношение массы отбойных переборок к массе непроницаемых. Из рис. 12 можно установить, что масса отбойных переборок значительно меньше массы непроницаемых.

На нефтерудовозах в длинных нефтяных бортовых танках также часто устанавливаются отбойные переборки, горизонтальные связи которых противостоят горизонтальным сжимающим усилиям. Для этого делают распорки, как на танкерах (см. рис. 11).

Конструктивные особенности плоских переборок и требования к их прочности

На многих судах последних лет постройки, несмотря на широкое распространение гофрированных переборок, продолжается использование плоских переборок в качестве как продольных, так и поперечных непроницаемых переборок. Плоские перекрытия состоят из листов, подкрепленных набором. Самые сложные по конструкции переборки, испытывающие максимальные эксплуатационные или аварийные нагрузки, обеспечивают надежную эксплуатацию и сохранность судна в аварийных случаях.

Главные продольные и поперечные непроницаемые переборки должны служить надежным опорным контуром друг для друга, а также для перекрытий палуб и днища, уравновешивая передаваемые нагрузки в своей плоскости без остаточных деформаций. Для сухогрузных судов за максимальные расчетные нагрузки принимается давление воды при аварийном затоплении отсеков. В то же время переборки диптанков, балластных отсеков (форпика и ахтерпика), цистерн для хранения топлива и масла, как и грузовые танки танкеров, испытывают динамические нагрузки от переливающихся воды и жидких грузов при качке. При постановке судов в доки переборки используются для восприятия усилий со стороны доковых опор. С этой целью иногда на них устанавливают мощные доковые вертикальные стойки.

Вертикальные стойки плоских переборок, палуб и днища устанавливаются в одной вертикальной плоскости с их набором и соединяются между собой кницами, образуя продольные рамки (рис. 13).

На продольных переборках вертикальные поперечные рамки образуются из стоек продольных переборок

• бимсов;
• флоров;
• шпангоутов.

На рис. 14 показано пересечение продольной и поперечной переборок, имеющих вертикальные стойки, подкрепленные горизонтальными рамами.

Горизонтальные балки поперечных переборок

В японском судостроении было принято поперечные переборки подкреплять вертикальными стойками, однако часто использовались и горизонтальные стойки. При такой системе горизонтальные балки устанавливались не на одном уровне с продольными балками продольных переборок и бортов, не соединяясь между собой. Горизонтальные балки поддерживались вертикальными рамными стойками, а по концам срезались по дуге на ус у продольных переборок. Такая система использовалась в начале эры резкого увеличения размеров танкеров до 40—50 тыс. т. Проблемой оказалась коррозия в районе срезов концов (рис. 15).

Поперечная переборка противостояла давлению столба жидкости, и нижняя ее часть проектировалась прочнее верхней. В случае горизонтальных балок они поддерживались вертикальными рамными стойками, которые должны были воспринимать изгибающие моменты в горизонтальных балках в точках их опоры.

Нижние горизонтальные балки имели увеличенные размеры, а листы переборок утолщались. При горизонтальном расположении поясьев листы по толщине менялись в зависимости от высоты их расположения от днища.

Минимальные толщины листов продольных переборок

Основное назначение продольных переборок на танкерах, так же как и поперечных, — воспринимать давление жидкостей в грузовых танках. На больших танкерах неоднократно наблюдались деформации в конструкциях под действием динамического давления жидкостей.

Продольные переборки являются важными связями, обеспечивающими общую продольную прочность, воспринимая большие напряжения от растяжения и сжатия в верхних и нижних частях по высоте эквивалентного бруса. Деформации могут вызываться сжимающими напряжениями, поэтому верхние и нижние поясья листов переборок должны обладать повышенной устойчивостью.

В то же время в районах, прилежащих к нейтральной оси поперечного сечения корпуса, наибольшую величину имеют перерезывающие силы, и толщины листов берутся минимальными. Это часто является причиной возникновения остаточных деформаций, которые вызываются перерезывающими силами, а не изгибающими моментами.

Конструктивные типы плоских поперечных переборок определяются прежде всего соотношением их размеров, а для продольных и вторых бортов еще и той ролью, которую они могут играть в обеспечении прочности при общем продольном изгибе в вертикальной плоскости. Как правило, для поперечных переборок, подвергающихся гидростатическому давлению жидкости, при отношении ширины к высоте больше двух целесообразно в перекрытии иметь только одни вертикальные стойки.

Если же это отношение становится близким к единице, то на переборке выгодно иметь дополнительно перекрестные связи, пересекающие балки главного направления.

Большими конструктивными особенностями обладают переборки судов ледового плавания, которые должны воспринимать сосредоточенные ледовые нагрузки. Для этого листы переборок в оконечностях дополнительно подкрепляются, в том числе и переборки в двойных бортах, где делаются выгородки для обмывающих устройств (рис. 16). Своеобразное расположение переборок рудовозов-танкеров можно видеть на рис. 17.

Даже при частичном разрушении и водотечности конструкций вода не должна поступать внутрь корпуса. Этому должно препятствовать наличие дополнительных внутренних переборок и двойных бортов.

Очень важно, чтобы транспортные суда ледового плавания при ледовых пробоинах могли избежать подмочки грузов в трюмах. Получение пробоин при отсутствии двойных бортов часто вызывает затопление грузовых трюмов больших объемов сухогрузных судов, что неоднократно приводило к их гибели. Обычно гибель судов во льдах происходит при сильных сжатиях. Однако никто не помнит случая, чтобы современное судно было раздавлено льдами.

Процесс же гибели судов во льдах в результате полученных пробоин сопровождается поступлением забортной воды в трюмы, увеличением осадки судна и его дифферента. Это чаще всего происходит в условиях сильного сжатия или в результате ударов об острые выступы кромок канала, по которому судно движется самостоятельно или проводится ледоколом. Корпус судна получает одну или несколько пробоин, через которые вода устремляется внутрь судна.

Заводка пластыря для прекращения поступления воды в трюмы — во льдах мероприятие совершенно невозможное. Вывести для этого аварийное судно на чистую воду не всегда возможно. Откачка воды из затопленных трюмов средствами самого судна или средствами других судов при больших пробоинах невозможна, поэтому поврежденное судно погибает.

Повреждение же судов с двойными бортами — ледоколов, «СА-15», танкеров типа «Самотлор», судов река—море при получении пробоин ограничивалось затоплением части бортовых отсеков. В грузовые трюмы вода не попадала, и аварийное судно продолжало движение к базовому порту для ремонта. Поэтому, учитывая многолетний опыт эксплуатации ледоколов и Корпусные конструкции транспортных судов ледового плаваниятранспортных судов ледового плавания в Арктике и в замерзающих морях, на всех судах необходимо иметь двойные борта и различные бортовые отсеки, ограниченные продольными и поперечными переборками.

Проверка прочности плоских переборок на действие гидродинамических нагрузок включает в себя расчет листов обшивки переборок и балок набора. Обшивка переборок рассматривается как пластина, жестко заделанная по ее контуру. Расчет ведется по предельному состоянию с использованием коэффициентов запаса, рекомендуемых Нормами.

Считается, что нагрузка по поверхности пластины распределена равномерно. Поперечное давление на водонепроницаемые аварийные переборки определяют как соответствующее гидростатическому напору, измеряемому от нижней кромки рассматриваемого пояска обшивки до палубы переборок. Давление для переборок грузовых и балластных танков танкеров, отсеков водяного балласта и внутренних цистерн определяют как статическое давление до верха воздушной трубки. Переборки, которые подвергаются постоянному действию знакопеременных нагрузок, проверяются дополнительно на действие гидродинамических нагрузок при качке.

Перекрытия переборок рассчитываются на нагрузку по треугольнику (для аварийных переборок) и по трапеции для вертикальных стоек переборок танкеров и судов, перевозящих сухие навалочные грузы.

Толщина листов переборок и размеры стоек зависят от расстояния между стойками. Эти расстояния выбираются по технологическим и эксплуатационным соображениям и должны быть не меньше 500 мм.

Стойки переборок, располагающиеся в трюмах и в твиндеках сухогрузных судов в одной вертикальной плоскости (рис. 18), могут рассчитываться как по отдельным участкам, так и как неразрезные балки. При этом присоединенный поясок листов обшивки для стоек берется равным расстоянию между стойками, принимая толщину на уровне середины пролета стойки.

Поперечные переборки играют существенную роль в обеспечении прочности корпуса контейнеровозов на кручение. Большие вырезы, располагающиеся по всей длине верхней палубы на контейнеровозах, так же как и на навалочниках, требуют создания достаточной прочности корпуса на кручение. Для этого используются двойные поперечные переборки, являющиеся продолжением поперечных комингсов люков (рис. 19). Одна плоская переборка водонепроницаемая, а вторая — с большими вырезами с целью уменьшения ее массы.

Создается сложная объемная конструкция, имеющая назначение увеличивать прочность на кручение. В средней части длины устанавливается несколько двойных переборок. Их вид напоминает отбойные переборки танкеров, однако они имеют совершенно другое назначение. На очень больших контейнеровозах с широкими люками двойные переборки служат опорой для крышек, закрывающих люки.

На этих крышках на палубе располагается несколько ярусов контейнеров. Двойные переборки соединяются между собой горизонтальными шельфами и вертикальными рамными стойками (см. рис. 19). Такие же шельфы и рамные стойки имеются на плоских поперечных переборках танкеров (рис. 20), устанавливаемых на разных расстояниях по высоте (рис. 21). Такие же шельфы устанавливаются и на плоских продольных переборках (рис. 22).

Увеличение размеров танкеров и контейнеровозов потребовало нового подхода к проектированию грузовых трюмов и танков и повлияло на изменение их конструктивных типов. На контейнеровозах с большими палубными вырезами почти на всю ширину судна кроме необходимости обеспечить прочность на кручение потребовалось надежное опирание и закрепление закрытий громадных люковых крышек. Это, как уже отмечалась, вызвало установку под межлюковыми перемычками двойных поперечных переборок (см. рис. 19). Кроме этого, при сдвоенных и строенных люках появилась необходимость в установке проницаемых продольных переборок (рис. 23).

Увеличение размеров танкеров потребовало на самых крупных из них устанавливать три продольные переборки. Новое требование безопасности перевозки жидких грузов привело к усложнению конструкции танкеров за счет установки второго дна и вторых бортов. На многих танкерах-рудовозах также устанавливаются продольные переборки (см. рис. 17). Таким образом, внутри основного корпуса имеется несколько рядов продольных переборок, которые в кормовой и носовой оконечностях должны иметь плавное окончание.

Обычно при трех продольных переборках танкеров в грузовых танках в машинном отделении в корме продолжают­ся только крайние переборки. Перерезывающие силы, воспринимаемые центральной продольной переборкой, передаются на борта и остающиеся две продольные переборки на участке машинного отделения через поперечную переборку, расположенную в конце грузовых отсеков.

С целью изучения перерезывающих сил в Японии были выполнены расчеты МКЭ для моделей оконечности для танкера дедвейтом 600 тыс. т при наличии трех продольных переборок, две из которых продолжались в машинном отсеке. Были разработаны конструкции с целью избежать опасных деформаций в конструкциях машинного отсека и с целью эффективного использования для этих целей продольных переборок, продолженных в этом отсеке.

При широком форпике в его ДП устанавливается отбойная переборка с целью предотвратить интенсивное переливание балластной воды при качке.

Две продольные переборки грузовых танков продолжаются в машинном отделении как переборки топливных цистерн судна.

Продольные переборки нефтерудовозов ограничивают средние трюмы для тяжелой руды и переходят в продольные непрерывные комингсы, которые могут являться важной продольной связью при общем изгибе корпуса (рис. 24). Подобная конструкция имеется и на современных больших контейнеровозах, вторые борта которых переходят в непрерывные продольные комингсы.

Особое внимание необходимо уделять своеобразным деформациям корпуса судна и его участка в районе расположения главных механизмов в условиях полной загрузки судна (рис. 25). Это связано с самостоятельным изгибом машинного отделения по вершине и на подошве волны. Во избежание опасных деформаций в конструкциях машинного отделения и в фундаментах механизмов необходимо обращать особое внимание на расположение переборок в кормовой оконечности.

Эти деформации могут вызвать нарушение надежной работы:

• механизмов;
• валопровода;
• дейдвудных устройств.

Правильное конструирование переборок, как главных, так и вспомогательных, обеспечивает уменьшение массы всего судна, т. к. масса переборок составляет значительную часть от массы всего металлического корпуса. Большое значение приобретает правильное размещение балок набора и выбор наиболее рациональной системы для разных перекрытий переборок, выполняющих самые различные функции, в том числе и функции конструкций, воспринимающих сосредоточенные усилия, передаваемые от кильблоков при постановке в док и при постройке судна на стапеле.

На рис. 26 представлена схема нагрузки поперечной переборки усилиями, действующими со стороны кильблока, установленного в плоскости переборки. Для восприятия таких сосредоточенных усилий в ДП переборок устанавливают мощные доковые стойки. Особенно большие усилия в своей плоскости переборки должны безопасно воспринимать от палубного груза на контейнеровозах и лесовозах.

Проектирование систем набора разных палубных перекрытий должно осуществляться в соответствии с расположением набора перекрытий, на которые проектируемое перекрытие опирается. Это важно с точки зрения наиболее выгодного закрепления стоек и шельфов. Шельфы поперечных переборок к бортам и продольным переборкам крепятся мощными кницами.

Установлено, что в переборках используются три случая закрепления концов стоек.

1. При поперечной системе набора днища и палубы концы стоек соединяются кницами с листами палубного настила и листами второго дна. Кницы доходят до первого бимса и флора от переборки. При этом нижние концы стоек с кницами у жесткого двойного дна находятся в условиях жесткой заделки, в то время как верхние концы у палубы имеют упругую (податливую) заделку с коэффициентом опорной пары 0,5.
2. При концах стоек, срезанных на ус, или если они привариваются к листам без книц, их считают свободно опертыми (рис. 27).
3. При продольных системах набора днища и палуб стойки переборок желательно располагать в одной вертикальной плоскости с балками продольного набора этих перекрытий (см. рис. 21), образуя продольную рамку. При этом концы стоек получаются податливыми (упругая заделка).

Конструкция переборок танкеров обладает большей сложностью, чем у сухогрузных судов. Стойки переборок опираются на горизонтальные шельфы (рис. 28; см. также рис. 14), которые являются перекрестными связями перекрытия.

Расположение и толщина листов переборок

Любая плоская переборка корпуса судна изготавливается из листов, подкрепляемых балками набора. Выбор толщины листов и их расположение играют большую роль при создании конструкций с минимальной массой при высокой технологичности и ремонтопригодности, а также при доступности осмотра и окраски.

Листы переборок могут располагаться как горизонтально, так и вертикально, целесообразность расположения зависит от принимаемой системы набора, подкрепляющего листы.

Горизонтальное расположение листов используется при постройке большей части судов и дает возможность изменять толщины листов в зависимости от изменения действующих на переборку усилий и величин износа и коррозии. Большая часть переборок работает или испытывается на воздействие гидростатического давления воды. Наибольшие напряжения возникают в самой нижней части переборок.

Коррозия также самая большая в нижней части переборок, а для танкеров — в верхней их части. Однако при наиболее распространенном вертикальном расположении стоек в случае горизонтального расположения листов возникают многочисленные пересечения сварных швов, выполнение которых требует дополнительных технологических операций, предотвращающих возникновение опасного местного напряженного состояния.

В случае установки вертикальных стоек и вертикального расположения листов переборок имеет место параллельное расположение швов, упрощающее контроль деформаций и их величину. Это упрощает изготовление и уменьшает затраты на исправление сварочных деформаций. Однако при вертикальном расположении балок набора и листов толщина листов по всей высоте имеет одну величину, как это требуется для самых напряженных районов, что вызывает некоторое увеличение массы готовых переборок. Запасы на коррозию также приходится назначать по всей высоте переборки одинаковыми.

В некоторых случаях при вертикальном расположении стоек целесообразно использовать смешанное расположение поясьев листов. Горизонтальными делаются самые нижние листы, а для танкеров также и самые верхние. Все другие промежуточные листы устанавливаются вертикально.

Выбор расположения набора переборок

Как следует из вышеизложенного, подкрепление листов плоских переборок осуществляется основными балками набора, расположенными вертикально или горизонтально. В некоторых случаях эти балки пересекаются рамными стойками или шельфами. На многопалубных сухогрузных судах роль шельфов при вертикальных стойках выполняют палубы, расположенные на небольших расстояниях друг от друга (см. рис. 18).

Для танкеров шельфы служат дополнительными промежуточными опорами для вертикальных стоек, разбивая длинные стойки на отдельные участки. В обоих случаях расчет стоек может проводиться для отдельных коротких участков или целых стоек как неразрезных балок. Особое внимание необходимо уделять креплению балок продольного набора, бортовых, палубных и днищевых перекрытий, опирающихся на поперечные переборки. Недостатки конструкций в этих районах в свое время служили причиной серьезных повреждений первых целиком сварных танкеров типа Т-2.

Как правило, вертикальные стойки поперечных переборок многопалубных судов разрезаются на палубах и крепятся кницами к их набору или пропускаются через отверстия в листах палуб. Эти отверстия заделываются непроницаемыми заглушками и также устанавливают кницы (см. рис. 18).

Для удобства проведения грузовых операций набор переборок форпика и ахтерпика, а также машинного отделения целесообразно располагать внутри этих отсеков, а не в трюмах.

Как правило, набор переборок устанавливается только с одной стороны листов, однако при необходимости воспринимать сосредоточенные усилия, например при постановке в док, доковые стойки целесообразно устанавливать с двух сторон, создавая конструкцию, которая работает как пиллерс на сжатие.

Сосредоточенные усилия в месте их приложения у кильблоков вызывают большие местные напряжения, которые по мере удаления от приложения сосредоточенного усилия быстро уменьшаются. Учитывая это обстоятельство, поперечные сечения доковых стоек по высоте уменьшают. В результате доковые стойки по высоте обладают переменной жесткостью.

Некоторые дополнительные требования предъявляются к поперечным переборкам судов ледового плавания и особенно ледоколов. Они всегда должны быть плоскими, способными воспринимать сосредоточенные нагрузки и распределять их на соседние конструкции. Все главные переборки должны иметь горизонтальный набор и на участке между наружным и вторым бортом иметь распорки.

Набор форпиковой и ахтерпиковой переборок целесообразно устанавливать перпендикулярно к плоскости обводов. Такое расположение части балок набора с наклоном, т. е. с меняющимися углами наклона, усложняет технологию изготовления переборок. При вертикальных стойках переборок в последней шпации у борта иногда на небольшом расстоянии друг от друга устанавливают короткие горизонтальные ребра жесткости.

Гофрированные переборки

Гофрированные переборки (рис. 29) позволяют уменьшить массу по сравнению с массой плоских переборок, и поэтому они получили широкое распространение в судостроении и особенно при постройке танкеров и танкеров-рудовозов. Изготовление гофрированных переборок требует затрат на 10—15 % меньше, чем плоских. На изготовление гофрированных конструкций требуется меньше сварки, и она в меньшей степени вызывает остаточные деформации и внутренние напряжения. Последнее обстоятельство дает возможность получить более надежные конструкции при действии динамических нагрузок. В некоторых случаях даже переломившиеся танкеры сохраняли прочность переборок в условиях воздействия прямых ударов волн во время ураганов.

Масса гофрированных переборок на 20 % меньше, чем аналогичных плоских. Кроме этого, поверхность, требующая очистки и окраски, у гофрированных конструкций меньше, что позволяет уменьшить эксплуатационные расходы на очистку и мойку танков, и особенно на танкерах и промысловых плавучих базах.

В практике судостроения для изготовления переборок используются два вида профилей гофров:

• коробчатый;
• волнистый (рис. 30 и 31).

Мировая практика использования гофрированных конструкций предпочитает использовать коробчатые гофры, которые проще в изготовлении, но их смоченная поверхность немного больше, чем у волнистых.

Коробчатый гофр представляет собой сочетание горизонтальных и наклонных участков листов. Он изготавливается из листов одной толщины.

При проектировании переборок с горизонтальными гофрами важнейшим является то обстоятельство, что гофрированные конструкции обладают очень незначительной жесткостью волнистой поверхности и поэтому не могут выполнять роль жестких поясков балок. В ранние времена использования гофрированных переборок не учитывали возможности появления трещин в углах изгибов гофров. Эти трещины в жестких точках представляют опасность. Учитывая это обстоятельство, на самых больших танкерах устанавливались только плоские переборки.

С целью ликвидации упомянутого недостатка устанавливались поперечные рамные стойки не с одной стороны, а с обеих сторон гофрированного полотна. В этом случае подкрепление горизонтально расположенных гофров с двух сторон переборки предотвращало возникновение трещин в узлах гофров. Экономические соображения, наконец, заставили использовать гофрированные переборки даже на навалочниках дедвейтом 200 тыс. т. На судах этого типа используется как вертикальное, так и горизонтальное расположение гофров (рис. 32).

Подробное рассмотрение конструкций переборок свидетельствует о том, что наибольшее их использование имеет место на нефтеналивных судах, флот которых составляет почти 50 % мирового транспортного флота. В целях экономии массы корпуса вопросу расположения и конструкции переборок танкеров уделяется в новых исследованиях особое внимание. За последние годы эти исследования позволили добиться больших успехов.

Это связано с общим уменьшением числа переборок, увеличением расстояния между поперечными переборками с одновременным использованием проницаемых поперечных переборок и широким использованием гофрированных конструкций. Особенно впечатляющие изменения в конструировании произошли в результате увеличения размеров танков в период перехода от постройки очень крупных танкеров (ULCC) к постройке ультракрупных танкеров (ULCC), произошедшего с начала 50-х до 80-х гг.

Начиная с 1950 г. вместо стандартных танкеров дедвейтом 18 тыс. т или супертанкеров в 28 тыс. т появились более крупные танкеры. Так, в 1950 г. появился первый мамонттанкер «Аполло» в 100 тыс. т (рис. 33) с центральными танками длиной 12 м и бортовыми — 24 м. При конструировании в основном применялась ранее используемая технология. Затем в 60-х гг. произошли решительные изменения. Стали проектировать большие танкеры с большими шпациями и большей длиной грузовых танков.

До того как длину танков стало возможным увеличить, было проведено много исследований, связанных с перемещением жидких грузов в грузовых танках, что позволило установить целесообразность установки отбойных переборок. Оказалось возможным увеличить грузовые нефтяные танки до 50 м по длине. Одновременно увеличить расстояние между поперечными рамами до 6 м вместо 3 м. На рис. 33 показаны несколько случаев характерного размещения переборок на самых больших из построенных танкеров, в том числе и для перспективного в 1 млн т. На рис. 33, внизу, показано расположение переборок на двухкорпусном танкере. Принципы проектирования танкеров этого типа рассмотрены в статье Конструктивные типы транспортных судов и особенности проектирования их конструкций«Проектирование конструкций транспортных судов».

Одновременно с размещением переборок очень больших танкеров был решен вопрос о возможности снижения прочности в условиях общего изгиба в связи с тем, что для судов такой длины в море не могут встречаться такие большие волны, которые принимаются за расчетные. Кроме этого, было принято решение прекратить использование дублирующих листов на заклепках по палубе и днищу.

Упомянутые здесь коррективы позволили заметно уменьшить массу танкеров. Это подтверждается успешной эксплуатацией судов.

Очень важный опыт конструирования танкеров получен в результате изменения расположения переборок, и в том числе установки отбойных, в связи с чем исчезли повреждения в виде отрыва поперечных рам от деформируемой наружной обшивки на танкерах с большими, длинными и широкими танками. Наблюдались остаточные деформации и трещины в рамном наборе. Это было вызвано увеличением нагрузок в два раза при увеличении длины танков в 60-е гг. и концентрации напряжений в отверстиях для прохода продольного набора. В рамном наборе обнаруживалась недостаточная жесткость и требовалось увеличивать толщины листов набора, что своевременно не было сделано.

В 1973 г. «Международные положения по предотвращению загрязнения моря судами» регламентировали размеры танков, которые дополнялись еще и конструктивными ограничениями для танкеров. Предотвращение загрязнения в соответствии с положениями дает самый существенный эффект в течение всего времени после окончания Второй мировой войны.

Поперечные переборки выполняются с вертикальным или горизонтальным расположением гофров. При горизонтальном расположении гофров имеется возможность изменять постепенно толщины переборок по их высоте. Такое расположение улучшает условия для восприятия сосредоточенных усилий со стороны бортов при швартовке на волнении и при действии ледовых нагрузок. Однако расположение гофров горизонтально создает некоторые трудности выполнения пересекающихся конструкций у бортов.

Вертикальное расположение гофров способствует лучшему восприятию вертикальных нагрузок, однако для их опирания на днище используются трапецеидальные опоры (рис. 34), а у верхней палубы коробчатые опоры (рис. 35, 36).

Наклонные листы трапецеидальных опор (рис. 37) устанавливаются поочередно с разных сторон переборки в виде коротких наклонных бракет. Точки их пересечения требуют к себе особого внимания при приварке. Наклонно устанавливаемые бракеты обеспечивают стекание и ссыпание грузов при разгрузке и восприятие опорных моментов, однако точки их пересечения вызывают повышенную концентрацию напряжений.

Расчеты прочности и устойчивости гофрированных переборок производятся так же, как для тонкостенных конструкций, имеющих различную жесткость вдоль и поперек гофров. В инженерной практике используются упрощенные приемы расчетов. В последнее время для расчетов используется МКЭ, дающий хорошие результаты.

В практике судостроения при постройке танкеров широко использовались волнистые гофры (рис. 38), которые, как и коробчатые, дают возможность уменьшить массу конструкций, и особенно длину сварных швов, по сравнению с коробчатыми гофрами.

Роль поперечных переборок и кольцевых рам в обеспечении поперечной прочности

Изменение формы поперечных сечений корпусов судов и поперечных переборок и кольцевых рам (флор, бимс, шпангоуты), связанное с заострением корпуса в оконечностях, требует по-разному обеспечивать поперечную прочность танкера, учитывая форму и конструируя набор.

Внешние усилия, действующие на корпус, меняются с изменением поперечных его сечений, вызывая перераспределение нагрузок в отдельных грузовых танках по длине судна, а также и в его оконечностях (в форпике и ахтерпике). На рис. 39 представлены поперечные кольцевые рамы для двух разных по дедвейту танкеров, расположенные по середине длины судна и вблизи носовой и кормовой оконечностей.

Подобное же изменение формы сечений наблюдается и у поперечных переборок. Рациональное расположение балок набора в переборках и в каждой отдельной связи рам дает возможность уменьшить расход материала на изготовление конструкций. Дополнительные трудности возникают при обеспечении поперечной прочности танкеров-навалочников, танкеров-рудовозов и рудовозов из-за изменения действующих усилий при плавании в полном грузу и в балласте (рис. 40).

Газовозы имеют широкие и очень длинные трюмы в средней части длины судна, ограничиваемые по бортам балластными танками. С целью ускорения грузовых операций поперечные переборки в трюмах не устанавливаются, а люки имеют большую площадь. Поэтому отсутствие поперечных переборок, являющихся важными связями, обеспечивающими поперечную прочность, требует принятия специальных мер по обеспечению поперечной прочности рассматриваемого типа судов.

Поперечные кольцевые конструкции в бортовых танках по условиям работы похожи на работу раскосов в бортовых танках танкеров (см. рис. 11).

Поперечные кольцевые рамы с раскосами на рудовозах и на танкерах увеличивают их поперечную прочность. Это очень важно, так как часто приходится загружать грузом или балластом только отдельные отсеки при пустых соседних.

В зависимости от конструкции кольцевых рам по их высоте устанавливаются параллельно друг другу один, два и даже три раскоса. На рис. 41, б дается сечение громадного танкера 480 тыс. т дедвейта, имеющего три продольные переборки, в бортовых танках которого установлены два раскоса. Иногда кроме горизонтальных раскосов используются наклонные, получившие название к-образных (см. 41, а).

На некоторых танкерах раскосы устанавливались не только в бортовых танках, но и в центральных. На рис. 42 изображено два сечения разных танкеров, на одном из которых раскосы установлены в центральных грузовых танках, а на другом только в бортовых.