Особенности конструктивного устройства днищевых перекрытий

Нижняя часть КС по конструкции является самой сложной по срав­нению с другими его частями. Даже в разных частях судна эта конструк­ция воспринимает различные нагрузки, действующие на корпус как со стороны груза в трюмах и отсеках, так и со стороны внешних сил, по­этому отдельные её участки отличаются друг от друга. Кроме того, конструкция днищевого перекрытия зависит от наличия или отсутствия двойного дна.

В эквивалентном брусе (см. рис. 99) днище является нижним по­яском балки-корпуса. Поэтому оно наравне со скуловым поясом при­нимает участие в обеспечении общей прочности корпуса, зависящей от давления воды и противодавления масс самого корпуса и груза, расположенного в трюмах и на палубе.

Днищевые перекрытия подразделяются на стандартные и не­стандартные в зависимости от конструктивных особенностей и дей­ствующих нагрузок.

Стандартные перекрытия лучше воспринимают равномерно распределённую нагрузку, их структура ближе к клетчатой, она сим­метрична относительно продольной и поперечной осей. В этом отно­шении стандартные перекрытия ближе к комбинированной системе набора, состоящей из флоров, вертикального киля и днищевых стрин­геров, на которые опираются листы наружной обшивки. Однако в це­лях увеличения устойчивости тонких листов днища и отмеченных ба­лок набора в конструкцию днищевого перекрытия добавляется боль­шее количество продольных балок, которые имеют одинаковую конструкцию и концами опираются на бортовые перекрытия, создавая опорный контур днищевого перекрытия.

Нестандартные перекрытия лучше воспринимают неравно­мерную нагрузку, характеризуемую сосредоточенными усилиями, вызванными нарушением симметрии набора вследствие размеще­ния на днище различных фундаментов под механизмы и переборок. В этом случае система набора днища ближе к обычной продольной, которая является основной для всех транспортных судов.

Для судов малого размера в днищевых перекрытиях используется поперечная система с часто поставленными флорами, вертикальным ки­лем и одним или двумя днищевыми стрингерами. С учётом износа (кор­розии) корпуса толщина обшивки днища таких судов принимается не­сколько большей по сравнению с толщинами других перекрытий.

Следует отдельно остановиться на днищевом наборе танкера, так как он имеет некоторые особенности. Во-первых, в днищевых и палуб­ных перекрытиях танкеров преимущество отдаётся продольной систе­ме набора, основными элементами которой являются вертикальный киль, днищевые стрингеры, продольные рёбра жёсткости. Во-вторых, в конструкции днищевого перекрытия обязательным является нали­чие второго дна, которое образовано вертикальным (иногда туннель­ным) килем, продольными рёбрами жёсткости, роль которых выпол­няют продольные переборки и идущие между ними стрингеры, а так­же рамные флоры, размещённые друг от друга на расстоянии не более 3, 2 м. Продольные рёбра по днищу располагают на расстоянии не более 0, 9 м друг от друга. Их изготавливают сварными из полос в виде таврового профиля с высотой стенки до 0, 5‒ 0, 6 м.

Для создания жёсткой конструкции днищевого перекрытия у продольных танкерных переборок рамные флоры переходят в рам­ные стойки, а у бортов — в рамные шпангоуты. В связях флора с про­дольными балками через каждые 3‒ 4 шпации делается свободный поясок для компенсации их взаимных перемещений при больших из­гибах корпуса танкера на волне.

Рис. 120. Расчётные схемы конструкций днищевого перекрытия при поперечной (а)

и продольной (б) системах набора

Для понимания физики процесса, происходящего в днищевом перекрытии при плавании судна на волне, важно знать, как работают его поперечные и продольные балки. Балки главного направления — флоры, опирающиеся на бортовые шпангоуты, из-за малой жёстко­сти последних считаются свободно лежащими (опёртыми) на бор­тах (рис. 120, а). Перекрестные балки — вертикальный киль и днищевые стрингеры — изгибаются относительно поперечных переборок, считающихся жёстко заделанными. Поэтому при расчёте прочности днища на участке меду поперечными переборками стрингеры и киль также считаются жёсткими опорами (рис. 120, б).

Эффективность работы продольных перекрестных связей у днище­вых перекрытий зависит от соотношения между их жёсткостями и жёсткостями балок главного направления. Так как флоры самостоятельно не работают и свободно опёрты на бортах, они не могут воспринять всей внешней нагрузки, которая действует на днищевое перекрытие со сто­роны воды. Поэтому вертикальный киль и стрингеры оказываются весь­ма эффективными перекрёстными связями, они поддерживают флоры и существенно облегчают их работу на сухогрузных судах с длиной трю­ма, равной 0, 8‒ 1, 4 ширины корпуса (между поперечными переборками) при реально встречающихся значениях сечений балок.

В зависимости от типа, водоизмещения судна и перевозимого груза днищевое перекрытие конструктивно может быть выполнено в виде одинарного и двойного дна.

Одинарное дно, или «днище с открытым дном» (см. рис. 94, 121, а, б), в настоящее время используют преимущественно на судах небольшой длины или на малых судах, имеющих значительную кривизну — килеватость в нижней части корпуса. Оно может применяться и на больших судах, но только в оконечностях, где из-за килеватости корпуса плоские днищевые перекрытия постепенно переходят в наклонные к бортам по причине технологических трудностей их изготовления. Такая конструкция удобна в целях сбора стоков воды в двух местах судна — в форпике и ахтерпике, где обычно устраивались сточные колодцы. Поэтому малую килеватость долго сохраняли в днищевой конструкции без достаточных на то мореходных оснований. Может быть, поэтому ещё совсем недавно большая часть транспортного флота (особенно наливных судов) строилась без второго дна и имела простую конструкцию, показанную на рис. 121, которая зависела в основ­ном от системы набора и размеров судна.

Рис. 121. Одинарное дно на малых судах:

а - судно с поперечной системой набора; б - судно с продольной системой набора:

1 - наружная обшивка; 2 - флор; 3 - стрингерный угольник; 4 - полка кильсона; 5 - средний килевой лист; 6 - брусковый киль; 7 - шпангоут; 8 - деревянный настил; 9 - вертикальный киль; 10 - боковой кильсон; 11 - скуловая кница

В зависимости от системы набора одинарное дно конструк­тивно устроено одинаково с кон­струкцией бортового набора: на­пример, при продольной системе набора (см. рис. 120, б) главными являются продольные балки — вертикальный киль и кильсоны (стрингеры), которые вместе с по­перечными флорами, установ­ленными на расстоянии 1, 5‒ 2, 5 м друг от друга, образуют клетчатую структуру набора.

На крупнотоннажных судах вместо слабых кильсонов ставят мощные днищевые стрингеры, вы­полняющие роль усиленных про­дольных связей. Днищевые стрин­геры (кильсоны) в одинарном дне разрезаются только в местах пересечения с поперечными пере­борками.

Вертикальный киль в оди­нарном дне выполняет роль основной продольной балки, ко­торую запрещено ослаблять лю­быми вырезами. В местах пере­сечения с вертикальным килем и с продольными водонепрони­цаемыми переборками разрезаются только флоры.

При наличии на судне двух продольных переборок в ДП вертикальный киль имеет значи­тельную высоту с верхним пояском. Для его устойчивости в каждой шпации между рамными фло­рами ставят кницы с отогнутым фланцем или приварным пояском, которые доходят до ближайшего продольного ребра.

На танкерах грузоподъёмно­стью 40‒ 50 тыс. т и больше, где высо­та вертикального киля и рамных флор доходит до 2 м, в их стенках делают специальные вырезы; они облегчают конструкцию и откры­вают доступ во все отсеки двойного дна.

Продольные днищевые балки, как несущие, не разрезаются, а пропускаются через отверстия во флорах. На танкерах роль несущих элементов выполняют не днищевые стрингеры, а продольные переборки, препятствующие перемещению жидкого груза с одного борта на другой.

Двойное (второе) дно используется для обеспечения непото­пляемости судна при пробоинах в наружной обшивке днища и при­меняется на судах длиной более 61 м; при меньшей длине оно нецеле­сообразно ввиду малой высоты междудонного пространства (менее 0, 75 м) и недоступности его для ремонта и очистки. Протяжённость дна определяется внутренними объёмами судна, где размещаются грузы, т. е. расстоянием от форпиковой до ахтерпиковой переборки, иногда оно простирается только до носовой переборки МО.

Конструктивное устройство двойного дна днищевого перекры­тия (рис. 122, 123) практически мало отличается от устройства одинарного дна, в нём используются те же элементы днищевого по­лотнища — флоры, стрингеры и вертикальный киль; однако с вну­тренней стороны судна эти элементы набора накрываются вторым после днища водонепроницаемым настилом, который обладает сво­им набором. Таким образом, конструкция днища при наличии двой­ного дна несколько усложняется, но зато является самой прочной в КС. Листы настила второго дна имеют ту же толщину, что и листы наружной обшивки.

К бортовой обшивке конструкция второго дна может примы­кать либо горизонтально, либо с изломом (см. рис. 123) — это зави­сит от наличия льяла и килеватости судна. При плоском днище (от­сутствии килеватости) примыкание высокого второго дна к бортово­му перекрытию происходит под прямым углом (см. рис. 122, б), что способствует непотопляемости судна, так как позволяет перекрыть большую часть скулы, в районе которой наиболее вероятны пробоины и повреждения корпуса.

Рис. 122. Двойное дно:

а - со сплошными и бракетными флорами; б - с днищевыми стрингерами:

1 - крайний междудонный лист (льяло); 2 - обшивка днища; 3 - сплошной флор;

4 – днищевый стрингер;? - вертикальный киль; 6 - шпангоут; 7- скуловая кница; 8 - настил двойного дна; 9 - водонепроницаемый флор; 10 - бракета

Рис. 123. Конструкция двойного дна:

1 - вертикальный киль; 2 - горизонтальный киль; 3 - продольная балка; 4 - об­шивка днища;

5 - днищевой стрингер; 6 - настил внутреннего дна; 7 - флор; 8 - междудонный наклонный лист; 9 - скуловой киль

В конструкции, показанной на рис. 122, а, настил второго дна не доходит до борта и заканчивается наклонным листом — скуловым стрингером, образующим жёлоб в районе скулы, который предназначен для сбора стоков отпотевших трюмных вод. Этот жёлоб при­нято называть льялом. В льялах удобно размещать, не загромождая трюмов, скуловые кницы и трубы осушительной системы. Такая кон­струкция применяется на большинстве морских судов.

Узлы примыкания настила второго дна к бортовому перекрытию в районе скулы показаны на рис. 124. В конструкции узла, приведённой на рис. 124, б, льяло образовано наклонным листом 4 и скулой бортового полотнища.

На судах внутреннего и смешанного плавания листы двойного дна ввиду их малой толщины притыкаются прямо к бортовой обшив­ке без образования льял (см. рис. 122, а, рис. 124, а, в).

Клетчатая структура второго дна вместе с водонепроницаемым настилом образуют междудонное пространство, которое используется в качестве небольших цистерн и отсеков для хранения жидкого топлива, пресной, мытьевой и котельной воды, для приёма балластной морской воды. На современных судах объём этого пространства составляет 5‒ 15% от водоизмещения, а высота от 0, 65 до 2 м (на рудовозах до 4, 0 м).

Рис. 124. Узлы примыкания настила второго дна к бортовому перекрытию

в районе скулы(а в):

1 - флор; 2 - настил второго дна; 3, 5 - скуловая кница; 4, 7 - крайний междудонный лист;

6 - скуловой пояс обшивки

Доступ в двойное дно для очистки цистерн возможен через водонепроницаемые закрывающиеся горловины, расположенные в настиле в противоположных концах каждого отдельного сухого отсека.

С устройством днищевого набора и двойного дна тесным образом связана конструкция киля (рис. 125, а-ж), который имеет несколько разновидностей. Среди них наиболее применяемая — сочетание внутреннего вертикального и наружного горизонтального килей (см. рис. 125, а). Вертикальный киль представляет собой сварную листовую конструкцию с полкой в виде тавровой балки, а горизонтальный — в виде утолщённого листа днищевой обшивки. Оба киля идут от форштевня до ахтерштевня и вместе образуют своеобразную двутавровую жёсткую балку.

На малых, преимущественно деревянных, судах, использует­ся брусковый киль в виде продольного бруса (см. рис. 125, б) прямо­угольного сечения, выступающего за днищевую обшивку для защи­ты её при посадке судна на мель. У стальных судов брусковый киль часто устанавливается вместе с вертикальным, повышая жёсткость днища, особенно при постановке судна на кильблоки в доке, обе­спечивая при этом лучшее распределение сосредоточенных усилий на большее количество флоров.

Рис. 125. Конструктивные типы килей:

а - в одинарном дне сухогрузного судна; б - брусковый; в - туннельный киль; г - коробчатый; д - в одинарном дне налив­ного судна; е - слойчатый; ж - вертикальный киль в двойном дне: 1 - горизон­тальный киль; 2 - вертикальный киль; 3 - настил второго дна; 4 - флор;

5 - днищевые продольные балки; 6 - килевой пояс днищевой балки; 7 - бруско­вый киль;

8 - коробчатый киль; 9 - свободный поясок вертикального киля

На современных сухогрузных судах в нос от МО устанавлива­ют туннельный (см. рис. 125, в) или коробчатый (см. рис. 125, г) кили, используемые для прокладки трубопроводов судовых систем.

Туннельный киль состоит из двух вертикальных листов, распо­ложенных симметрично ДП на расстоянии не более 1, 5‒ 1, 8 м друг от друга. На судах с одинарным дном такой киль имеет вид состав­ной тавровой балки, высота которой определяется прочностью дни­ща. Туннельный киль в аварийных ситуациях может использоваться в качестве запасного выхода через водонепроницаемые шахты МО, выведенные на уровень палубы.

Непрерывный вертикальный киль может быть сварен из кусков длиной по 30 м каждый, высотой не менее 0, 6 м, в исключительных слу­чаях он может подкрепляться дополнительными рёбрами жёсткости.