Конструктивное устройство оконечностей корпуса судна

К оконечностям относят крайние части корпуса, расположенные на расстоянии 10‒ 25 % длины судна от штевней, с резким изменением размеров и формы поперечных сечений. Они заканчиваются мощны­ми балками — форштевнем в носу и ахтерштевнем в корме. Границами оконечностей являются форпиковая и ахтерпиковая переборки.

Характерным для оконечностей является незначительное участие в общем изгибе корпуса и восприятие больших местных нагрузок. При плавании в штормовых и ледовых условиях на оконечности, особенно на носовую, действуют большие гидродинамические и ударные нагрузки от волн и льда, не поддающиеся точному учёту. Кроме того, носовая око­нечность испытывает случайные нагрузки от фунта при посадке на мель, от причальных стенок при швартовках и навалах на пирсы и т. п.

Сложная геометрическая форма оконечностей диктуется усло­виями ходкости, мореходности и особенностями конструктивного устройства и размещения в них ГВ, рулевого и якорного устройств. Геометрическая форма оконечностей судна конструктивно должна обеспечивать плавное сопряжение с цилиндрической частью судна и прочное крепление продольных балок судового набора к штевням.

Формирование и конструктивное исполнение оконечностей морских транспортных судов производится по Правилам класси­фикации и постройки морских стальных судов Российского реги­стра. Это вызвано тем, что оконечности судна представляют собой сложные конструктивные образования. В них размещают различ­ные цистерны и помещения, устанавливают оборудование и судовые устройства.

Конструкция носовой оконечности судна (рис. 138) ограничи­вается форштевнем и поперечной форпиковой (таранной) перебор­кой. Внутри этого объёма размещается цепной ящик, выполняющий роль опоры для якорных механизмов (брашпиля или шпиля).

Рис. 138. Конструкция в носовой оконечности судна с ледовыми подкреплениями

на класс «Л»:

1 - бортовой стрингер; 2 - форпиковая переборка; 3 - настил диптанка; 4 - вер­тикальный киль; 5 - платформа; 6 - форштевень; 7 - верхняя палуба; 8 - палу­ба бака; 9 - стенка цепного ящика; 10 - отбойная переборка в ДП; 11 - основной шпангоут; 12 - промежуточный шпангоут;

13 - бимсы; 14 - промежуточный ряд бимсов между бортовыми стрингерами (холостые бимсы); 15 ~ кница

В форпике на расстоянии 0, 25 L от форштевня делают усилен­ный днищевой и бортовой наборы за счёт постановки более толстых флор на каждом шпангоуте, уменьшения расстояния между флора­ми до 0, 6 м на морских судах и 0, 5 м на судах внутреннего плавания и установки дополнительных рядов холостых бимсов (без настила) на расстоянии не более 2 м друг от друга через шпангоут. По каждому ряду бимсов устанавливают бортовые стрингеры, которые с помощью книц скрепляют со шпангоутами. Иногда на бимсы укладывают сталь­ной настил и верхнюю часть форпика используют для хозяйственных нужд (провизионные камеры, баталёрки, малярные кладовки).

Вертикальный киль разрезают и вваривают между листами флоров в виде бракет.

В трюме и нижнем твиндеке в корму от форииковой перебор­ки на расстоянии 0, 15 L от форштевня шпангоуты устанавливаются реже (как и в средней части судна), но усиление бортового набора производится за счёт постановки более толстых рамных шпангоутов вместо обычных. Бортовые стрингеры при этом не меняются и оста­ются такими же, как и в форпике, т. е. с высотой стенки, равной вы­соте шпангоутов.

Форштевень (гол. voorsteven: от voor — передний, Steven — штевень, стояк) — это брусковая балка полуовальной формы (рис. 139), установленная по контуру носового заострения судна, соединяющая обшивку и набор правого и левого бортов. Благодаря своему центральному положению в ДП форштевень как бы стягивает конструкцию носовой части корпуса воедино, придавая дополнительную жёсткость приварным листам наружной обшивки. В нижней части форштевень соединяется с килем. По форме попереч­ных сечений форштевни могут быть обтекаемые и необтекаемые.

Рис. 139. Конструкция форштевня: брускового кованого:

1 - брештук; 2 - отверстия для стока воды из брештука; 3 - паз для соединения форштевня

с наружной обшивкой

Технология изготовления форштевней претерпела значительные изменения: сначала, на заре развития судостроения, брус был деревянный, затем кованый железный, а потом литой. Это были трудоёмкие процессы, требовавшие организации специфического производства, несвойственного судостроению. С заменой клёпаного судостроения на сварное форштевень стали изготавливать из листового металла методом сварки (рис. 140, 141, а-в).

Этот метод изготовления форштевней и был рекомендован Правилами Российского регистра как основной для транспортных судов. В целях повышения жёсткости и устойчивости сварной фор­штевень подкрепляется горизонтальными бракетами — брештуками (англ. breasthook: от breast — грудь, hook — крюк, скоба, гак) — фи­гурными пластинами, расположенными между отогнутыми сторона­ми форштевня, к которым уже крепятся бортовые стрингеры и листы бортовых и палубных настилов и платформ.

Рис. 140. Конструкция форштевня:

1 - обшивка днища; 2 - вертикальный киль; 3 - брештук; 4 - нижняя палуба; 5 - кованый брус; 6 - бортовое продольное ребро жёсткости; 7 - верхняя палуба; 8 - палуба полубака

Рис. 141. Разновидности конструкции форштевня:

а - лито-сварной; б, в - сварной:

1 - литой (стальной) брус; 2 - КС; 3 - бракета; 4 - брештук

Форштевни, изготовленные из листовой стали, лучше амортизи­руют ударную нагрузку, благодаря чему носовая часть судна в момент удара сминается без больших повреждений. При этом толщину гнутых листов, расположенных ниже грузовой ватерлинии, берут на 20 % боль­ше, чем у листов бортовой обшивки в средней части судна.

В целях повышения мореходности и предохранения подводной части КС от повреждения при ударе форштевням придаётся опреде­лённый наклон к вертикали. Кроме этого, у ледоколов и судов ледового плавания форштевень имеет прямоугольный выступ для резки льда толщиной до 0, 5 м. Но часто этот конструктивный приём не срабаты­вает, особенно в тех случаях, когда толщина льда превышает расчёт­ную. В этом случае для преодоления недопустимой преграды исполь­зуется яйцевидная форма корпуса ледокола, благодаря которой ледо­кол наползает на лёд и продавливает его всей массой корпуса.

Рис. 142. Самостоятельная конструкция бульба,

присоединяемая к носовой оконечности судна:

1 - форштевень; 2 - продольная переборка бульба; 3 - обшивка бульба; 4 - стрингер бульба;

5 - вертикальная диафрагма; 6 - распорка; 7 - шпангоут бульба; 8 - разделительная переборка цепного ящика; 9 - переборка форпика; 10 - главная палуба; 11 - бимс

Листовые сварные форштевни применяются также и в кон­струкции с бульбом (англ. bulb, лат. bulbus — луковица, выпуклость) (рис. 142), представляющим собой каплевидное или полусфериче­ское утолщение форштевня в его нижней части, выступающее впере­ди как продолжение киля. Бульб обшивается листами, подкреплён­ными изнутри шпангоутами, вертикальными и горизонтальными диафрагмами, может выполняться в виде самостоятельной конструк­ции, привариваемой к носовой оконечности.

Целесообразность применения бульба (изобретённого русским инженером) объясняется снижением сопротивления движению судна, в основном за счёт уменьшения волнообразования при среднем и полном ходах. С точки зрения гидродинамики бульб принимает на себя основной напор набегающего потока в подводной части корпуса, который, увеличивая толщину пограничного слоя этого потока по всей подводной площади судна, тем самым также снижает общее сопротивление воды.

Для усиления прочности форштевня прилегающие к нему листы наружной обшивки берут большей толщины. Вварные поперечные рёбра, подкрепляющие листы форштевня, ставят через каждый метр ниже грузовой ватерлинии и через 1, 5 м выше её.

Для ледоколов форштевни изготавливают из особо прочных ста­лей, подкрепляя их специальными шпунтами, предохраняющими сварку и кромки листа обшивки от усиленного истирания льдами.

Конструкция кормовой оконечности (рис. 143) характеризуется тем, что на ней заканчивается вертикальный киль, бортовая и частич­но днищевая обшивка и набор корпуса.

Рис. 143. Кормовая оконечность с дейдвудом, старнпостом и опорами для пера руля

и ледовым зубом:

1 - ахтерштевень; 2 - яблоко ахтерштевня; 3 - старнпост; 4 - гельмпортовая труба; 5 - ледовый зуб; 6 - транец; 7 - бимс; 8 - ахтерпиковая переборка; 9 - дейдвудная труба; 10 - киль;

11 - башмак; 12 - пятка

Форма кормовой оконечности определяется обводами кор­пуса в корме и сильно изменяется в зависимости от типа, назна­чения судна и числа винтов. В любом случае кормовая оконеч­ность — это сложное в техническом и технологическом отноше­нии конструктивное образование, которое играет важнейшую роль в обеспечении безопасности судна и мореплавания. В ней размещаются такие важнейшие элементы судна, как ВРК и дейдвудное устройство.

Считается, что кормовая оконечность начинается от ахтерпиковой переборки и заканчивается ахтерштевнем и кормовым подзором, который сильно развит у яхтенной и крейсерской кормы и менее — у транцевой.

Корма судна испытывает значительные динамические и вибра­ционные нагрузки со стороны рулевого устройства и гребных вин­тов. Её конструкция во многом зависит от количества гребных валов и рулей, а также от архитектурного облика кормы. Типичная кон­струкция кормы состоит из утолщённых листов обшивки, высоких сплошных флоров, доходящих до платформы или нижней палубы, а также развитых продольных связей.

Усиление кормовой оконечности производится за счёт подкре­пления набора в ахтерпике и кормовом подзоре. IIo конструкции на­бор в ахтерпике мало чем отличается от описанной выше конструк­ции для форпика. Флоры в ахтерпике на одновинтовых судах обыч­но поднимаются выше дейдвудной трубы, над которой ставятся по­перечные связные балки.

Кормовой подзор обычно имеет поперечную систему набора с флором и стрингером на каждом шпангоуте. Размеры шпангоутов в нём такие же, как и в ахтерпике. Для усиления набора иногда уста­навливают рамные шпангоуты.

Ахтерштевень (голл. Achtersteven: achter — задний, Steven — штевень, стояк) — основной элемент кормовой конструкции судна, его нижняя часть, выполненная в виде массивной фигурной отливки сложной формы, которая соединяется с килевой частью корпуса, бортовой и днищевой обшивкой в единую конструкцию. Ахтерштевень служит опорой гребного вала и руля и вместе с кормовым подзором защищает их от ударов и поломок. Ахтерштевень судов ледового плавания, имеющих крейсерскую корму с острыми образованиями, имеет льдоотвод (см. рис. 143), расположенный в корму от руля, для защиты руля и винта от поломки.

Конфигурация ахтерштевня зависит от типа руля, количества гребных валов и габаритов винта. На рис. 144 показаны две принципиально разные конструкции ахтерштевня, которые используются для различных типов рулей: для балансирного руля (рис. 144, а) и полубалансирного (рис. 144, б). Масса литых ахтерштевней крупных судов достигает 60‒ 180 т, поэтому их изготавливают, сваривая несколько частей в единую конструкцию. На судах с полубалансирным рулём рудерпост представляет собой кронштейн, не связанный внизу со старнпостом. Такая конструкция образует корму открытого типа, в ней нет окна ахтерштевня и ГВ работает в незамкнутом пространстве.

На судах с балансирным рулём ахтерштевень вообще не имеет рудерпоста. Ужесточение конструкции ахтерштевня в этом случае идёт за счёт утолщения его нижней части — подошвы, работающей как консоль, и установки съёмного рудерпоста для навешивания руля, который крепится на нём на двух опорах — в пятке и в нижнем подшипнике баллера, установленном внутри КС.

Рис. 144. Типы ахтерштевней:

а - V -образный, руль балансирный; б - бульбовый, руль полубалансирный — открытый

На одновинтовых судах с обыкновенный рулём ахтерштевень выполняется в виде кованой или отлитой балки из двух вертикальных ветвей: передней — старнпоста и задней — рудерпоста. В верхней части они соединяются аркой, а в нижней — подошвой, образуя, таким образом, окно ахтерштевня (рис. 145). Размер окна зависит от диаметра винта. По ширине оно несколько больше диаметра (на 0, 5 D) по соображениям технологической необходимости снятия винта и выемки вала для ремонта.

Рис. 145. Литой сборный ахтерштевень Рис. 146. Ахтерштевень одновинтового судна

одновинтового судна с вставным рудер с балансирным рулём:

постом: 1 - старнпост; 2 - яблоко; 3 - баллер руля;

1 - старнпост; 2 - яблоко; 3 - подошва; 4 - фланцевое соединение пера руля с баллером;

4 - пятка; 5 - рудерпост; 6 - петли руля; 5 - рудерпост; 6- протекторы; 7- перо руля;

7 - окно; 8 – арка 8 - пятка; 9 – башмак

Подошва ахтерштевня скрепляет старнпост и рудерпост в единую монолитную конструкцию, что особенно хорошо видно на рис. 146. Длина подошвы несколько превышает ширину окна и простирается в направлении вертикального киля для образования с ним прочного сварного соединения.

Рис. 147. Литой ахтерштевень без рудерпоста:

1 - старнпост; 2 - яблоко ахтерштевня; 3 - подошва; 4 - пятка

В средней части старнпоста располо-жено яблоко ахтерштевня — отверстие, через которое проходит гребной вал. В верхней части ахтер­штевня расположена гелъмпортовая труба — для прохода баллера руля.

Конструкция литого ахтерштевня (рис. 147) используется на су­дах с полубалан-сирным рулём, при котором рудерпост не использу­ется. Такая конструкция обычно усиливается поперечными рёбрами жёсткости, которые соединяются с элементами поперечного набора кормы судна, не нарушая при этом установленных расстояний меж­ду ними (не более 0, 75 м).

Однако вследствие большой стоимости и сложности отливки ахтерштевни чаще всего изготавливают из стальных гнутых листов ме­тодом сварки в цехах корпусостроительного производства (а не в ли­тейных цехах). При этом толщина листов берётся в два раза больше, чем толщина днищевой наружной обшивки в средней части судна, а поперечные рёбра жёсткости принимаются такими же, как и у ли­тых штевней.

Рудерпост вместе с навешенным на него пером руля испытывает ударно-колебательную нагрузку от динамического потока, отбрасы­ваемого винтом, и статическую нагрузку — от веса пера руля, которое крепится к рудерпосту на петлях. Пятка ахтерштевня, расположен­ная в нижней части окна (см. рис. 145), представляет собой шарнир­ную опору для поддержки руля.

Старнпост несёт на себе статическую нагрузку от веса гребно­го вала и насаженного на него винта, а также динамическую нагруз­ку от упора и крутящего момента ГВ. В нём смонтирован кормовой подшипник дейдвудной трубы, образующей специальное дейдвудное устройство, которое обеспечивает водонепроницаемость корпу­са в местах выхода гребного вала в МО (рис. 148).

Это устройство состоит из стальной дейдвудной трубы, которая крепится гайкой (или сваркой) к яблоку ахтерштевня и болтами — к ахтерпиковой переборке. В запрессованных в трубу с носа и кормы бронзовых втулках набраны сегментные пластины дейдвудных подшипников, изготовленные из стойкой резины, капролона или бакаута. Смазка и охлаждение вала осуществляются забортной или пресной водой под давлением. Прокачка охлаждающей воды через трубу производится через водораспределительное кольцо, установленное впереди носовой втулки. Уплотнение носового конца гребного вала производится сальниковым устройством, смонтированным на переборке ахтерпика. Система охлаждения снабжена паровым подогревом для зимних усло­вий эксплуатации судна.

Рис. 148. Конструкция дейдвудной трубы:

1 - дейдвудная труба; 2 - дейдвудная втулка; 3 - подшипник дейдвудного вала; 4 - стопорное кольцо; 5 - гайка; 6 - фланец; 7 - сальниковая втулка; 8 - вкладыш; 9 -сальниковая набивка;

10 - водораспределительное кольцо; 11 - трубки водяного охлаждения; 12 - дейдвудный вал; 13 - облицовка дейдвудного вала; 14 - яблоко старнпоста; 15 - ахтерпиковая переборка

Рис. 149. Устройство мортир двухвальной установки:

1 - мортира; 2 - кронштейн

Наряду с подшипниками, работающими на водяной смазке, зна­чительное распространение получают конструкции баббитовых дейдвудных подшипников, работающих на масляной смазке, удо­влетворяющие требованиям Международной конвенции от загряз­нения моря с судов.

Рис. 150. Боковой вид мортиры двухвального судна:

1 - мортира; 2 - диафрагма для крепления мортиры

Рис. 151. Узел выхода гребного вала из корпуса:

1 - дейдвудная труба; 2, 5 - бакаутовый вкладыш; 3 - гребной вал; 4 - бронзовая втулка;

6 - гайка крепления ГВ; 7 - обтекатель; 8 - кронштейн; 9 - мортира; 10 - сальник;

11 - приварыш; 12 - ахтерпиковая переборка; 13 - нажимная втулка; 14 - флор

Кормовой конец бортового гребного вала на судах с двумя и бо­лее ГВ (рис. 149‒ 151) опирается на специальные опоры — кронштей­ны, состоящие из втулки с подшипником и двух лап обтекаемой фор­мы, установленных наклонно к КС под углом 70‒ 100° (рис. 152). При этом осевые линии лап пересекаются на оси ГВ, чтобы умень­шить пульсации давления потока воды, отбрасываемой винтом.

Лапы крепятся к внутреннему набору корпуса (переборкам, фло­рам) и наружной обшивке с утолщённым листом сваркой или клей­кой, при этом площадь сварного шва или диаметр заклёпки долж­ны составлять не.менее 25 % площади поперечного сечения гребно­го вала.

Рис. 152. Различные формы мортир двухвинтового судна:

1 - кронштейн; 2 - подшипник вала; 3 – выкружки

Гребные валы на двухвинтовых судах выходят из КС через спе­циальные подкрепления — мортиры (см. рис. 149-151), служащие опорой для крепления дейдвудной трубы и обеспечивающие непро­ницаемость в месте выхода гребного вала из корпуса. Мортира пред­ставляет собой литую или сварную трубу с фланцами, с помощью которых она крепится к наружной обшивке. Внутри корпуса судна мортира крепится к ахтерпиковой переборке или другим прочным связям (флорам, стрингерам), что позволяет распределить нагрузку от упора винта и давления на дейдвудные подшипники на большее число шпангоутов.

В месте выхода валов из КС кормовым обводам обычно прида­ют форму выкружек (плавных кривых) с целью уменьшить влияние корпуса судна на работу винта и снизить сопротивление движению судна. Различные формы мортир показаны на рис. 152.

Таким образом, ахтерштевень обычного типа на двухвинтовых судах заменяют эквивалентной корпусной конструкцией усиленно­го продольного и поперечного набора, которая фактически являет­ся кормовой частью днища и опорой для кронштейнов ГВ и рулей. Ввиду больших статических и динамических нагрузок, действующих на такой ахтерштевень и кормовую часть, в районе кронштейнов кор­пусный набор дополнительно подкрепляется рёбрами (диафрагма­ми) жёсткости.