1.3 Перевозимый груз, его характеристики и влияние на архитектуру судна
Особенности внешнего вида судна и схема его общего расположения определяются специальными помещениями – их размером, составом и оборудованием. На транспортных судах специальными помещениями являются помещения, предназначенные для груза и пассажиров. Естественно поэтому начинать разработку расположения судна с размещения специальных, т. е. грузовых помещений, учитывая характер груза.
Уже при разработке технического задания на проектирования будущего судна исходят, прежде всего, из того, какой именно груз оно будет перевозить, и в дальнейшем, при выполнении технического задания процесс определения основных элементов проектируемого судна оказывается связанным в той или иной степени со свойствами будущих грузов.
Из сказанного следует, что для технически грамотного проектирования морских транспортных судов необходимо иметь четкое представление обо всем многообразии грузов, перевозимых на судах, требования к их размещению и хранению в грузовых помещениях судов и способах переработки этих грузов, т. е. способах их приема на судно и перемещения с судна на берег. В транспортную характеристику грузов включают их свойства существенно важные для определения условий техники перевозки, перегрузки и хранения: физико-химические, объемно-массовые характеристики, особенности тары и упаковки, режимы хранения, некоторые товарные свойства. В соответствии с транспортно-судовой классификацией грузы делятся по их физическому состоянию на два основных рода – сухие и жидкие.
Наиболее многочисленная группа судов морового транспортного флота – универсальные и многоцелевые сухогрузные суда, которые могут перевозить как разнородные грузы в упаковке или без нее.
Степень универсальности сухогрузных судов зависит, прежде всего, от их прочностных характеристик и остойчивости, а также от размеров и оборудования грузовых помещений. Наиболее универсальные суда могут перевозить практически любые грузы, в том числе рефрижераторные, специальные и даже жидкие (в специальных грузовых цистернах). Однако, такие суда – исключение, большинство универсальных судов строят в расчете на перевозку не любых, а определенных категорий грузов.
Архитектурно-конструктивный тип судов для перевозки генеральных грузов довольно стабилен. Обычно это суда с кормовым или средним расположением машинного отделения, с баком, двойным дном, двойными бортами, одной или несколькими палубами. Суда с большим раскрытием палубы, с парными или тройными люками более приспособлены к скоростной обработке в портах. Однако такая конструкция приводит к затруднениям в обеспечении общей прочности судна. [2]
Многоцелевые суда, сохранив универсальность, т. е. способность перевозить разнообразные грузы (навалочные, насыпные, мелкоштучные генеральные), приобрели и некоторую специализацию, которая выражается в том, что все они приспосабливаются для перевозки грузовых и легковых автомобилей, другой техники, или приспосабливаются для перевозки тяжеловесных и крупногабаритных грузов и т. д. [2]. Многоцелевые суда занимают промежуточное положение между универсальными и специализированными судами, приближаясь в каждом конкретном случае к тем или другим судам.
Для обеспечения конкурентоспособности судна необходимо выполнить следующие условия:
- максимально использовать грузоподъемности при перевозке разнообразных генеральных грузов. Это условие может быть выполнено за счет выбора размеров основных трюмов, кратными размеров пакетов и контейнеров, исключения седловатости палубы;
- ускорить погрузо-разгрузочные работы за счет максимального раскрытия грузовых трюмов, использования неудобных объемов под цистерны под перевозки жидких грузов, балласта или топлива, оборудования судна высокопроизводительными грузовыми устройствами, целесообразного расположения машинного отделения, ходового мостика, жилых и служебных помещений;
- обеспечить необходимые ходовые и мореходные качества в различных условиях эксплуатации в грузу и в балласте путем рационального расположения машинного отделения, топливных и балластных цистерн по длине и высоте;
- использовать системы набора с минимальным количеством выступающих частей, скуловых книц и палубных продольных балок.
Упомянутые выше генеральные грузы представляют собой грузы, перевозимые в таре (контейнеры, ящики, бочки, тюки), продукцию машиностроения, а также прокат, металлоконструкции.
Назначение тары – предохранение грузов от порчи и потерь при перегрузках и перевозках. Ее изготовляют из различных материалов и различной формы в соответствии с различными физико-химическими и механическими свойствами перевозимых грузов. Размеры и форма тары стандартизована. В 1964 г. Международная организация по стандартизации ИСО рекомендовала единые размеры контейнеров, предназначенных для обмена при международных перевозках. Рекомендации ИСО относятся к универсальным закрытым контейнерам ящичного типа.
В настоящее время на морских транспортных судах перевозят почти исключительно контейнеры двух типов: 1А и 1С, причем последний – двадцатифутовый – принят за единицу измерения контейнеровместимости судов и обозначается TEU (Twenty – foot Equivalent Unit). Более крупные сорокафутовые контейнеры (типа 1А) имеют аббревиатуру FEU, т. е. Forty – foot Equivalent Unit.
К сухим грузам, перевозимым на универсальных сухогрузных судах, относят
лесные грузы. Их подразделяют на круглый лес, пиломатериалы и древесную щепу (фанеру, паркет, рейки, клепку для бочек и другие изделия из дерева относят к штучным грузам). В зависимости от размеров круглый лес разделяют на длинномерный и на короткомерный. К первому относят строительные бревна, телеграфные столбы, сваи, подтоварник, бревна пиловочные. Ко второму – рудничные стойки (пропсы) и балансы (окоренные сосновые или еловые бревна).
К пиломатериалам относятся доски различных размеров. Это – в основном экспортный груз, поэтому для обозначения различных досок обычно применяют английские наименования – дилсы – наиболее широкие (от 9 дюймов и шире) и толстые (2-4дюйма) доски; баттенсы – более узкие толстые доски; бордсы – тонкие (менее 2 дюймов) доски; эндсы– обрезки указанных выше досок длинной от 5 до 9 футов; файервуд – короткие обрезки длиной менее 5 футов.
Брусья и шпалы различных размеров, называемые соответственно слипперами и полуслипперами, относят к тесаному лесу, но по транспортным характеристикам они могут быть присоединены к пиломатериалам.
Поскольку плотность лесных грузов одинакового наименования зависит от породы древесины и степени ее влажности, количество таких грузов, принятых на судно, измеряют не в массовых, а в объемных единицах или поштучно.
Несмотря на большое разнообразие грузов и различие их свойств, существуют требования, которым должны удовлетворять грузовые помещения всех транспортных судов без исключения. При решении вопросов, связанных с определением размеров, расположением и оборудованием грузовых помещений, необходимо стремиться к обеспечению сохранности перевозимых грузов, наиболее благоприятных условий для погрузо-разгрузочных операций, наиболее полного использования кубатуры грузовых помещений при достаточной прочности и мореходности судна.
Степень выполнения перечисленных выше требований определяет экономические показатели проектируемого судна, т. е. целесообразность его постройки и эксплуатации.
К грузовым помещениям на универсальных сухогрузных судах относят грузовые трюмы, твиндеки и глубокие цистерны – диптанки. Трюмы и твиндеки используют на таких судах для перевозки только лишь сухих грузов, а диптанки могут использоваться двояко: или исключительно для жидких грузов, или для жидких и сухих грузов попеременно. В пустые диптанки при переходах судна без груза может быть принят жидкий балласт.
Подразделение грузовых помещений по длине осуществляется с таким расчетом, чтоб обеспечить наилучшие условия для перевозки грузов и проведения грузовых работ при соблюдении требований к прочности и непотопляемости судна. При перевозке разнообразных генеральных грузов судно, как правило, несколькими, зачастую многочисленными, партиями разнородного груза, адресованного к тому же в различные порты и различным грузополучателям. Во избежание потерь от возможного вредного воздействия некоторых видов груза на другие и ошибок при выгрузке однородных грузов,
входящих в различные партии, желательно иметь на судне большое количество изолированных грузовых помещений. Удобно это и при укладке грузов в трюмы, когда переборки, наряду с бортами, являются надежной опорой для штабелей груза, а также при выгрузке отдельных партий грузов в различных портах.
В данном случае целесообразны короткие трюмы, но однако размеры трюмов не должны быть чрезмерно короткими, так как это затрудняет работу береговых кранов при погрузке и выгрузке. При ориентации на судовые грузовые стрелы укорочение трюмов способствует ускорению обработки грузов в портах.
Длинномерные грузы требуют соответствующих размеров трюмов.
Для укладки круглого леса и пиломатериалов удобны трюмы, кратные длине лесоматериалов.
При перевозке контейнеров размеры трюмов следует выбирать такими, чтоб по длине, ширине и высоте в них убралось целочисленное количество двадцатифутовых контейнеров международного класса.
Учитывая вышеизложенные критерии подразделения грузовых трюмов по длине, следует вывод об отсутствии какой-либо одной наиболее благоприятной длины трюмов для всех видов грузов. Поэтому при проектировании универсальных судов выбирают такую длину трюмов, которая соответствовала бы наиболее вероятным грузам, или устраивая на одном и том же судне трюмы различной длины.
При выборе длины трюмов, а следовательно, и количества поперечных переборок уменьшают массу корпуса и снижает затраты на его постройку. В проекте рекомендуется размеры трюмов (если это не оговорено техническим заданием) принять кратным размерам контейнеров, с учетом зазоров между ними.[2]
При делении грузовых помещений по высоте (выбор числа палуб) исходят в основном из физических свойств грузов, предполагаемых для перевозки не проектируемом судне. Наибольшее значение имеет способность груза выдерживать давление вышележащих слоев. Второе обстоятельство – способы и средства производства погрузо-разгрузочных работ.
Почти все массовые грузы, перевозимые на судах, не боятся больших давлений, следовательно, здесь нет необходимости делить грузовые трюмы по высоте. Это относится к лесным грузам. Таким образом, для перевозки лесных грузов наиболее подходят однопалубные суда.
Штучные грузы в большинстве своем не могут воспринимать значительных усилий. Практикой установлено, что предельно допустимая высота штабеля таких грузов не превышает 5 - 6 м. Эта величина и ограничивает глубину трюмов. При большей глубине трюма, достигающей у ряда судов 8 – 10 м, необходимо устраивать промежуточные платформы или палубы. Необходимо учитывать и предельную высоту подъема груза автопогрузчиками, а так же и то обстоятельство, что для сепарации различных по свойствам грузов и разных партий однородных грузов желательно возможно большее количество палуб и платформ. Однако высота межпалубного пространства должна быть достаточной для установки контейнеров, которые перевозят на универсальных судах и для возможности применения погрузчиков различных типов. Для удовлетворения этих требований необходимо, чтобы высота межпалубного пространства (твиндека) была не менее 3,0-3,2 м.
Если на судне предполагается перевозить и пакетированный груз, то высота твиндека должна быть кратна высоте наиболее вероятных пакетов. [2]
Таким образом, большинство сухогрузных судов универсального назначения целесообразно строить твиндечными.
Быстрота и безопасность грузовых операций на сухогрузных судах во многом зависят от конструктивного оформления и оборудования грузовых помещений.
Для ускорения грузовых операций, особенно с длинномерными грузами, и более полного использования объема грузовых помещений целесообразно нижние кромки комингсов люков выполнять заподлицо с полубимсами, увеличивать высоту полубимсов к бортам (или устраивать в верхних углах грузовых помещений небольшие подпалубные цистерны), сохранять постоянство высоты балок набора по всей длине каждого трюма и твиндека.
При определениях размеров и типа грузовых люков, а также выбора типа их закрытия неизбежно столкновение с такими противоречивыми требованиями, как обеспечения безопасности (прочности и герметичности корпуса) и нормальной эксплуатации судна (необходимости выполнения в корпусе отверстий для люков, шахт и т. д.).
Каждый вырез грузового люка в палубе уменьшает прочность корпуса, что должно быть компенсировано специальными конструктивными мерами. Кроме того, люки усложняют укладку палубных грузов, а наличие у них закрытий загромождает палубу. С увеличением размеров люков эти неудобства усугубляются. С другой стороны, с увеличением размеров люков грузовые работы на судне производятся быстрее, удобнее и дешевле. Принципиально возможно и другое решение вопросов ускорения грузовых операций – горизонтальное перемещение грузов из трюма судна с помощью автопогрузчиков. В этом случае верхняя палуба может вообще не иметь люков, вместо которых в борту устраивают грузовые лацпорты и ворота. Однако суда с горизонтальной погрузкой эффективны лишь при перевозках укрупненных унифицированных грузов. Наиболее удобны для укладки грузов и проведения грузовых работ помещения, абсолютно свободные от каких либо посторонних конструкций. Однако практически все грузовые помещения на судах в той или иной степени загромождены пиллерсами, различными трубопроводами и их ограждениями, местными подкреплениями, туннелем гребного вала и пр. Необходимо использовать все возможности для устранения подобных конструкций и уменьшения обусловленных ими помех.
Значительно затрудняет грузовые работы, особенно опускание груза и трюмных машин туннель гребного вала, прежде всего на судах с узкими люками. В ряде случаев целесообразно устройство машинного отделения в кормовой оконечности судна. Уменьшение объема грузовых помещений компенсируется сокращением стояночного времени, в результате чего приспособленность судна не только не уменьшается, но может даже возрасти. Образующие под платформой кормовые диптанки пригодны для перевозки жидких грузов, хранения топлива и приема балласта.
Аналогично кормовым диптанки на многих судах в наиболее узкой и неудобной для укладки грузов нижней части первого трюма образуют носовые диптанки. Используются они так же, как и кормовые. Особенно часто носовые диптанки встречаются у судов с машинным отделением в корме, при этом они служат для удифферентовки судна в грузу и в балласте.
Говоря о конфигурации вообще всех грузовых помещений на судне, следует еще раз подчеркнуть, что наиболее удобны для укладки большинства перевозимых грузов и работы трюмных машин трюмы и твиндеки “ящичной” формы в виде прямоугольных параллелепипедов. С этой целью желательно сопряжение бортовой обшивки с настилом двойного дна под прямым углом, отсутствии погиби бимсов и седловатости у твиндечных палуб в пределах грузовых помещений и, там где это возможно, вертикальность бортов.
Длительность грузовых операций на судах зависит также и от производительности грузового устройства. Основными типами грузовых устройств на судах являются грузовые стрелы и грузовые краны. При выборе какого-либо из этих устройств необходимо иметь в виду, что грузовые стрелы, по сравнению с грузовыми кранами, проще и надежнее в эксплуатации, дешевле и требуют меньшего ухода. Они менее чувствительны к перегрузкам и могут работать при больших углах крена. Преимуществами грузовых кранов являются меньшие затраты времени на приведение их из исходного положения в рабочее в процессе грузовых работ. Они могут брать груз из любой точки, ограниченной максимальными и минимальными радиусами вылетов гака, в отличие от стрел, которые без перестановки могут брать груз только в определенной точке. Краны занимают больше места на палубе, чем грузовые стрелы с мачтами и лебедками. [2]
Количество стрел, обслуживающих один грузовой люк, довольно стабильно. Довольно стабильно – это две стрелы на трамповых и четыре на линейных судах. При выборе количества кранов учитывают, что каждый кран обычно заменяет две стрелы.
При разработке схемы общего расположения необходимо разместить цистерны запасов на судне. Вместимость этих цистерн определяется исходя из расчетных масс дедвейта. При этом необходимо учитывать следующие соображения.
Топливные цистерны, как правило, должны составлять часть корпусных конструкций судна и располагаться за пределами машинных отделений. В машинном отделении размещаются расходные топливные цистерны. В большинстве случаев топливные цистерны располагаются в отсеках двойного дна или в специализированных диптанках.
Балластные цистерны размещают в междудонном пространстве, а также в форпике и ахтерпике.
Размещение водяного балласта, необходимого для понижения центра тяжести судна, обычно не вызывает трудностей. Прием балласта с целью повышения центра тяжести возможен лишь в специально предусмотренных палубных или бортовых отсеках.
Естественно, что более гибкая и развитая система балластировки обеспечивает большую возможность стабилизации остойчивости судна, однако требует больших объемов цистерн водяного балласта, усложнения конструкции и повышения строительной стоимости судна. Вследствие этих причин на универсальных сухогрузных судах общего назначения обычно не устанавливают отдельных балластных цистерн (т. е. цистерн вне отсеков, образованных корпусными конструкциями) за исключением балластных диптанков, ограничиваясь использованием для целей балластировки свободных отсеков в корпусе судна, пригодных для приема забортной воды – отсеков двойного дна, форпика и ахтерпика. [2]
Обычно стремятся проектировать судно так, чтобы к моменту выхода в рейс с наибольшим грузом и полными судовыми запасами (запасами топлива, воды, смазочных материалов, провизии) судно имело посадку на ровный киль или с минимальным дифферентом на корму. По мере расходования в рейсе запасов уменьшается осадка, центр тяжести судна смещается в нос или корму относительно исходного положения, в результате изменяется начальная посадка судна. Еще более существенное влияние на изменение осадки и дифферента оказывают отступления от исходных предпосылок в отношении перевозимого груза: его суммарной массы, удельной погрузочной кубатуры и расположения по длине грузовых помещений. И, наконец, судно может плавать вообще без груза, с полными или израсходованными судовыми запасами. [2]