.

Вы здесь

Бортовая обшивка

Бортовая обшивка

28.06.2015 Автор: 61

ГЛABA VI
КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА

§ 18 Бортовая обшивка

Бортовая обшивка ледоколов подвергается действию гидростатических нагрузок и усилий со стороны ледяного покрова. Ледовые нагрузки по своей интенсивности значительно превосходят гидростатические, поэтому бортовую обшивку в районе взаимодействия корпуса судна со льдом следует рассчитывать только на ледовые нагрузки. По характеру приложения ледовые нагрузки, возникающие при движении ледокола во льду, являются локальными, они действуют на сравнительно небольшом участке вдоль борта судна. При ледовом сжатии район приложения ледовых нагрузок значительно увеличивается. Ввиду того что большая часть объема плавающего льда находится под водой и значительное количество льдин притапливается корпусом, зона вероятного контакта борта со льдом в подводной его части значительно больше, чем в надводной.

Непосредственному воздействию льда наиболее подвержены борта в районе КВЛ, поэтому для восприятия ледовых нагрузок на ледоколах в этом районе устанавливают более прочный пояс наружной обшивки, так называемый ледовый пояс. Повышение прочности ледового пояса достигают увеличением его толщины и уменьшением расстояния между шпангоутами, а также применением стали повышенного сопротивления.

Протяженность ледового пояса по длине и высоте назначают в зависимости от условий эксплуатации ледокола и его ледового класса. При этом учитывают изменение осадки, крена и дифферента ледокола в процессе эксплуатации, в том числе и при выжимании корпуса ледокола во время ледового сжатия.

Требования правил Норвежского Веритас к размерам ледового пояса сводятся к следующему. В средней части судна на участке 0,4 L ледовый пояс должен простираться по вертикали не менее чем на 0,2 Т вверх и на 0,6 Т вниз от конструктивной ватерлинии (Т — средняя летняя осадка ледокола). В районе оконечностей протяженность ледового пояса по вертикали вниз от конструктивной ватерлинии должна постепенно возрастать. На расстоянии 0,2 L в корму от носового перпендикуляра и 0,1 L в нос от кормового перпендикуляра листы ледового пояса должны доходить до киля.

Американские и канадские ледоколостроители считают, что границы ледового пояса должны располагаться на 2—5 футов (0,6 — 1,5 м) выше и на 10—20 футов (3—6 м) ниже конструктивной ватерлинии, а в оконечностях ледовый пояс следует доводить до киля [40].

Правила Регистра СССР не содержат требований по постройке ледоколов. В практике отечественного ледоколостроения при назначении размеров ледового пояса руководствуются следующими рекомендациями [20]. Для мощных и средних ледоколов нижняя кромка ледового пояса должна проходить не менее чем на 3500 мм ниже ватерлинии, соответствующей полному водоизмещению. Такое заглубление кромки ледового пояса выбрано с учетом максимальной толщины сплошного льда, в котором работают указанные ледоколы, а также минимальной осадки при работе на мелководье. Верхняя кромка ледового пояса должна отстоять не менее чем на 800 мм от ватерлинии, соответствующей максимальной осадке ледокола. При назначении этого размера учитывают возможный крен ледокола и удары о торосы, выступающие над поверхностью льда. Для вспомогательных ледоколов, которые плавают в менее тяжелых условиях, ледовый пояс должен простираться на 500 мм выше ватерлинии, соответствующей максимальной осадке, и на 1000 мм ниже ватерлинии, соответствующей минимальной осадке. В носовой оконечности ледоколов всех классов на протяжении 0,2 L от носового перпендикуляра ледовый пояс следует продлевать вниз до киля. Уменьшение высоты ледового пояса при переходе от оконечностей к средней части должно быть постепенным. Выше и ниже ледового пояса по всей длине ледокола необходимо устанавливать переходные поясья.

Таким образом, требования, предъявляемые к протяженности ледового пояса по высоте борта, в разных странах практически совпадают.

В нормальных условиях эксплуатации бортовая обшивка ледоколов должна противостоять внешним нагрузкам, не получая остаточных деформаций. Поэтому расчет обшивки производят в упругой зоне, с допущением появления фибровой текучести. Бортовой набор, палубы и платформы служат жестким опорным контуром для обшивки, подразделяя ее на отдельные прямоугольные пластины. Расстояние между короткими сторонами опорного контура обычно в несколько раз превышает расстояние между шпангоутами (c/s > 2, где с — ширина зоны приложения ледовой нагрузки). Ввиду этого толщина ледового пояса обшивки, как показано в [32], может быть определена по формуле для балки-полоски, жестко заделанной по концам:

Формула (103) выведена в предположении, что годовой износ обшивки составляет 0,2 мм. В среднем это соответствует данным эксплуатации ледоколов, хотя при особо неблагоприятных условиях износ может достигать 0,8 мм в год.

Минимально допустимая толщина листов бортовой обшивки вне района ледового пояса (на протяжении от 0,2 L до 0,8 L от носового перпендикуляра) составляет: для ледоколов I класса — 22 мм, для ледоколов II класса— 18 мм, для ледоколов III класса — 12 мм.

Переход от толщины ледового пояса к толщине других поясьев обшивки следует осуществлять постепенно.

Желательно, чтобы в кормовой оконечности (на длине примерно 0,2 L от кормового перпендикуляра) толщина наружной обшивки ниже ледового пояса составляла не менее 0,7 толщины ледового пояса на этом участке.

Канадские специалисты регламентируют максимальную толщину наружной обшивки, считая, что она не должна превышать 2 дюймов (около 51 мм) [40]. Правила Норвежского Веритас регламентируют также толщину ширстречного пояса бортовой обшивки:

где k — численный коэффициент, равный для ледоколов 1,0, для арктических ледоколов — 1,25. Для ледоколов типа Москва толщина ширстречного пояса, найденная по формуле (104), составляет 21,5 мм (фактическая — 20—28 мм).

В табл. 16 и 17 сопоставлены размеры и толщины ледового пояса обшивки, определенные для ледоколов Москва и Сибирь согласно рекомендациям настоящего параграфа и по Правилам Норвежского Веритас, с фактическими.

В табл. 18 приведены фактические толщины и материал обшивки ледового пояса ряда отечественных и зарубежных ледоколов. На рис. 103 показана растяжка наружной обшивки ледокола типа Василий Прончищев.

Большое практическое значение имеет выбор материала наружной обшивки ледокола. На американских ледоколах Глэсье и Уинд в качестве материала обшивки использована сталь повышенного сопротивления HTS с минимальным пределом текучести (бт = 2800 кгс/см2), временным сопротивлением разрыву бв = 5460 кгс/см2 и ударной вязкостью (испытания образца с надрезом по методу Шарпи) ак = 10,5 кгс/см при 0° С и 2,6 кгс/см при — 45,6° С. За время эксплуатации ледоколов типа Уинд отмечались трещины в обшивке корпуса, поэтому для вновь проектируемых ледоколов американские специалисты предполагают использовать сталь марки HY80 с более высокими характеристиками: бт = 5080 кгс/см2, бв = 6360 кгс/см2, ак = 16,7 кгс/см при температуре — 45,6° С. В канадской практике не принято применять легированную сталь для обшивки и набора ледоколов. В качестве материала для обшивки рекомендуют малоуглеродистую (мягкую) судостроительную сталь категорий от А до Е согласно требованиям Регистра Ллойда [40]. Янссон [41] рекомендует при толщинах наружной обшивки свыше 40 мм применять легированную сталь, при меньших толщинах — малоуглеродистую судостроительную сталь. В отечественной практике легированную сталь применяют при толщинах обшивки значительно меньших 40 мм; например, на ледоколах типа Василий Прончищев — при б = 16-20 мм.

В настоящее время корпуса ледоколов выполняют полностью сварными, за исключением клепаных швов стрингерного угольника верхней палубы. Качество сварки корпусных конструкций, особенно листов наружной обшивки, должно быть высоким. При этом необходима гладкая зачистка швов. Из-за трения льда о наружную обшивку очень быстро стирается краска, что ускоряет процесс коррозии даже гладко зачищенных сварных швов. Высокое содержание соли и кислорода в охлажденной морской воде также ускоряет коррозию швов. Поэтому особое внимание обращают на выбор антикоррозионных электродов. В скандинавских странах, например, применяют специальные антикоррозионные электроды, содержащие около 0,8% меди в наплавляемом металле. Валанти [43] приводит интересные результаты, полученные при измерении разности потенциалов, возникающих при электрохимическом взаимодействии сталей различных марок и швов, наплавляемых с помощью электродов разных типов. По этим данным раскисленные стали являются наиболее электроотрицательными, обычные судостроительные стали (с низким содержанием кремния) — наиболее электроположительными.

Электроды с основным покрытием обычно дают отрицательный потенциал; бессемеровские электроды, как правило, электроположительны, а рутиловые электроды приводят к средним результатам. Таким образом, при сварке раскисленных сталей следует использовать электроды с основным покрытием. Примером может служить ледокол Войма (сталь его бортовой обшивки содержит 0,4 — 0,5% кремния), который проработал около семи лет без заметной коррозии сварных швов [43].

Зарубежные ледоколостроители большое значение придают температуре, при которой производится сварка. Если сварка ведется при низкой температуре, рекомендуют предварительно подогревать свариваемые листы. Канадские специалисты указывают, что сварку не следует производить при температуре ниже 4,4° С, под дождем, мокрым снегом и т. д. Электроды необходимо постоянно хранить в сухом месте и при положительной температуре.

В СССР принципиальные вопросы, связанные с применением сварки в ледоколостроении, в частности выбор материала корпуса, электродов и так далее, регламентируются Правилами Регистра.

Из числа сталей, нашедших широкое применение в практике ледоколостроения, достаточно указать, например, легированные стали марок 09Г2, 10ХСНД, электроды марок УОНИ-13/45А, Э-138/45Н, Э-138/50Н и ЭА-359/9.

Boatportal.ru

logo