Результат интеллектуальной деятельности: БОРТОВОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при постройке и ремонте бортовых конструкций корпусов судов.

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее наружную обшивку, подкрепленную поперечным и продольным набором (Барабанов Н.В. Конструкция корпуса морских судов. Л.: Судостроение, 1981. - 552 с., с.42-43, рисунок 8 «г»).

Конструкция этого перекрытия обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что при воздействии локальных интенсивных нагрузок, действующих на борта судов в процессе их эксплуатации в ледовых условиях, интенсивно деформируются пластины наружной обшивки борта в районе переменной ватерлинии с образованием гофров со стрелками прогиба, зачастую существенно превышающими нормативные значения. Это вызывает необходимость проведения ремонта бортовых конструкций с целью ликвидации последствий тяжелой эксплуатации судна одним из известных методов, например методом замены, методом подкреплений и т.д. Но любой из этих методов ремонта требует больших затрат трудовых и материальных ресурсов, значительно увеличивает металлоемкость судоремонтного производства, увеличивает сроки простоя судов в ремонте, что резко снижает эффективность эксплуатации судов различного назначения.

Известно бортовое перекрытие судна (авторское свидетельство СССР №335146, МПК В63В 3/14, 59/02, опубл. 01.01.1972 г.), содержащее наружную обшивку, ограничивающую емкость с эластичными перегородками, частично заполненную жидкостью, где с целью повышения ее ударостойкости при эксплуатации судна эластичные перегородки расположены горизонтально и выполнены с перепускными клапанами, сообщающими между собой отсеки емкости, на которые последняя разделена этими перегородками, а наружная обшивка выполнена трехслойной с упругим заполнителем.

К недостаткам вышеописанного технического решения можно отнести:

- громоздкость (использование больших внутренних объемов судна под систему амортизации борта крайне нежелательно, т.к. внутренних объемов помещений корпуса судна, как правило, не хватает для удовлетворения нормальных условий производственной деятельности экипажа);

- наличие больших цистерн с жидкостью почти по всей длине бортов судна приводит к существенному повышению центра тяжести судна, что крайне отрицательно сказывается на остойчивости судна, усугубляемой еще и наличием свободных поверхностей;

- увеличение осадки судна за счет лишнего балласта в бортовых цистернах, и, как следствие, потеря в скорости судна, и увеличение расхода топлива;

- сложность и низкая надежность работы амортизационной системы борта в целом, ввиду наличия в его конструкции клапанов сложной конструкции;

- невозможность восприятия сильно локализованных нагрузок (например, ледовых) без существенных повреждений, т.к. невозможно обеспечить при данной конструкции бортового перекрытия одновременного восприятия нагрузки большой величины, распределенной по значительной площади (нагрузки от кранца) и сильно локализованной нагрузки (ледовой) при большой ее интенсивности, когда степень локализации достигает практически одной шпации;

- сложность проведения ремонтных работ в замкнутом объеме;

- очень существенная ослабленность ширстречного узла, что при очередном навале в его районе может вызвать его сжатие;

- увеличенная металлоемкость системы бортовой защиты в целом.

Известно бортовое перекрытие судна, содержащее наружную обшивку, подкрепленную набором (авторское свидетельство №1172813, МПК В63В 3/14, В63В 59/02, опубл. 15.08.1985), включающее упругую прослойку, установленную с внутренней стороны перекрытия, опирающуюся по контуру шпации на внутреннюю полость полок набора.

К недостаткам конструкции можно отнести невысокую несущую способность пластин наружной обшивки бортового перекрытия из-за неполного использования возможностей упругой прослойки, поддерживающей пластины наружной обшивки. Резервы прочности упругой прослойки обусловлены тем, что характер деформирования пластин и упругой прослойки различен: пластина наружной обшивки имеет косинусоидальную упругую линию, а упругая прослойка - синусоидальную. Это приводит к тому, что контакт между пластинами и упругой прослойкой является точечным, что значительно снижает несущую способность этой прослойки, ведет к нерациональному использованию материала прослойки и к повышенной металлоемкости бортового перекрытия.

В качестве ближайшего аналога принято бортовое перекрытие судна, содержащее наружную обшивку, подкрепленную набором (патент на изобретение №2382714, МПК В63В 3/14, опубл. 27.02.2010), включающее упругую прослойку, установленную с внутренней стороны перекрытия, опирающуюся по контуру шпации на внутреннюю полость полок набора, а также упругую прокладку, установленную между упругой прослойкой и наружной обшивкой.

Недостатком данной конструкции является невысокая несущая способность пластин наружной обшивки бортового перекрытия из-за неполного использования резервов прочности упругой прослойки, поддерживающей пластины наружной обшивки. Упругая прослойка в этом случае нагружается косинусоидальной нагрузкой, что повышает несущую способность упругой прослойки только на 30% по сравнению со случаем точечного контакта между пластиной наружной обшивки и упругой прослойкой.

Изобретение решает задачу повышения несущей способности пластин наружной обшивки бортового перекрытия за счет равномерного распределения нагрузки на упругую прослойку.

Для решения поставленной задачи в известном бортовом перекрытии судна, содержащем наружную обшивку, подкрепленную набором, упругую прослойку, установленную с внутренней стороны перекрытия, опирающуюся по контуру шпации на внутреннюю полость полок набора, предлагается между упругой прослойкой и наружной обшивкой установить эластичную емкость, наполненную жидкостью, выполненную с возможностью регулирования давления в емкости.

В предлагаемом техническом решении нагрузка, воспринимаемая пластинами наружной обшивки, благодаря эластичной емкости с жидкостью передается на упругую прослойку, равномерно распределяясь по всей шпации. Это приводит к тому, что пластина, упругая линия которой имеет косинусоидальную форму, действуя на эластичную емкость, нагружает упругую прослойку равномерно, а не по косинусоидальному закону, как это имеет место в ближайшем аналоге, что приводит к повышению несущей способности упругой прослойки. При установке упругой прослойки с большим запасом прочности имеется возможность снижения толщины наружной обшивки за счет того, что в эластичной емкости создается избыточное давление, величина которого регулируется в зависимости от величин внешних нагрузок, действующих на пластины наружной обшивки. В частности, если судно движется в битом льду, то с увеличением скорости движения давление в емкости должно повышаться.

На прилагаемых чертежах изображено:

на фиг.1 - общий вид бортового перекрытия;

на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1;

на фиг.3 - вид А на фиг.1;

на фиг.4 - диаграмма изменения напряжений в материале упругой прослойки при использовании конструкции перекрытия: согласно авторскому свидетельству №1172813 - А; по ближайшему аналогу - Б; при использовании предлагаемой конструкции перекрытия с эластичными емкостями - В.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - наружная обшивка;

2 - поперечный набор;

3 - продольный набор;

4 - упругая прослойка;

5 - эластичная емкость;

6 - жидкость;

а - шпация;

σ₀ - напряжения в материале упругой прослойки в конструкции по авторскому свидетельству №1172813;

σ - напряжения в материале упругой прослойки;

- напряжения в материале упругой прослойки в безразмерном виде;

Р - нагрузка, действующая на упругую прослойку.

Конструкция бортового перекрытия состоит из наружной обшивки 1 с установленным на ней поперечным 2 и продольным 3 набором. С внутренней стороны установлена упругая прослойка 4, опирающаяся на внутреннюю полость полок набора, а между упругой прослойкой и обшивкой установлена эластичная емкость 5 с жидкостью 6.

Бортовое перекрытие работает следующим образом. Внешнюю нагрузку воспринимает наружная обшивка 1, в результате чего она прогибается между балками набора, передавая нагрузку на эластичную емкость 5, которая передает нагрузку на упругую прослойку 4. Поскольку упругая прослойка при нагружении находится под нагрузкой, распределенной не по косинусоидальному закону, а равномерно, то конструкция может выдержать бóльшую внешнюю нагрузку, по сравнению с конструкцией ближайшего аналога, что иллюстрируется фиг.4, где приведены результаты расчета напряжений в материале упругой прослойки ближайшего аналога и предлагаемой конструкции. Также представлен вариант А сосредоточенного нагружения упругой прослойки, т.е. без прокладки, что соответствует конструкции по авторскому свидетельству №1172813. Как показывают расчеты, напряжения в материале упругой прослойки снижаются на величину порядка 20% по сравнению с конструкцией ближайшего аналога. В том случае, если упругая прослойка имеет значительный запас прочности, то толщина бортовой обшивки может быть снижена за счет создания в емкости избыточного давления. При этом величина давления регулируется по мере необходимости прямо пропорционально квадрату скорости движения судна во льдах (если данная система установлена в районе переменной ватерлинии) или с ростом волнения при швартовке прямо пропорционально квадрату амплитуд качки (при установке системы в районе штатной кранцевой защиты). Для создания избыточного давления в эластичных емкостях можно использовать одну из штатных систем судна (осушительную, пожарную и др.), подключив ее к эластичным емкостям и контролируя давление при помощи манометров. Если внешняя нагрузка равномерно распределена по шпации, то пластина наружной обшивки может рассматриваться как загруженная разностью внешней, эксплуатационной нагрузки и давления, создаваемого в емкости. Расчетный анализ показывает, что уменьшение разницы внутреннего и внешнего давления примерно в 4 раза позволяет снизить толщину наружной обшивки в 4 раз (т.е. с 20 мм до 5 мм) при ограничении прогиба пластины наружной обшивки нормативными значениями.