Лекция 5. Основные характеристики морских и речных судов

5.1. КРИТЕРИИ КЛАССИФИКАЦИИ ФЛОТА

Важнейшим фактором, влияющим на проектирование, строительство и эксплуатацию портов является современное состояние и перспективы развития мирового, в первую очередь транспортного флота. В связи с этим методология портового проектирования всегда предусматривала использование, в качестве исходных данных, сведений об основных типах судов: их функциях, параметрах, характеристиках и элементах.

Общее представление о существующих типах и основных функциях судов дают критерии их классификации.

Водный транспорт может быть классифицирован по целому ряду признаков, основными из которых являются следующие:

· принадлежность;

· условия плавания;

· отношение к перевозкам;

· назначение;

· характер перевозимых грузов;

· тип двигателя, принцип и характер движения;

· материал корпуса.

По принадлежности все суда можно подразделить на гражданские и военные. Согласно Международным правилам предупреждения столкновения судов (МППСС) судномназывают инженерное сооружение, предназначенное для передвижения на воде. Судно, имеющее вооружение и способное решать или обеспечивать боевые задачи называют кораблем (от греч. karabos).

По условиям плавания суда подразделяют на морские, речные и смешанного плавания (река-море).

Условиями плавания морских судов являются:

· неограниченное морское плавание в закрытах и открытых морях и океанах с удалением от портов-убежищ до 200 миль;

· плавание в открытых морях с удалением от портов-убежищ до 50 миль, а также в закрытых морях в пределах границ, устанавливаемых Регистром;

· прибрежное и рейдовое плавание в границах, устанавливаемых Регистром.

Согласно правилам Регистра для речных судов все внутренние водоемы и определенные морские районы подразделяются на разряды, каждому из которых соответствует свой класс судов:

· М-СП - прибрежные морские районы;

· М - озера и крупные водохранилища;

· О - водохранилища;

· Р - крупные магистральные реки;

· Л боковые и малые реки.

Суда смешанного (речного и морского) плавания класса М-СП могут выходить в прибрежные морские районы, оговоренные соответствующими правилами.

По отношению к перевозкам суда подразделяют на транспортные, нетранспортные и стоечные.

Основную группу судов морского и речного флота составляют транспортные суда, предназначенные для перевозки грузов и пассажиров. Нетранспортные суда служат для обеспечения их бесперебойной и безаварийной работы.

Особую группу образуют суда стоечного флота (дебаркадеры и брандвахты), используемые в качестве пристаней, плавучих причалов, гостиниц, общежитий, складов, яхт-клубов и т.п.

По назначению транспортные суда подразделяют на пассажирские, грузопассажирские и грузовые.

К пассажирским судам относят транзитные, круизные, туристические, экскурсионные, прогулочные, а также суда, обслуживающие внутригородские и пригородные линии.

Грузопассажирскими называют суда, предназначенные для перевозки грузов и не менее 12 пассажиров. К грузопассажирским судам также относят железнодорожные и автомобильные паромы.

Нетранспортные суда по назначению подразделяют на служебно-вспомогательные, технические, промысловые и научно-исследовательские.

Служебно-вспомогательный флот входит в состав плавучих средств порта и включает: служебно-разъездные суда, портовые буксиры, буксиры спасатели, линейные и портовые ледоколы, пожарные суда, бункеровщики, плавучие маяки, мастерские, магазины и т.п.

К служебно-разъездным судам относятся катера , судоходных инспекций, бассейновых управлений пути, таможенных и лоцманских служб.

Портовые буксиры предназначены для обслуживания и буксировки транспортных средств в порту. Морские буксиры служат для проводки несамоходных судов. Характерная особенность буксиров - мощная силовая установка.

Портовые ледоколы используют для поддержания судоходства в пределах акватории порта.

Линейные ледоколы предназначены для проводки судов (как правило в составе караванов) по морским и речным водным путям.

Пожарные суда и суда-спасатели предназначены для выполнения соответствующих операций как на акватории порта, так и далеко за его пределами.

Суда технического флота используют для выполнения различных работ в портах и поддержания рабочих глубин на акватории и водных подходах. К ним относятся дноуглубительные суда и грунтоотвозные шаланды, камнеуборочные машины, плавучие краны и копры. В зависимости от способа удаления грунта дноуглубительные суда подразделяют на землесосы и землечерпалки, как самоходные (а также самоотвозные), так и несамоходные.

Грунтоотвозные шаланды предназначены для приема грунта от несамоходных дноуглубительных судов.

Плавучие краны (самоходные и несамоходные) используют для подъема тяжеловесных штучных грузов, небольших судов, а также производства строительных и монтажных работ.

Плавучие копры - устройства, предназначенные для забивки свай при производстве портовых гидротехнических работ.

К группе промысловых судов относятся боты, шхуны, сейнеры и траулеры, крабо- и креветколовы, китобойные и зверобойные суда.

Суда научно-исследовательского флота специально оборудованы для производства гидрометеорологических, гидрографических, геофизических, геологических, биологических и других видов работ, также обеспечения дальней космической связи.

По принципу движения суда подразделяют на самоходные и несамоходные. Несамоходные суда транспортируют методом буксировки на тросе, толкания или вождения под бортом буксировщика. Толкание является более эффективным средством ввиду снижения расходов на содержание команды и уменьшения сопротивления воды.

По характеру движения различают суда водоизмещающие (движущиеся в режиме плавания) и скоростные (движущиеся в режиме глиссирования).В соответствии с типом главного двигателя (паровая машина, дизель, дизель-электрическая установка, турбоагрегат, ядерная энергетическая установка) названы и основные типы судов: пароход, теплоход, дизель-электроход, турбоход, атомоход.

Основным типом движетелей судов морского и речного флота являются гребные винты. На судах портофлота и паромах применяют, как правило, крыльчатые движетели, обеспечивающие в условиях стесненных акваторий более высокую маневренность.

Суда на воздушной подушке снабжены воздушными винтами и воздухометами.

По числу корпусов различают однокорпусные, двухкорпусные (катамараны) и трехкорпусные (тримараны) суда.

По материалу корпуса суда подразделяются на металлические, деревянные, пластмассовые, железобетонные и композитные. Основным конструктивным материалом водоизмещающих судов является сталь. Легкие сплавы в основном применяются для изготовления корпусов и надстроек скоростных судов. Суда стоечного флота изготавливают, как правило, из железобетона. Пластмассы находят применение в мелком судостроении. Дерево используется для строительства яхт, небольших рыболовецких судов и специальных видов научно-исследовательских судов.

Отличие типов судов, как одинакового, так и различного назначения, обусловлено вышеперечисленными критериями классификации.

5.2. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВ

В практике портостроения используют следующие основные габаритные размерения транспортных и других видов судов (рис. 4.2).

Длина (L_c) - расстояние между крайними точками форштевня и ахтерштевня, измеренное по наибольшему продольному сечению судна.

Ширина (B_c) - расстояние между крайними точками левого и правого борта, измеренное по наибольшему поперечному сечению судна.

Осадка (T_c) - расстояние по вертикали от плоскости ватерлинии до киля судна.

Высота надводного борта (H_надв.=H_c-T_c) - расстояние по вертикали от плоскости грузовой ватерлинии до главной палубы.

Высота борта (H_c) - расстояние по вертикали от основной линии до наинизшей точки пересечения обшивки с главной палубой (основная линия проходит в диаметральной плоскости параллельно с грузовой ватерлинии через точки пересечения плоскости мидель-шпангоута с килем).

К эксплуатационным характеристикам судна относят его водоизмещение, грузоподъемность, грузовместимость, мощность энергетической установки, паспортную и экономическую скорости, дальность плавания.

Рис. 4.2. Основные размерения транспортных судов

Водоизмещение - численное выражение массы судна, равной массе вытесненной им воды при нахождении на плаву без хода. Укрупненно водоизмещение может быть представлено в виде суммы:

D = P_к + P_м + DW, (5.1)

где: P_к - масса оборудованного корпуса; P_м - масса механизмов машинного отделения; DW - дедвейт судна.

Дедвейт - сумма переменных масс на судне, включающая: грузы, команду, пассажиров, багаж, а также запасы провизии, воды, топлива и смазочных материалов.

Сумма P_к + P_м = D_о выражает массу судна порожнем. Масса оборудованного корпуса судна определяется его размерами и может быть выражена в виде формулы:

P_к = p_к L B H, (4.2)

где p_к - измеритель массы корпуса.

Масса механизмов машинного отделения зависит от типа энергетической установки и ее мощности N_с:

P_м = p_м N_{с ,} (4.3)

где p_м - измеритель массы механизмов.

Дедвейт равен полной грузоподъемности судна и определяется разностью значений весового водоизмещения судна в полном грузу и порожнем.

Чистая грузоподъемность, D_ч, (каргодедвейт) - Количество груза, которое может быть принято судном (без учета веса команды, багажа, топлива, смазки, запасов воды, продовольствия и т.п.). Величина чистой грузоподъемности - основная характеристика при расчете пропускной способности грузовых причалов.

Грузовместимость - объем грузовых помещений судна. Очевидно, что при перевалке очень легких грузов (например хлопок) загрузка судна должна определяться его грузовместимостью. При этом грузоподъемность судна, как правило, оказывается недоиспользованной. С другой стороны, при перевозке тяжеловесов (металл, оборудование), грузовые помещения судна могут оказаться недозагруженными.

На международных линиях важное значение имеет понятие полной регистровой вместимости, характеризующей способность судна перевозить грузы не только в грузовых, но и других помещениях. Полная регистровая вместимость устанавливается на основании обмеров судна в соответствии с международными правилами и выражается в условных единицах - регистровых тоннах (1 рег. т = 2.83 м³ = 100 фут.³). По величине регистровой грузовместимости устанавливают плату за прохождение судна по каналам, обслуживание в порту, а также назначают страховые сборы.

Наряду с полной регистровой вместимостью, включающей практически все внутренние помещения судна, устанавливается и чистая регистровая вместимость, соответствующая только объему грузовых трюмов.

Паспортная скорость судна - скорость, которую может развивать судно при нормальной работе машин, удовлетворительном состоянии корпуса и расчетной загрузке.

Экономическая скорость - скорость, при которой стоимость перевозок оказывается минимальной.

Дальность плавания - способность судна проходить определенные расстояния без пополнения запасов топлива.

К навигационным качествам относят плавучесть и непотопляемость судна, остойчивость и прочность корпуса, ходкость, поворотливость, устойчивость на курсе и т.п.

Наряду с вышеперечисленными характеристиками используются отношения основных размерений судна и коэффициенты полноты его корпуса.

Отношение L/Bхарактеризует ходкость судна. Для быстроходных военных кораблей эта величина приближается к 10, пассажирских - 8, грузовых (с более округлой формой корпуса) - 6, буксиров - 4.

Отношение B/T характеризует остойчивость, непотопляемость и вместимость судна.

Отношение L/Hявляется характеристикой прочности корпуса судна. Согласно правилам Регистра для морских судов не допускается отношение L/H>14, а для судов внутреннего плавания - >40.

Коэффицент полноты грузовой ватерлинии характеризует отличие площади сечения корпуса по ГВВ от описанного вокруг него прямоугольника:

, (4.4)

Коэффициент полноты мидель-шпангоута характеризует отличие площади сечения корпуса судна ниже ватерлинии на миделе от прямоугольника, описанного вокруг этого сечения:

(4.5)

Для обычных судов транспортного флота: ; .

Коэффициент полноты диаметральной площади - отношение подводной части диаметральной площади к описанному вокруг нее прямоугольнику:

. (4.6)

Коэффициент общей полноты судна характеризует отличие объема подводной части судна от объема описанного вокруг него параллелепипеда:

. (4.7)

Значение может быть получено в результате перемножения коэффициентов формы . Для обычных типов грузовых судов , для более быстроходных пассажирских - 0.7, для военных кораблей - 0.5.

5.3. ТИПЫ ГРУЗОВЫХ СУДОВ

Отличие типов грузовых судов обусловлено, в первую очередь, характером перевозимых грузов.

В соответствии с назначением грузовые суда подразделяют на универсальные и специализированные.

До недавнего времени основную группу судов морского и речного флота составляли суда универсального назначения, предназначенные для перевозки самых различных видов грузов и перегружаемых с помощью портальных кранов.

В 1981 году в мире насчитывалось свыше 22 тыс. единиц универсальных грузовых судов общей валовой вместительностью 80 млн. регистровых тонн. Современные универсальные суда обеспечивают перевозку трех и более видов грузов с максимальным использованием во всех вариантах проектной грузоподъемности и грузовместимости. Основным недостатком универсальных судов является большая продолжительность погрузочно-разгрузочных работ, особенно при вертикальном способе погрузки (система «ло-ло» - «lift on - lift of»). Большей гибкостью и экономичностью обладают универсальные суда, оборудованные не только палубными люками, но и кормовыми или носовыми воротами (лацпортами), позволяющими использование и горизонтального способа погрузки. Эксплуатация универсальных судов экономически целесообразна при перевозках небольших партий штучных или навалочных грузов между небольшими портами.

В последние десятилетия в мировом судоходстве преобладают тенденции повышения интенсивности погрузочно-разгрузочных работ и сокращения стояночного времени судов в порту. Это привело к стремительному развитию и увеличению количества (особенно на морском транспорте) специализированных судов. К 60-м годам число узкоспециализированных по видам грузов судов заняло доминирующее место в составе мирового торгового флота.

Основными типами узкоспециализированных судов являются следующие.

Танкер - один из наиболее узкоспециализированных типов судов, предназначенных для перевозки определенных видов жидких грузов. В состав данной группы входят суда для перевозки нефти и нефтепродуктов, сжиженного газа, расплавленной серы, жидких химических веществ, вина, растительного масла и т.п. Дедвейт крупнейший танкеров может составлять десятки, и даже сотни тысяч тонн (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Следует отметить, что эффективность применения супертанкеров оказывается высокой при наличии глубоководных причалов и соответствующих перегрузочных механизмов. В настоящее время достаточно высокой считается интенсивность перегрузки порядка 1/20 дедвейта судна в час.

Балкер - специализированное однопалубные судно для пепевозки навалочных грузов. В настоящее время дедевейт крупнейших балкеров достигает 260 тыс. тонн («Хитачи Венчер», Япония). Загрузка балкеров осуществляется обычно с помощью специализированных комплексов производительностью 2-8 тыс. тонн в час. Разгружаются балкеры, как правило, грейферными кранами грузоподъемностью 10-25 тонн, что обеспечивает гораздо более низкую производительность - 200-1000 тонн в час.

С целью избежания балластных пробегов разработаны конструкции балкеров, рассчитанных на 2-3 вида грузов: нефтебалкеры, нефтерудовозы, балкеры автомобилевозы.

Контейнеровоз - специализированное судно для перевозки разнородных, как правило, грузов в стандартных 10, 20, 30 и 40-футовых контейнерах грузоподъемностью от 5 до 30 тонн. Использование судов-контейнеровозов позволяет, в значительной степени стандартизировать портовое хозяйство и повысить его рентабельность. Производительность перегрузки контейнеров достигает 1000 тонн в час. Еще более высокие показатели (до 1500 т/час) характерны для судов контейнеро-трейлеровозов.

Рефрижератор - специализированное судно для перевозки скоропортящихся грузов. В зависимости от создаваемых температурных режимов рефрижераторы подразделяются на низкотемпературные (с замораживанием груза), высокотемпературные (с охлаждением груза) , универсальные, а также фруктовозы - суда с усиленной вентиляцией грузовых помещений. На судах-рефрижераторах в верхних твиндеках, как правило, имеются лацпорты для разгрузки с помощью береговых транпортеров. Водоизмещение высокотемпературных рефрижераторов и фруктовозов обычно не превышает 10 тыс. т, универсальных и низкотемпературных - 20 тыс. т.

Лихтеровоз - судно для перевозки грузов в баржах-лихтерах. Суда-лихтеровозы разгружаются (и загружаются) на рейдовых причалах с помощью собственных устройств. Далее, оказавшиеся на плаву, баржи-лихтера буксируются к мелководным причалам. Применение лихтеровозов позволяет увеличить интенсивность погрузочно-разгрузочных работ до 2500 т/час и отказаться от возведения дорогостоящих глубоководных причалов и защищенных акваторий.

Ролкер - накатное судно с горизонтальным способом загрузки. Принцип колесной накатки позволил сократить время погрузочно-разгрузочных работ в 3-5 раз и отказаться от применения перегрузочного оборудования. Основные типы ролкеров - Ро-12, Ро-30, Ро-60 (где цифра обозначает объем, в тыс. м³, грузовых помещений).

Паром - грузовое или грузопассажирское судно для перевозки железнодорожных составов и автомобилей на определенных линиях.

Кроме вышеперечисленных типов к узкоспециализированным судам относятся зерновозы, щеповозы, цементовозы, химовозы и т.д.

5.4. ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ ТИПОВ СУДОВ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МОРСКИХ И РЕЧНЫХ ПОРТОВ

Одним из основных и ответственных вопросов на начальной стадии проектирования морских и речных портов является выбор расчетных типов судов. В зависимости от характеристик и габаритных размеров принятых типов судов разрабатываются соответствующие технологические схемы погрузочно-разгрузочных работ, рассчитывается проектное количество причалов, назначаются размеры основных элементов и глубины акватории порта.

Совокупность принимаемых при проектировании порта расчетных типов судов в первую очередь должна отражать заданную структуру грузооборота и его объем по каждому виду груза.. При этом следует учитывать, что дедвейт, а соответственно и осадка выбираемых расчетных типов судов должна соответствовать не только заданному объему грузооборота, но и глубинам порта и прилегающих фарватеров.

В качестве расчетных следует выбирать характерные типы судов соответствующей специализации и тоннажа. При этом рассматриваются как реально существующие, так и перспективные (в том числе и зарубежные типы судов. Не следует назначать в качестве расчетных типы судов подлежащих списанию уже в период строительства порта, либо после его завершения. Исключение могут составлять только типы особо крупных серий судов.

Расчетные типы судов задают, как правило, в виде отдельных условных судов-представителей (обычно соответствующих головному судну серии) либо расчетных групп.

Суда-представители выбирают на основании задаваемых граничных условий связанных, в первую очередь, с ограничениями по приему судов определенной длины и осадки. Например, для Черноморского бассейна лимитирующим является пролив Босфор, способный пропускать суда дедевейтом до 250 тыс.т, Балтийского - Датские проливы и мелководье Финского залива и т.д.

Расчетные типы судов обычно группируют на основе их тоннажа. Примерные градации дедвейта расчетных тоннажных групп судов могут иметь следующие значения:

· универсальные сухогрузные суда: <2, 2-4, 5-8, 9-12, 13-20, >21 тыс. т;

· лесовозы: <2, 2-3, 4-7, 10-12 тыс. т;

· суда для массовых грузов: 2-5, 6-9, 10-25, 25-35, 35-60, 60-100, > 100 тыс. т;

· танкеры: <2, 4-7, 10-16, 18-32, 35-50, 100-150, 200-250, >250 тыс. т.

При выборе расчетных типов судов следует также учитывать протяженность линий, которые предстоит обслуживать порту, а также возможность применения соответствующего перегрузочного оборудования. Как показали исследования, величина оптимальной грузоподъемности расчетных типов судов пропорциональна протяженности линий и интенсивности грузовых работ. Следовательно, чем больше расстояние между портами и выше интенсивность грузовых работ, тем эффективнее оказывается использование судов большей грузоподъемности.

В зависимости от протяженности линий рекомендуются следующие ориентировочные диапазоны дедвейта судов (табл. 4.2):

Таблица 4.2

Сведения об основных эксплуатируемых и перспективных типах судов морского и речного транспорта (включая их характеристики, элементы и размерения) регулярно публикуются в виде соотвествующих каталогов и справочников.

Контрольные вопросы к лекции 5:

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОРСКИХ И РЕЧНЫХ СУДОВ

Каковы основные категории морских судов по условиям плавания?

Каковы основные категории речных судов по условиям плавания?

Как классифицируются суда по отношению к перевозкам?

Как классифицируются суда по назначению?

Как классифицируются суда по принципу движения?

Как классифицируются суда по характеру движения?

Перечислите типы главных двигателей и соответствующие им типы судов.

Дайте определения основных размерений судов.

Перечислите эксплуатационные характеристики судов.

В чем заключается различие между водоизмещением и дедвейтом судна?

В чем заключается различие между дедвейтом и каргодедвейтом судна?

В чем заключается различие между грузоподъемностью и грузовместимостью судна?

В чем заключается различие между полной и чистой грузовместимостью судна?

Дайте определение понятия «регистровая тонна».

Какие характеристики описывают отношения основных размерений судна?

Какие характеристики описывают коэффициенты полноты корпуса судна?

Перечислите основные типы грузовых судов.

На основании каких параметров производится выбор расчетных типов судов при проектировании порта?