Спосіб створення конструктивного ряду модульних композитних плавучих доків великої піднімальної сили та конструктивний вузол з’єднання понтонів модулів цих доків

Взаємозв'язана група винаходів належить до суднобудування і може бути застосована при проектуванні та будуванні композитних плавучи х доків великої піднімальної сили. Відомий спосіб [1] збільшення піднімальної сили плавучого доку, який включає з'єднування з основним понтоном додаткового понтона з понтоном-противагою, розміщуваним під днищем основного понтона. Такий спосіб забезпечує незначне збільшення піднімальної сили доку при одночасному суттєвому збільшенні осадки доку на величину висоти понтона-противаги і він пов'язаний з трудомісткими операціями заведення та фіксування додаткового понтона. Також відомий, вибраний як прототип, спосіб [2] створення композитного плавучого доку великої піднімальної сили, застосований на Херсонському державному заводі «Палада» в проекті Центрального конструкторського бюро (ЦКБ) «Ізумруд» №19371 УР, згідно з яким, як і в заявленому способі, док складається з непарної кількості модулів, кожний з яких включає понтон і встановлені на ньому вздовж його бортів металеві башти. Понтони модулів з'єднують в єдиний понтон доку із зазором за допомогою спеціального конструктивного вузла. На відміну від заявленого, спосіб передбачає розміщення функціональних приміщень, механізмів та устаткування на всіх модулях доку за індивідуальним проектом. Цей спосіб застосовують у зв'язку з обмеженими можливостями спускових засобів або стапелів заводу-виготовлювача і він передбачає звичайний трудомісткий процес проектування доку і традиційну те хнологію будування. Відомий конструктивний вузол [3] для з'єднання понтонів модулів в єдиний понтон доку, що містить монтажний стик вище рівня ватерлінії по баштах і стапель палубі. Для надання доку необхідної повздовжньої міцності прилегла до стику зона зрощування в понтоні і в башта х відповідним чином підсилюють. Як варіант такого з'єднання існує з'єднання чотирьох залізобетонних понтонів за допомогою суцільної металевої башти без проведення будь-яких робіт на понтонах. Недоліком відомої конструкції є її придатність лише для доків невеликої піднімальної сили (не вище 6 500т) та наявність трудомістких стикувальних робіт, в тому числі і бетонних, що проводяться в доку наплаву. Відомий також, вибраний як прототип, конструктивний вузол [4] для з'єднання понтонів модулів в єдиний понтон доку, що містить закладні деталі в суміжних транцях з'єднуваних понтонів модулів, з'єдн увальні конструкції у вигляді закладних деталей, підкріплених кинцями, при цьому книці не з'єднують між собою, та закладні деталі під з'єднуваними стінками корпусів башт модулів, які перекривають зазор та подовжують за межі зазору вбік кожного понтона модуля на величину, що забезпечує загальну повздовжню міцність доку, і жорстко з'єднують з понтонами та стінками корпусів башт модулів. Така конструкція не забезпечує достатньої місцевої міцності в зоні стикування книць з понтонами, в результаті чого в цих місцях з'являються тріщини, що обумовлює проведення періодичних ремонтних робіт. Крім того, наявність закладних деталей під стінками корпусів башт модулів, подовжених для забезпечення загальної міцності на значну відстань за межі зазору, невиправдано ускладнює всю конструкцію вузла. В основу першого із гр упи винаходів покладено задачу удосконалення способу створення композитних плавучи х доків великої піднімальної сили за рахунок використання модульної побудови доків, уніфікації конструктивного виконання модулів доку і побудови конструктивно ряду плавучих доків великої піднімальної сили, застосування нового виконання конструктивного вузла з'єднання понтонів модулів в єдиний понтон доку, що дозволяє значно зменшити трудомісткість проектування і терміни будування композитного плавучого доку з номенклатури ряду. В основу другого із групи винаходів покладено задачу удосконалення конструктивного вузла з'єднання понтонів модулів в єдиний понтон доку з номенклатури ряду при одночасному спрощенні його конструкції за рахунок використання існуючих закладних деталей вузла з'єднання металевих башт із залізобетонним понтоном при одночасному забезпеченні загальної міцності доку. Перша поставлена задача вирішується тим, що в способі створення конструктивного ряду модульних композитних плавучи х доків великої піднімальної сили, за яким кожний док утворюють з непарного числа модулів у складі залізобетонних понтонів і металевих башт, причому понтони модулів з'єднують в єдиний понтон доку із зазором за допомогою спеціального конструктивного вузла, згідно з винаходом один з модулів створюють базовим модулем ряду, в якому розміщують більшість потрібних функціональних приміщень, механізмів та систем і габаритні, конструктивні та вагові характеристики якого зберігають сталими, а інші модулі, так звані модулі-приставки, використовують для варіації величини піднімальної сили конструктивного ряду доків за допомогою зміни їхніх габаритних та вагових характеристик. Крім того, згідно з винаходом коефіцієнт утилізації водотоннажності базового модуля вибирають в межах hв б.м.=0,37-0,50, модулів-приставок - hв м.п.=0,60-0,70, коефіцієнт насичення механізмами, пристроями та системами базового модуля вибирають в межах hнас б.м.=0,13-0,25, а модулів-приставок - hнас м.п.=0,01-0,03. Такий спосіб створення плавучи х доків дозволяє, не змінюючи основної частини проектної документації (до 90%), створювати доки різної піднімальної сили в залежності від вимог замовників. Фактично перепроектовують тільки модуль-приставку та насичення його швартовно-буксирувальним устаткуванням і ділянками баластної системи. Це скорочує час виконання замовлення, значно знижує тр удомісткість та підвищує надійність проектування доку. Друга поставлена задача вирішується тим, що в конструктивному вузлі з'єднання понтонів модулів в єдиний понтон плавучого доку, який складається із закладних деталей в суміжних іранцях з'єднуваних понтонів модулів, з'єднувальних конструкцій та підкріплень з'єднувальних конструкцій, згідно з винаходом до складу з'єднувальних конструкцій включені подовжені в зазорі горизонтальні смуги хрестоподібних закладних деталей з'єднання металевих башт із залізобетонними понтонами, а підкріплення для них виконані у вигляді підсиленої поясками вертикальної суцільної арочної конструкції, яка простягається на всю ширину зазору між понтонами модулів. Крім того, згідно з винаходом висота арочної конструкції і закладних деталей в суміжних транцях з'єднуваних понтонів складає не менше 1,3 величини зазору між понтонами, а висота арочної конструкції в її центрі становить не менше 0,4 величини зазору між понтонами. Суть винаходу пояснюється фігурами креслення, де зображені: на Фіг.1 - загальний вигляд конструктивного ряду доків, спроектованих згідно з заявленим способом (див. таблицю), на Фіг.2 - розріз А-А на Фіг.1, на Фіг.3 - місцевий вигляд Б на Фіг.2, на Фіг.4 - розріз В-В на Фіг.3, на Фіг.5 - розріз Г-Г на Фіг.3 і на Фіг.6 - додатковий вигляд Д на Фіг.3. Заявлений спосіб реалізують таким чином. 1) Проектують базовий модуль, або вибирають апробований проект плавучого доку, який переробляють в базовий модуль конструктивного ряду плавучих доків. Згідно із заявленим способом в базовому модулі розміщують більшість механізмів, устаткування, пристроїв та систем, які будуть задовольняти головним енергетичним та іншим вимогам до доків всього ряду. Базовий модуль буде визначати також ширину, максимальну висоту понтона і башт, найбільшу осадку та інші габаритні характеристики доку. Приймають в першому наближенні значення коефіцієнтів утилізації водотоннажності ηβ і насичення ηΗΆ0 для базового модуля і модулів-приставок. Через те, що модулі-приставки в загальному випадку не містять ніяких механізмів та устаткування, крім ділянок баластної системи, електроосвітлення та деяких пристроїв швартовної та буксирувальної систем, їх коефіцієнт утилізації водотоннажності вищий, а коефіцієнт насичення механізмами, пристроями та системами нижчий, ніж відповідні коефіцієнти базового модуля. 2) Визначають числовий ряд величин піднімальної сили Lcд для доків конструктивного ряду. 3) Визначають орієнтовний ряд довжин модулів-приставок ряду із рівняння для піднімальної сили доку ряду Lcд=Lcб.м.+n×Lcм.п., де: Lcб.м. - піднімальна сила базового модуля, т; Lcм.п. - піднімальна сила модуля-приставки, т; n - кількість модулів-приставок. 4) Визначають вагу залізобетонних понтонів та башт базового та модулів-приставок за формулами Pп=kп×Lм ×Bд×Hп Pб =kб ×Lб ×bб ×(Hд-Hп), де: kп - об'ємний коефіцієнт для залізобетонного понтона, kп=0,34-0,37т/м 3; kб - об'ємний коефіцієнт для металевої башти доку, kб =0,15т/м 3; Lм - довжина модуля базового чи модуля-приставки, м; Вд - ширина доку, м; bб - ширина башти модуля базового чи модуля-приставки, м; Нд - висота доку від основної лінії (ОЛ) до топ-палуби, м; Нп - висота середня понтона модуля базового чи модуля-приставки, м; 5) Визначають повну водотоннажність базового і додаткових модулів за формулою Vм.=Lм.×Βд.×Τд., де: Tд - осадка доку при повних запасах і з прийнятим розрахунковим судном, м; 6) Визначають піднімальну силубазового і додаткових модулів за формулою Lcм.=Vм.-Pм.-Pнас, де: Lcм. - піднімальна сила модуля базового чи модуля-приставки, т; Рм. - вага модуля базового чи модуля-приставки, т; Рнас - вага механізмів, устаткування і систем модуля базового чи модуля-приставки, т, Рнас=hнас·Рм ; 7) Визначають загальну піднімальну силу доку ряду Lcд=Lcб.м.+n×Lcм.п.; 8) Якщо є розходження з прийнятими значеннями піднімальної сили доків ряду, уточнюють значення коефіцієнтів утилізації водотоннажності Lc Р hв.м. = м. hнас м. = нас.м. Vм. і насичення Рм. та роблять наступне наближення. Приклад. В таблиці наведено приклад використання запропонованого методу для створення конструктивного ряду композитних плавучих доків піднімальною силою 25000, 30000, 35000, 40000 і 50000т, тобто ряду доків, які здатні приймати судна дедвейтом до 200 000т - основної маси суден світового торгового, технічного та рибопромислового флоту. За основу взято композитний док проекту 19371 ЦКБ «Ізумруд» (м. Херсон). Оскільки довжини доку змінюють дискретно - шпаціями, то в вихідних даних прикладу вказана довжина модулів спочатку в шпаціях. Всі інші ви хідні дані визначають за даними доку, прийнятого за основу. Осадка доку з повними запасами та прийнятим розрахунковим судном дорівнює 7м. В таблиці осадка незначно варіюється від цієї величини для отримання цілих величин піднімальної сили. Розраховані схеми загального вигляду доків конструктивного ряду зображені на Фіг.1. На Фіг.2 показано розріз металевих башт доків по лінії їх з'єднання з залізобетонними понтонами базового модуля 1 і модулів-приставок 2. В запропонованому вузлі вертикальна смуга 5 і горизонтальні смуги 6 хрестоподібної закладної деталі доходять до суміжних транців з'єднуваних понтонів, як це показано на місцевому вигляді Б та розрізах В-В і ГГ (Фіг.3, 4 і 5). В бортах залізобетонних понтонів в районі суміжних транців передбачено закладні деталі 8, зв'язок котрих з бетоном і арматурними сітками бортів підсилюється анкеруванням 11. До закладних деталей 7 та 8 приварюється арочне підкріплення 9, підсилене пояском 10. Горизонтальні смуги 6 хрестоподібної закладної деталі з'єднуються смугами 7, які є їх подовженням по поперечному перерізу. Смуги 7 приварюються також до листа арочного підкріплення 9. До листа арочного підкріплення 9 безпосередньо приварюється і листова обшивка внутрішніх 3 і зовнішніх 4 бортів башт. На зовнішніх бортах до арочного підкріплення приварюють також подовження привального бруса 12. Для забезпечення достатньої місцевої міцності арочне підкріплення 9 і закладні деталі 8 повинні мати відношення своєї висоти до ширини зазору між понтонами не менше 1,3 рази, тобто bт ³ 13 , а а висота арочної конструкції в її центрі становить не менше 0,4 величини зазору між понтонами, тобто bс ³ 0,4 а Позначення наведені на Фіг.6. Таблиця Розрахунок загальних характеристик конструктивного ряду композитних плавучих доків Розмір шпації, м Довжина в шпаціях, базового модуля шт. модуля-приставки базового модуля Довжина, м модуля-приставки доку доку Ширина, м стапель-палуби башти середня понтона Висота, м доку до топ-палуби Осадка, м для з/б понтона Коефіцієнт об’ємний для башти Коефіцієнт насичення базового модуля механізмами та модуля-приставки системами Вага понтона, т Вага башти, т Вага загальна, т Водотоннажність, т Піднімальна сила, т Коефіцієнт утилізації водотоннажності базового модуля модуля-приставки базового модуля модуля-приставки базового модуля модуля-приставки базового модуля модуля-приставки доку базового модуля модуля-приставки доку базового модуля модуля-приставки Вихідні дані а 1,50 nб.м. 83 nм.-п. 9 Lб.м. 124,50 Lм.-п. 13,50 Lд 154,50 Вд 50,00 Всп 38,85 Вб 5,575 Нп 7,50 Нд 18,75 Тд 6,98 kп 0,35 kб 0,15 0,18 hнм б.м. hнм м.-п. 0,02 Розрахункові дані Рп.б.м. 16107 Рп.м.-п. 1358 Рб.б.м. 2399 Рб.м.-п. 198 Рб.м. 18506 Рм.-п. 1556 Dб.м. 43420 Dм.-п. 3662 Dд 50744 Lcб.м. 20851 Lcм.-п. 2074 Lcд 25000 0,48 hнм б.м. 0,57 hнм м.-п. 1,50 83 15 124,50 22,50 172,50 50,00 38,85 5,575 7,50 18,75 7,01 0,35 0,15 0,18 1,50 83 22 124,50 33,00 193,50 50,00 38,85 5,575 7,50 18,75 7,03 0,35 0,15 0,18 1,50 83 31 124,50 46,50 220,50 50,00 38,85 5,575 7,50 18,75 6,99 0,35 0,15 0,18 1,50 83 48 124,50 72,00 271,50 50,00 38,85 5,575 7,50 18,75 6,98 0,35 0,15 0,18 0,02 0,02 0,02 0,02 16107 2911 2399 423 18506 3334 43610 7881 59373 21042 4479 30000 0,48 0,57 16107 4463 2399 649 18506 5113 43754 12125 68003 21185 6908 35000 0,48 0,57 16107 6210 2399 903 18506 7113 43524 16780 77085 20956 9522 40000 0,48 0,57 16107 9509 2399 1383 18506 10892 43470 25663 94797 20902 14549 50000 0,48 0,57 Джерела інформації: 1. А.с. СССР №1255510, МПК4 В63С1/02 Плавучий док, опубл. 07.09.1986г., бюл. №33. 2. 19371УР-040-001. Основные положения по проектной технологии переоборудования дока.- Херсон: ГП «ЦКБ «Изумруд», 1996. 3. Дурмашкин С.Ш. и др. Постройка судов из частей, раздельно спущенных на воду.- Л.: Судостроение, 1974.- С.295-296, рис.119. 4. Патент України №1827, МПК7 В63В35/44 Плавуча споруда, опубл. 5.05.2003р., бюл. №5.