Ахтерштевень и форштевень что это
Конструкция оконечностей судна
Набор оконечностей транспортных судов отличается от набора средней части судна более значительной прочностью, так как в процессе эксплуатации судна его оконечности подвергаются ударам волн, льда, ударам о грунт (при посадке судна на мель) и пирсы (при швартовных операциях). Кормовая оконечность при работе гребных винтов подвергается еще и вибрационной нагрузке.
Носовая оконечность судна начинается форштевнем, представляющим собой усиленную балку, установленную в диаметральной плоскости. К форштевню приваривают листы наружной обшивки.
По конструкции форштевни могут быть: литыми (на крупных судах), коваными, листовыми сварными, из углового металла, труб, круглого проката и прямоугольных брусков. Литые форштевни дороги в изготовлении, но обладают высокой прочностью. Литой и сварной листовой форштевни изображены на рис. 23.
Форштевень прочно сваривают с набором носовой оконечности: обшивкой бортов, палубами, бортовыми стрингерами и вертикальным килем; все продольные балки у форштевня соединяют брештуками.
В форпике делают усиленный набор; расстояние между шпангоутами принимают: не свыше 600 мм — на морских судах и 500 мм — на судах внутреннего плавания.
В кормовой оконечности ставят усиленную балку — ахтерштевень. Ахтерштевни делают также литыми, коваными или сварными из листовой стали. Крепление ахтерштевня аналогично с креплением форштевня.
На одно- и трехвинтовых судах ахтерштевень имеет сложную форму и состоит из двух балок: носовой, через которую проходит гребной вал, — старнпост, и кормовой, к которой крепят руль,— рудерпост. Обе эти части ахтерштевня образуют замкнутую раму, в которой работает гребной винт. Типы ахтерштевней морских судов (рис. 24): литой (а) и ковано-сварной (б). В нижней своей части ахтерштевень имеет лыжину, которую сваривают с днищевой обшивкой.
На двухвинтовых судах ахтерштевень состоит только из рудерпоста. Кормовой отсек— ахтерпик делают с усиленным набором.
Ахтерштевень и форштевень что это
Набор носовой и кормовой оконечностей транспортных судов отличается от набора средней части повышенной прочностью. Оконечности судна в первую очередь подвергаются гидродинамическому давлению воды при движении судна, ударам волн и льда, ударам о пирс и мель. Кормовая оконечность подвергается еще и вибрационной нагрузке при работе винтов.
Конструкция носовой оконечности (рис. 44).
В основном рассматривается участок судна от форштевня до форпиковой (таранной) переборки, а в отдельных случаях до сечения, расположенного на расстоянии 0,15 L от форштевня в корму. Носовая оконечность начинается с форштевня (рис. 45), который прочно связывают с набором, т. е. с палубами, бортами, бортовыми стрингерами, флорами и средним днищевым стрингером. Все продольные бортовые балки, подходящие к форштевню, соединяются с брештуками. Форштевни могут быть литыми, коваными, сварными. Литые и кованые форштевни дороги в изготовлении, тяжелы, но обладают высокой прочностью. Сварные форштевни просты в изготовлении, имеют меньшую массу, но менее прочны. Шпация в форпике не превышает 600 мм.
На судах ледового плавания между основными шпангоутами ставят промежуточные. Через три-четыре шпации могут быть установлены рамные шпангоуты. Промежуточными опорами для шпангоутов являются платформы или бортовые стрингеры. Платформы ограничивают балластный отсек и другие помещения в форпике. В плоскости бортовых стрингеров в качестве распорок устанавливают холостые бимсы, на которых нет стального настила. Платформы или холостые бимсы могут опираться в ДП на продольную отбойную переборку в балластном отсеке. Отбойная переборка увеличивает прочность носовой оконечности и уменьшает влияние переливающейся жидкости при качке на поперечную остойчивость судна. По днищу в ДП идет средний днищевой стрингер, который разрезается на флорах. На крупнотоннажных судах с бульбообразной формой насоса (рис. 46) отмечается большое число вертикальных и горизонтальных диафрагм. В корму от форпиковой переборки до сечения, расположенного на расстоянии 0,15 L от форштевня, шпангоуты имеют момент сопротивления на 20 % больший, чем остальные трюмные шпангоуты. Переход от усиленного набора к обычному происходит постепенно, чтобы избежать концентрации напряжений.
На промысловых судах основой носовой оконечности корпуса судна (участка от форштевня до форпиковой переборки, а со стороны борта и днища — соответственно на протяжении 0,15 L. и 0,25 L от носового перпендикуляра) является форштевень (рис. 1.17). Это балка литой, кованой, сварной конструкции или из профильной стали (у малых маломерных судов), соединяемая с вертикальным килем средним днищевым разрезаемым на флорах стрингером. Наружная обшивка соединяется с форштевнем встык или внакрой.
Как уже отмечалось, система набора оконечностей судов поперечная (рис. 44). Шпация не превышает 600 мм. На судах ледового плавания устанавливают промежуточные шпангоуты из профильной стали, а через каждые 3—4 шпации — рамный шпангоут. Флоры выполняют в виде сварной тавровой конструкции. В форпике устанавливают через шпангоут дополнительные ряды бимсов или горизонтальных диафрагм (платформ с облегчающими вырезами), а по каждому ряду — бортовые стрингеры, образующие раму с горизонтальными ребрами жесткости форпиковой переборки, и подкрепляют кницами. При отсутствии горизонтального ребра жесткости переборки соединение усиливают кницами длиной не менее двух шпаций, доведенными до первой стойки переборки.
Бортовые стрингеры разрезают на рамных шпангоутах и форпиковой переборке, в стенках стрингеров предусматривают вырезы для прохода обыкновенных и промежуточных шпангоутов. Шпангоуты, на которых не поставлены дополнительные бимсы, соединяют со стрингерами при помощи книц. Бортовые стрингеры, палубы и платформы соединяют с форштевнем при помощи брештуков (горизонтально расположенных бракет). При размещении в форпике цистерны большой емкости в ней устанавливают отбойную переборку, являющуюся одновременно опорой для дополнительных рядов бимсов или горизонтальных диафрагм. Уменьшение силы ударов при слеминге, сопротивления воды движению судна (особенно его волновой составляющей) и др. обеспечивают увеличением заострения нижних ветвей носовых шпангоутов, а в ряде случаев — оформлением бульбообразной носовой оконечности (см. 46). В ней устанавливают вертикальные и горизонтальные диафрагмы.
Переход от усиленного набора носовой оконечности к основному набору корпуса судна выполняют от форпиковой переборки, постепенно уменьшая размеры связей. Момент сопротивления всех трюмных шпангоутов нижних твиндеков за форпиковой переборкой до сечения, удаленного от носового перпендикуляра на 0,15 L, увеличивают на 20%. Если пролет шпангоута твиндека превышает 3 м, устанавливают дополнительные бортовые стрингеры с интервалом не более 2 м, а в трюме — бортовые стрингеры, являющиеся продолжением бортовых стрингеров форпика.
Конструкция кормовой оконечности (рис. 47).
Рассматривается район судна от переборки ахтерпика в корму, включается и кормовой подзор. Основой кормовой оконечности является ахтерштевень (рис. 48), который располагается в ДП судна. Он соединяет листы наружной обшивки и создает опору перу руля и кормовому концу гребного вала. Форма ахтерштевня зависит от формы кормы, количества гребных валов, типа руля и назначения судна. Ахтерштевни сложной конфигурации проще выполнить литыми (при этом они обладают хорошей прочностью), но дороже в изготовлении. Ахтерштевень в корпусе судна соединяется с вертикальным и горизонтальным килем.
На промысловых судах основой кормовой оконечности корпуса судна (участка от ахтерпиковой переборки в сторону кормы) является ахтерштевень (рис. 1.19), расположенный в ДП судна и одновременно обеспечивающий опору для пера руля, направляющих насадок, кормового конца гребного вала. Форма ахтерштевня зависит от формы кормового подзора (наклонной части кормовой оконечности корпуса судна, выступающей за ахтерштевень), количества гребных валов, типа пера руля или направляющей насадки, назначения судна.
При двухвальной гребной установке гребные валы выходят из корпуса вне ДП судна. В этом случае дейдвудная труба выходит через выкружки шпангоутов. Выкружки образуют путем установки фигурных флоров с вырезами для прохода дейдвудной трубы, а наружную обшивку в этом районе изгибают по обводу флоров.
Иногда гребные валы выходят наружу через мортиру — короткую трубу, прочно скрепленную с корпусом судна. Она имеет дейдвудный подшипник, создающий опору для гребного вала, и сальник, препятствующий проникновению воды внутрь корпуса судна. После выхода из мортиры гребной вал протягивается на некоторую длину в корму и у винта поддерживается кронштейном (рис. 50).
Для обеспечения прохода дейдвудной трубы высоту флоров увеличивают. С флорами ахтерштевень соединяют при помощи поперечных ребер, подошву ахтерштевня протягивают в сторону носовой оконечности судна и соединяют с горизонтальным и вертикальным килями. Усиление ахтерпика как По конструктивному оформлению, так и по размерам шпации и связей соответствует подкреплению форпика (рис. 47).
Траулеры кормового траления имеют транцевую корму (корму с прямыми очертаниями в плане и в вертикальной плоскости) и оборудуются слипом. Толщина обшивки транца до места подъема траловых досок увеличивается по сравнению с наружной обшивкой обычных судов, транец защищается от износа приварными наклонными полосами сегментного сечения диаметром не менее 70 мм.
При наличии слипа или полуслипа кормовую оконечность усиливают, устанавливая дополнительные продольные и поперечные рамные балки, распорки, переборки и полупереборки. Боковые вертикальные стенки слипа доводят до наружной обшивки днища и до ахтерпиковой переборки. Стенки слипа плавно переходят в продольные рамные подпалубные балки промысловой палубы — верхней у большинства судов или палубы бака у современных судов. Палуба слипа траулеров чаще имеет эллиптическую форму с углом наклона 35°, продольную систему набора с рамными бимсами через 3-4 шпации и расстоянием между продольными балками настила не более 600 мм. На некоторых обрабатывающих судах, где предусмотрен слип для подъема улова специальными колесными или иными транспортными устройствами, палубу слипа выполняют по поперечной системе набора.
Набор стенок слипа состоит из вертикальных стоек, которые кницами крепят к балкам набора палубы слипа и основного корпуса судна. Во всех случаях толщина настила палубы слипа на 2 мм больше толщины наружной обшивки. На судах, ведущих пелагический лов, стенки слипа подкрепляют продольными приварными сегментными полосами диаметром не менее 70 мм. Палубу и стенки слипа соединяют с наружной обшивкой при помощи скругленных по радиусу 150—200 мм листов толщиной не менее 20 мм.
Литература
Конструкция носовой и кормовой оконечностей судна
Конструкция оконечностей судна (носовая и кормовая), проектируется с усиленной прочностью, чтобы корпус мог выдержать динамические нагрузки и постоянные удары штормовых волн.
Особенности конструкций оконечностей
Оконечности судов представляют собой крайние носовую и кормовую части корпуса с резким изменением размеров и формы поперечных сечений. Эти оконечности заканчиваются мощными балками — форштевнем в носу (рис. 1) и ахтерштевнем (рис. 2) в корме. Считается, что границами этих оконечностей являются форпиковая и ахтерпиковая переборки, несмотря на то, что на значительном расстоянии до этих двух переборок имеет место значительное уменьшение поперечных сечений корпуса судна по сравнению со средней частью корпуса.
Рис. 1 Наиболее сложные современные способы создания формы и обеспечения прочности форштевней для ледоколов:
а — сварно-литой форштевень атомного ледокола «Ленин»; б — сварной листовой форштевень экспедиционного ледокола «Пересвет», построенного во время войны; в — форштевень лито-сварной транспортного судна
Носовая оконечность корпуса
Форпик и носовые диптанки служат для хранения пресной или забортной воды. Заполнение и опорожнение этих емкостей служит для создания необходимого дифферента и вообще удифферентовки судна в зависимости от требований эксплуатации. Этим же нуждам служит и ахтерпик.
Рис. 2 Сварно-литой ахтерштевень с яблоком старпоста и дейдвудом. Конструкции кормы сварного корпуса
Форпик, ахтерпик и диптанки при плавании поражением используются для увеличения осадки и дифферента на корму во избежание ледовых повреждений гребного винта и обшивки в районах, не имеющих ледовых подкреплений.
В надстройке бака, а иногда и в помещениях под главной палубой хранятся шкиперские запасы (тросы, инструмент, блоки, краски). На палубе бака размещается якорное устройство (рис. 3) с брашпилем со швартовными турачками, клюзами, цепными трубами, идущими в глубину форпика к цепным ящикам, для хранения цепей для двух становых якорей (рис. 4). Носовые обводы должны иметь достаточно большой развал бортов для удобства подъема и хранения якорей в клюзах, а также для хорошей всхожести судна на волну и уменьшения заливаемости палубы.
В сложных условиях плавания на баке должны находиться члены команды, готовые по первому требованию отдать (спустить) якоря или потравить (спустить) дополнительное количество якорной цепи за борт для удержания судна на якорях в сложных условиях стоянки при сильном ветре. Особенно сложные работы на баке выполняют члены палубной команды при буксировке судов ледоколами в тяжелых льдах при обрывах буксирных тросов, когда требуется многократная повторная подача буксиров в условиях низких температур и обмерзания.
Рис. 3 Ограждение по палубе бака, прочно приваренное к ширстреку
Большие нагрузки действуют на носовую оконечность во время качки в виде резких ударов в развал борта, днище и палубу.
Гидродинамические нагрузки в днище при малой осадке носом вызывали особенно большие повреждения вновь построенных судов. Это было результатом того, что в мировом судостроении наблюдался процесс резкого увеличения скоростей судов. С целью усовершенствования конструкций проводились многочисленные испытания во время штормов судов в водах бурных морей ДВ. Результаты этих исследований докладывались на техсовете Регистра. Поврежденные перекрытия были модернизированы с учетом внешних нагрузок, вызвавших эти повреждения.
Рис. 4 Волноотбойник на баке лесовоза-контейнеровоза
После этого в течение многих лет за модернизированными конструкциями велись наблюдения и производились усовершенствования днищевых конструкций. Однако до сих пор наблюдаются повреждения в носовой оконечности судов. Чаще всего они возникают при ходе во льдах от льдин, уходящих под корпус, или от ударов о лед. Иногда в сложных условиях при сильном волнении приходится экстренно отходить от берега, что вызывает очень большие нагрузки на волнении, избежать которых бывает невозможно (перелом «В. Чкалова» у берегов Камчатки). Большие повреждения во льдах получают суда ледового плавания.
Рис. 5 Нагрузки в развал борта в носовой оконечности и вызванные ими остаточные деформации
Гидродинамические нагрузки в развал борта (рис. 5, 6) являются причиной многочисленных, иногда опасных повреждений носовых оконечностей. Они проявляются в виде остаточных деформаций, потери устойчивости балок набора и даже разрушения обшивки. На рис. 6 показаны деформации палубы бака, а также большая трещина в бортовой обшивке в результате ударов волн.
Рассчитать величину ударных нагрузок, действующих на носовую оконечность, не представляется возможным. Для проектирования конструкций в носовой оконечности проводят эксперименты как натурные, так и с моделями (рис. 7). Одновременно с изгибом носовой оконечности происходит ее скручивание, в результате чего в верхней части бортов возникают остаточные деформации и трещины (рис. 8).
Особое внимание при проектировании носовой оконечности необходимо уделять внутренним конструкциям, расположенным в форпике:
Очень важно обеспечить постепенный переход многочисленных продольных связей под носовой надстройкой в обычный бортовой набор, продляя платформы и бортовые стрингеры в трюмах в виде стрингеров, которые обязательно должны идти на некоторой длине грузовых помещений (рис. 9).
Рис. 6 Повреждения борта и палубы носовой оконечности
Наиболее сложная и прочная конструкция носовой оконечности имеется на мощных ледоколах и судах ледового плавания, предназначенных колоть лед с разбега, когда часть прочных льдин уходит под корпус и даже мощные ледоколы, вползая на льдины, застревают во льдах, а на мелководье через льдины садятся на грунт.
Правила Регистра предусматривают минимально необходимый уровень прочности при действии ледовых нагрузок и дают рекомендации по выбору формы обводов и размеров конструкций в зависимости от ледового класса судна.
В форпике ледоколов и некоторых категорий судов ледового плавания в ДП устанавливается продольная переборка, привариваемая к форштевню (рис. 10), а стрингеры с распорными бимсами (рис. 11) заменяют облегченными платформами, имеющими вырезы.
Рис. 7 Результаты ударных испытаний судна и модели
Судам с усиленными ледовыми подкреплениями рекомендуется иметь стальные форштевни, которые изготавливаются из отдельных частей, сваренных между собой. Однако еще совсем недавно запрещалось изготовление форштевней из листов, хотя уже в годы войны в Германии был построен полностью сварной с использованием СПП ледокол, имевший листовой форштевень. Этот ледокол под названием «Пересвет» был передан по репарациям России и успешно эксплуатировался на ДВ в самых тяжелых ледовых условиях (конструкция носовой оконечности л/к «Пересвет» приводится на рис. 34 Конструкция двойного дна в районе скулы в судовом корпусе «Сплошной флор и ребра, проходящие через него»).
В требованиях Правил Регистра рекомендуется на транспортных судах использовать листовые форштевни сварной конструкции, подкрепленные бракетами, расположение которых по высоте должно согласоваться с набором корпуса. Еще во время войны на танкерах типа Т-2 использовались листовые форштевни (рис. 12), которые в эксплуатации хорошо себя зарекомендовали. Система набора в форпике, как и ахтерпике, на этих танкерах была продольной. Такую же систему набора, как и листовые форштевни, широко использовали при постройке супертанкеров с бульбовым носом (рис. 13). Такая система в носовой оконечности продолжает широко использоваться в современном судостроении. Облегчена установка набора в районах с двойной кривизной обшивки. Конструкция в носовой оконечности прежде всего зависит от ее формы, и ее прочность обеспечивается обшивкой, таранной и диаметральной переборками.
Рис. 9 Конструкция в носовой оконечности судна с ледовыми подкреплениями на класс «Л».
1 — бортовой стрингер; 2 — форпиковая переборка; 3 — настил диптанка; 4 — вертикальный киль; 5 — платформа; 6 — форштевень; 7 — верхняя палуба; 8 — палуба бака; 9 — стенка цепного ящика; 10 — отбойная переборка в ДП; 11 — основной шпангоут; 12 — промежуточный шпангоут; 13 — бимсы; 14 — промежуточный ряд бимсов между бортовыми стрингерами (холостые бимсы); 15 — кница
Необходимо надежно крепить балки к переборке форпика. При этом вся конструкция форпика должна надежно обеспечивать восприятия изгибающих моментов, перерезывающих сил при общем продольном изгибе и кручении, так же как и местных нагрузок.
Рис. 10 Конструктивный продольный разрез носовой оконечности:
а — по ДП; б — 8-й шп. (см. в нос); в — 10-й шп. (см. в. нос).
1 — платформа; 2 — стрингер; 3 — стрингер V; 4 — стрингер IV; 5 — стрингер III; 6 — стрингер II;
ВП — верхняя палуба; НП — нижняя палуба
Определенную роль в обеспечении прочности форпика играет продольная отбойная переборка в ДП, особенно при большой ширине носовых бульбов и установке распорных бимсов.
Рис. 11 Конструкция разносящего нагрузки стрингера и распорных бимсов в форпике с поперечной системой набора
Необходимо отметить, что в современных условиях для любого класса судов ледового плавания и ледоколов при использовании СПП имеется полная возможность заменить литые и кованые форштевни листовыми равной прочности.
Рис. 12 Схема конструкции форпика с листовым форштевнем на танкере типа Т-2.
1 — бак, верхняя палуба; 2, 3 — платформы; 4 — отбойная переборка; 5 — форпиковая переборка; 6 — брештук; 7 — флор, 8 — продольное ребро борта
На рис. 14 представлены отбойные переборки: продольная и поперечная на судне, имеющем бульб. Длина форпика с бульбом в некоторых случаях значительно увеличивается и разделяется несколькими переборками, а на части длины даже устраивается двойное дно (рис. 15).
Рис. 13 Два типа цепного ящика
Применение сварки упрощает раскрой листов для создания поверхности двоякой кривизны при ледовых образованиях (рис. 16, а) в районе форштевня и в районе носового бульба. Формы бульба для разных судов могут значительно отличаться в зависимости от обводов судна и от его скорости (рис. 16, б). Кроме носовых бульбов на некоторых судах кормовая оконечность также заканчивается бульбом. При транцевой корме кормовая оконечность может испытывать сильные сосредоточенные давления, отрицательно влияющие на работу механизмов, расположенных в корме (рис. 17).
Рис. 14 Продольная и поперечная отбойные переборки в форпике с бульбом
Для увеличения поперечной прочности в районе носового и кормового бульбов устанавливают поперечные переборки или мощные кольцевые рамы.
Рис. 15 Проницаемые перфорированные отбойные продольные переборки в носовых диптанках
При выборе системы набора для носовой оконечности все чаще используют продольную систему и не всегда считают, что наиболее простой системой для оконечностей является поперечная система. Полные формы образования оконечностей больших танкеров заставили пересмотреть привычные представления. Каждый раз, проектируя новое судно, необходимо производить детальные исследования.
Рис. 16 Различные образования носовой оконечности:
а — судна ледового плавания; б — бульб в составе корпуса; в — бульб, выполненный в виде отдельной секции
При выборе метода изготовления форштевней для ледоколов задаются вопросом о целесообразности и возможности замены литых и кованых форштевней сварными листовыми. Это относится и к ахтерштевням, которые уже во время войны из-за трудностей при изготовлении отливок и поковок на многих судах делались сварными из листов. Особенно тяжелые и трудоемкие отливки до сих пор изготавливаются для мощных ледоколов (см. ахтерштевень ледокола «Адм. Макаров» на рис. 18).
Рис. 17 Образование бульбов в носу и в корме
Конструкция ахтерпика и ахтерштевней
Ахтерштевень представляет собой мощную кормовую балку, служащую опорой для винтов и валопровода и воспринимающую большие неуравновешенные силы от вращающегося гребного винта. Эти усилия многократно увеличиваются на ледоколах при довольно частых потерях лопастей. Это вызывает необходимость установки мощных корпусных конструкций в ахтерпике и прочного соединения с ними ахтерштевня. Ахтерштевень, как и форштевень, является конструкцией, на которой заканчивается бортовая и частично днищевая обшивка.
Форма ахтерштевня определяется обводами кормы, которая за последние годы существенно изменилась. Действительно, яхтенная и крейсерская кормы значительно изменились в сторону их расширения и образования плоского транца. Такая корма удобна для размещения механически спускаемых по наклонным направляющим спасательных шлюпок и расположения швартовых механизмов, а иногда и кормового якорного устройства и приспособлений для буксировки аварийных судов.
Рис. 18 Ледокол в доке
С увеличением размеров судов и числа винтов, и особенно когда ахтерштевень на ледоколах выполняется совместно с рудерпостом (рис. 18), возникают трудности для закрепления тяжелого пера руля. На некоторых больших двухвинтовых судах имеется два ахтерштевня и два руля, в результате чего маневренность судна значительно увеличивается. Это особенно важно для круизных судов, совершающих сложные рейсы в малообжитых удаленных районах Мирового океана, а также для супертанкеров (рис. 19).
Рис. 19 Кормовая оконечность супертанкера с двумя гребными винтами и двумя рулями
На некоторых судах ахтерпики имеют продольные переборки, соединяемые с ахтерштевнем. На рис. 20 представлена конструкция кормовой оконечности с ахтерштевнем, выполненным из отдельных отливок, соединяемых между собой с помощью сварки. Встречаются листосварные ахтерштевни для атомных ледоколов.
Рис. 20 Конструкция кормовой оконечности транспортного рефрижератора:
а — продольный разрез; б — схема радиального набора.
1 — поворотный шпангоут; 2 — рамный шпангоут; 3 — транцевый флор; 4 — рулевой кронштейн; 5 — старнпост; 6 — яблоко старнпоста; 7 — флор; 8 — ахтерпиковая переборка; 9 — поворотный бимс; 10 — рамный бимс; 11 — бортовой стрингер
В зависимости от метода крепления пера руля к ахтерштевню изменяется конструкция ахтерштевня. На рис. 21 показан листосварной ахтерштевень, имеющий в нижней части опору для пера руля, а в верхней части ледовый выступ, охраняющий винт при движении во льдах задним ходом.
Рис. 21 Кормовая оконечность с дейдвудом, старнпостом, опорами для пера руля и ледовым зубом
На рис. 22 представлены два типа кормовой оконечности с кронштейнами для крепления рулей, а на рис. 23 — кормовая оконечность, линия гребного вала, положение винта и перо руля. В последнее время используются рулевые устройства, единственная опора руля которых находится в основном корпусе. Для сравнения на рис. 23 показан ахтерштевень с пяткой для опирания пера руля.
Рис. 22 Крейсерская (а) и транцевая (б) кормы и конструкции в ахтерпике одновинтового судна
У двухвинтовых судов (рис. 24) перо руля упирается на пятку ахтерштевня, имеющего простую форму, так как через него не проходит концевой вал и не образуется для этой цели яблоко старнпоста.
Рис. 23 Кормовая оконечность и различные конструкции крепления пера руля
Концевые валы с гребным винтом при двухвальной установке проходят из корпуса через специальные выкружки и опираются за корпусом на специальные кронштейны (рис. 25).
Рис. 24 Конструкция старнпоста двухвинтового судна
На рис. 26 показаны водонепроницаемые дейдвудные трубы, через которые проходят концевые валы, на конце которых напрессованы гребные винты.
Рис. 25 Закрепление кронштейнов гребных валов двухвинтового судна:
а — руль (в ДП между кронштейнами); б — схема установки кронштейнов
В районе дейдвуда в ахтерпике устраивается сложная система конструкций, перевязанных с конструкциями ахтерпика, воспринимающих динамические нагрузки от работы механизмов и винтов.
Особенно прочные конструкции в оконечностях делаются на ледоколах, на которые кроме переборок устраивается несколько перфорированных платформ, которые, как и палубы, подкрепляются мощным набором. Для более надежного восприятия ледовых нагрузок как в носу, так и в корме балки набора устанавливаются перпендикулярно листам обшивки, как это показано на рис. 27.
Рис. 26 Сварные кормовые оконечности в районе дейдвудной трубы
Наиболее сложная конструкция кормовой оконечности вместе с ахтерпиком получается при устройстве двух выкружек в обшивке и наборе корпуса для крепления дейдвудной трубы в каждой выкружке, охватывающей своими изогнутыми листами дейдвудный сальник. Через дейдвудную непроницаемую трубу каждый из двух валов уходит в сторону от ДП корпуса с целью размещения винтов под кормовым подзором корпуса, опираясь на кронштейны (см. рис. 25). При одновинтовой механической установке достаточной опорой концевому валу и винту служит яблоко старнпоста.
При расположении машинного отделения сразу в носу за переборкой ахтерпика его ширина, особенно в нижней части поперечного сечения, имеет небольшую величину, и в этих районах выделяют отсеки для:
Частично для хранения жидкостей используется двойное дно, которое берет начало сразу за ахтерпиковой переборкой.
Рис. 27 Поворотные шпангоуты ледокола
На рис. 28 показано поперечное сечение по машинному отделению сразу за ахтерпиком. Платформы и переборки выделяют там отдельные помещения. При очень острой оконечности и коротком ахтерпике для устройства выкружек для валов приходится его удлинять.
На рис. 29 представлена конструкция, показывающая выход валов из машинного отделения двухвинтового судна. Для создания опор гребному валу в фигурных флорах делаются выкружки, образующие вместе с согнутыми листами наружной обшивки и водонепроницаемыми дейдвудами мортиры. Эти конструкции требуют выполнения сложных гибочных операций при их изготовлении, создавая конструкции двоякой кривизны.
Рис. 28 Конструктивное поперечное сечение по машинно-котельному отделению.
1 — продольная переборка; 2 — топливная цистерна
На рис. 30 даются несколько поперечных сечений в районах по длине прохода вала, который на 10-м и 11-м шпангоутах выходит из корпуса наружу и опирается на обтекаемый кронштейн. Сразу за последним на конце концевого вала запрессовывается гребной винт. В результате снаружи корпуса по его бортам в кормовой оконечности появляются плавные обтекаемые конструкции в виде местных выпуклостей (выкружки). У кормового конца выпуклости под обшивкой устанавливается втулка — мортира.
Рис. 29 Кормовая оконечность двухвинтового судна с мортирами и кронштейнами
Мортира, как и яблоко старнпоста на валопроводе в ДП, при коротком участке вала является единственной опорой корпуса, при этом кронштейн отсутствует. Однако на большинстве судов сделать это не позволяют обводы судна. Длина участка вала до того места, где на его конец можно поставить винт с необходимым зазором от его кромок до корпуса судна, такая большая, что требуется установить кроме мортиры еще одну опору в виде кронштейна.
Рис. 30 Кронштейны и выкружки двухвинтового судна
Расчет кронштейнов гребных валов вместе с участком корпуса производится методом конечного элемента. На кронштейны валов действуют следующие усилия:
Особые условия работы мощных ледоколов в сжатых льдах в Арктике часто сопровождаются потерей лопастей, для замены которых требуется переход к базе ремонта или под прикрытие берегов. Подобные переходы ледоколов с потерянными лопастями винтов требуют особой осторожности движения. Это относится и к транспортным судам ледового плавания, которые также теряют лопасти винтов во льдах.
Рис. 31 Два однолапых кронштейна, отлитых как одно целое, и их крепление в корме судна.
1 — флор; 2 — кронштейн; 3 — ахтерштевень; 4 — наружная обшивка; 5 — флоры мортиры
Прочность кронштейнов гребных валов может рассчитываться также упрощенными методами, принимаемыми для отдельных деталей кронштейнов и местных подкреплений в корпусе.
Рис. 32 Литой кронштейн-ахтерштевень двухвинтового судна
Для транспортных судов размеры кронштейнов и деталей крепления устанавливаются в соответствии с требованиями Регистра, представляющими собой обобщенный опыт эксплуатации большого количества судов разных конструктивных типов, согласованный с международными организациями. В Правилах даются общие положения и требования к конструкции и размерам:
Размеры элементов кронштейнов гребных валов Правилами Регистра допускается определять прямым расчетом прочности. Все это относится и к расчетам сварных и литых кронштейнов сложной формы, которая иллюстрируется на рис. 31—35.
Рис. 33 Сварной двухлапый кронштейн и его крепление в корпусе.
1 — стрингер; 2 — усиленная часть стрингера; 3 — флор; 4 — продольная переборка; 5 — платформа; 6 — накладной лист; 7 — гребной вал; 8 — наружная обшивка; 9 — диафрагма
Проверочный расчет производится по наибольшим нормальным и касательным напряжениям, полученным при расчете конструкций на действие нагрузок случайного характера, которые появляются при повреждении гребных винтов, когда при потере лопасти возникают силы инерции и действуют моменты этих сил.
Рис. 34 Кронштейны из листовой стали с литыми подшипниками и крепление их внутри корпуса, сварной листовой ахтерштевень и подвеска руля
При работе судна появляется вибрация, поэтому необходимо проектировать конструкции кронштейнов и крепления их в корпусе таким образом, чтобы они обладали достаточной жесткостью, а частота их свободных колебаний была выше частоты вращения вала.
При расчете кронштейна за внешнюю нагрузку принимается неуравновешенная сила инерции поврежденного винта Р. Предполагая, что гребной вал в мортире свободно оперт, действующую нагрузку R на кронштейн можно определить из уравнения моментов относительно мортиры. Сила R может иметь любое направление в плоскости, перпендикулярной оси вала.
В случае однолапого кронштейна (см. рис. 35) при действии силы R в плоскости, проходящей через ось вала и ось лапы кронштейна, лапа растягивается силой S.
Рис. 35 Схема усилий, действующих на однолапый кронштейн
За расчетную величину усилия при проверке прочности кронштейна гребного вала принимается усилие, способное сломать вал вследствие изгиба у втулки кронштейна. При этом прочность конструкций кронштейна и подкреплений корпуса должна быть обеспечена.
Конструкции крепления кронштейна к корпусу рассчитывают на наибольшие значения действующих усилий и моментов.
На рис. 36 дана расчетная схема двухлапого кронштейна.
Рис. 36 Схема усилий, действующих на двухлапый кронштейн
Толщины листов наружной обшивки в районе ахтерштевня берутся много большими, чем у других листов корпуса, и используются два типа конструкций для установки двух типов рулей (рис. 37). Пятка ахтерштевня при постановке судна в док не должна касаться кильблоков и поэтому имеет небольшой наклон (см. рис. 37, а).
Рис. 37 Два типа ахтерштевней:
а — с пяткой; б — открытый
Большинство современных судов с бульбом в корме имеют подвесные рули (см. рис. 37, б).