Методы постройки судов и способы формирования корпуса

Наиболее важный период строительства любого современного судна связан с построечным местом, где формируется его корпус, монтируется большая часть механизмов, систем, устройств, оборудования. Этот период называется стапельным. Трудоемкость всех работ, выполняемых на построечном месте, достигает 40% общей трудоемкости постройки судна.

Технология и организация работ в стапельном периоде, а также его продолжительность определяются:

– методом организации постройки судна;

– способом постройки судна;

– схемой формирования корпуса.

В практике судостроения чаще всего применяются два метода организации постройки судов:

– на одной позиции (без перемещения судна);

– с перемещением судна по нескольким позициям (в том числе поточно-позиционный при строительстве серии судов).

При первом методе организации судно от закладки корпуса до спуска на воду строится на одном и том же построечном месте.

При втором методе организации судно строится на нескольких позициях и перемещается с позиции на позицию. За каждой позицией закрепляют определенный объем работ: формирование кормовой оконечности, формирование корпуса в целом, монтаж механизмов, установка блоков надстроек и тому подобное. Передвижка судна с позиции на позицию производиться через определенные промежутки времени – такт поточно-позиционной линии.

Такой метод организации серийной постройки судов позволяет эффективно механизировать работы на специализированных позициях и участках и способствует ритмичному выпуску судов.

Особой разновидностью организации постройки судна является раздельный метод постройки. Судно делится по длине на две части, каждая из которых строится отдельно на одном или разных построечных местах и затем спускается на воду. Стыкуются части корпуса судна в доке или на плаву. Раздельный метод применяют в тех случаях, когда длина судна превосходит размеры имеющегося построечного места или спускового сооружения.

Стыкование частей на плаву можно осуществлять с применением кессона или специально проектируемого герметизирующего устройства (рис.5.1).

 

 

Рис. 5.1. Плавучее шарнирное герметизирующее устройство.

1,2 - корпус, днищевая часть, башни; 3 –осушительный насос;

4 – воздушный клапан; 5 – винтовой талреп; 6 – лебедка; 7 – твиндек;

8 – уплотнительный контур; 9 – уплотнительные разъемы корпуса;

10 – ограничители раскрытия;11 – кингстоны;12 - шарнир;

13 – водосточный колодец; 14рабочая камера;

15 – воздухораспределительный коллектор.

 

В зависимости от конструктивно-технологических особенностей корпусов судов различают подетальный, секционный, блочный и комбинированные способы постройки судов.

Подетальный способ предусматривает сборку судна на построечном месте из отдельных деталей обшивки и набора, масса которых не превышает 2–3 тонн. Этот метод был единственным в эпоху клепаного судостроения, а настоящее время используется обычно при постройке мелких судов.

При переходе к сварному судостроению основным способ стал секционный, когда корпус судна собирают на построечном месте из отдельных секций, узлов и деталей. Этот способ применяется при постройке любых типов судов на любых типах построечных мест.

 При секционном способе применяют три схемы формирования корпуса:

–пирамидальная;

– островная;

- по отсекам.

При пирамидальной схеме (рис.5.2,а) корпус последовательно формируют по длине и высоте из отдельных предварительно изготовленных секций

Вначале устанавливают закладную днищевую секцию. Ее положение по длине определяют с учетом максимального сокращения общей продолжительности постройки судна. Чаще всего закладная секция располагается в районе машинного отделения, где сосредоточен наибольший объем монтажных работ.

Затем устанавливают, собирают и сваривают днищевые и б в нос и корму от закладной секций. На закладную секцию устанавливают секции борта, а них ставят палубные секции. Образуется первая пирамида.

Сварка нижних секций выполняется после того как собраны все выше расположенные конструкции и ведется от средней части пирамиды к оконечностям.

После проведения всех сварочных работ по первой пирамиде приступают к формированию корпуса в пределах второй пирамиды.

При пирамидальной схеме достаточно быстро формируется замкнутое поперечное сечение корпуса и появляется возможность проводить другие работы в образовавшихся судовых помещениях.

Достоинством этой схемы является достаточно быстрое формирование поперечного сечения по всей высоте корпуса, что способствует уменьшению общего продольного изгиба при сварке.

L- длина собранной части корпуса;

M – изгибающий момент от действия сил сжатия при сварке;

 – жесткость сформированной части корпуса.

Недостатком пирамидальной схемы формирования корпуса являются:

– ограниченный фронт работ на начальном этапе формирования корпуса

– невозможность вести сборочно-сварочные работы более чем в двух районах, что ведет к увеличению цикла постройки.

Для устранения этих недостатков разработана островная схема формирования корпуса (рис.5.2.,б). Корпус разбивают по длине на несколько районов («островов») и формируют их по пирамидальной схеме. Количество «островов» зависит от размеров судна и производственных условий завода. Островная схема обладает всеми преимуществами пирамидальной схемы и не имеет ее недостатков, так как значительно расширяется фронт сборочно-сварочных и монтажных работ и сокращается цикл постройки судна.

Схема формирования корпуса по отсекам (рис.5.2.,в) отличается от пирамидальной тем, что длина каждой формируемой части ограничивается длиной одного отсека – участком корпуса между двумя монтажными стыками. Сначала собирают первый отсек по верхнюю палубу, затем два смежных отсека в нос и корму от первого. Сварку ведут одновременно внутри каждого отсека. После формирования двух смежных отсеков заваривают монтажный стык между ними. Наращивание корпуса продолжается в том же порядке в нос и корму.

 

а)

б)

в)

 

 

Рис. 5.2. Схемы формирования корпуса.

а – пирамидальная; б – островная; в – по отсекам;

1 – закладная секция;  2, 3,4 – отсеки.

 

Большое значение в секционном методе имеет правильное разделение корпуса на секции. При разработке схемы разделения корпуса на секции учитываются следующие основные факторы:

- конструктивные особенности корпуса судна;

-унификация типоразмеров листового проката по длине и ширине;

технические характеристики оборудования, имеющегося в сборочно-сварочном цехе;

-габаритные размеры пролетов и ворот сборочно-сварочного цеха и эллинга;

-грузоподъемность кранового и транспортного оборудования.

При блочном способе формирования  корпус собирается из блоков, подаваемых на стапель. В качестве закладного чаще всего используется блок машинного отделения (рис.5.3). Это обеспечивает минимальную продолжительность постройки судна.

После окончания сборочных работ по каждому монтажному стыку блоки сваривают между собой. Общие сварочные деформации корпуса судна при сборке из блоков минимальны, благодаря малому количеству монтажных соединений и высокой жесткости корпуса.

Блочный способ требует высокой точности изготовления блоков, особенно в районе монтажных соединений, поскольку существенно возрастает трудоемкость пригоночных работ по стыкам.

Чтобы избежать необходимости точного изготовления крупных блоков применяют секционно – блочный способ формирования корпуса. Блоки предусматривают только в оконечностях судна и в надстройках, а цилиндрическую часть формируют из секций.

 

 

Рис. 5.3. Блочный способ формирования корпуса судна.

        1 - 10 – номера блоков и очередность их установки.

 

Блочный способ позволяет начать раньше все работы по монтажу механизмов и оборудованию помещений и благодаря этому существенно сокращает сроки постройки судов.

Важнейшим параметром постройки судна является продолжительность формирования корпуса на построечном месте. Ее можно определить путем построения территориального графика (рис.5.4). Над горизонтальной осью графика изображается разбивка судна на секции. По горизонтальной оси откладывают длину судна , а по вертикальной – продолжительность установки секций и сборки их монтажных соединений .

 – трудоемкость сборочных работ в нормо-часах;

число судосборщиков (2….8 человек);

 – коэффициент выполнения норм (обычно ).

 

 

Рис. 5.4. Территориальный график сборки кормовой оконечности судна

 

При формировании корпуса выполняются следующие сборочно-установочные операции: установка секции, проверка ее положения, стыкование обшивки, стыкование набора, притыкание набора. Суммарная трудоемкость при выполнении этих работ определяется как

Трудоемкость выполнения этих видов работ определяется по отраслевым или заводским укрупненным нормативам в зависимости от размеров конструкций и протяженности сборочных соединений.

Типы построечных мест

 

Судостроительное предприятие может иметь одно или несколько построечных мест. Построечное (стапельное) место представляет собой прочное сооружение, на базовой опорной поверхности которого строится судно. Классификация построечных мест в зависимости от условий постройки и спуска судна на воду приведена на рис.5.5.

 

Рис. 5.5. Классификация построечных мест.

 

Многие годы наиболее распространенным типом построечного места для строительства крупных и средних судов был наклонный продольный стапель (рис.5.6).

 

 

Рис. 5.6. Продольный наклонный стапель.

1 – батопорт; 2 – бетонное основание стапеля.

 

Угол , образованный наклонной плоскостью стапеля с горизонтом, называется углом уклона стапеля. Уклон выражают через тангенс этого угла:

      

Где  - высота стапеля, м;

 – длина стапеля, м

Среднее значение уклона составляет от 1/16 до 1/24 для стапелей большой длины.

Продольный стапель состоит из двух частей – надводной и подводной. Распространены стапели с батопортом, позволяющим осушать подводную часть спусковых дорожек.

На поперечном наклонном стапеле судно располагается горизонтально, параллельно береговой линии, и спускается на воду бортом.

Сборочные и проверочные работы на наклонных стапелях более трудоемки, чем на горизонтальных построечных местах, а спуск судов является неуправляемый и может быть сопряжен с опасностью. В настоящее время строительство новых наклонных стапелей не ведется, а ранее построенные стапеля постепенно выводят из эксплуатации.

В связи с увеличением выпуска судов и ростом их главных размерений судостроительные компании активно сооружали сухие строительные доки. Схема такого дока показана на рис.5.7. Док представляет собой сложное железобетонное гидротехническое сооружение с горизонтальным расположением днища ниже уровня акватории.

 

Таблица 1

Таблица 1 Рис. 5.7. Схема строительного дока.

Таблица 1 1 – портальный кран; 2 – козловой кран.

Таблица 1

Таблица 1 Доки подразделяются на доки для постройки судов дедвейтом:

-до 100 тыс. тонн,

–от 100 тыс. до 300 тыс. тонн

–от 300 тыс. до 1 млн тонн

Длина доков может быть от 300 до 1000 м, ширина от 60 до 100 м и глубина от 6 до 17 метров.

Современные сухие доки имеют затворы, которые могут разделить док на две или три строительных камеры, которые позволяют строить одновременно несколько судов или спускать их на воду в разное время. Доки бывают с одним или двумя входами. Они могут использоваться и для ремонта судов.

При формировании корпуса на наклонных построечных местах и в строительных доках спуск судна осуществляется непосредственно с построечного места.

С развитием поточно-позиционного метода постройки судов стали применять горизонтальные построечные места, представляющие собой бетонную площадку, по которой проложены рельсовые пути. По рельсовым путям на судовозных тележках перемещают весь корпус или его часть с позиции на позицию и к спусковым сооружениям. Для спуска судна необходимы дополнительные спусковые сооружения – передаточный плавучий док, вертикальный судоподъемник и другие сооружения (см. рис. 5.5).

Имеются построечные места с несколькими параллельными сборочными линиями (рис. 5.8). Если горизонтальное построечное место располагается в здании, то оно называется эллинг.

 

Рис.5.8. Комплекс сооружений верфи с двумя сборочными линиями для постройки средне-тоннажных судов.

1,2,3 – рельсовые пути; 4,6 – стены наливной док-камеры;

5 – достроечная набережная; 7 – ворота наливной док-камеры;

8 – портальные краны; 9 – мостовые краны в эллинге; 10 – стены эллинга