У всіх основних суднобудівних країнах існують свої системи розбивки навантаження на складові. У нашій країні склалося так, що діє дві системи, що, безумовно, до позитивних досягнень в галузі суднобудування НЕ віднести.
У проектних організаціях річкового транспорту розбивка мас проводиться на основі стандарту ЦТКБ НВО «Суднобудування» (Інженерний центр по виробництву продукції суднобудування). Відповідно до цього стандарту, який називається «Навантаження мас суден внутрішнього плавання», навантаження судна поділяється на розділи, групи, статті. У разі необхідності статті діляться на пункти. Стандарт передбачає наступні розділи, які позначаються великими літерами українського алфавіту: А. КОРПУС; Б. МЕХАНІЗМИ; В. СИСТЕМИ; Г. ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ І РАДІООБЛАДНАННЯ; Д. ЗАПОВНЕННЯ МЕХАНІЗМІВ І СИСТЕМ; Е. ЗВАРНІ ШВИ; Ж. ЗАПАС водотоннажністю; І. ДЕДВЕЙТ.
Розділи в свою чергу поділяються на групи. Вони позначаються римськими цифрами. Так, наприклад, розділ А. КОРПУС включає в себе наступні групи: I. Металевий корпус і надбудови; II. Неметалеві частини корпусу і надбудови; III. Обладнання приміщень; IV. Забарвлення, цементіровка, ізоляція, обробка, покриття; V. Слушні речі; VI. Суднові пристрої; VII. Палубні механізми; VIII. Постачання та інвентар; IX. Спеціальні пристрої.
Статті, які є складовими елементами груп, позначаються арабськими цифрами. Наприклад, група I. Металевий корпус і надбудови, включає в себе статті: 1. Зовнішня обшивка; 2. фальшборті; 3. Настил головної палуби і т.д.
При підрозділі статей на пункти останні позначаються малими буквами.
Групи в даному стандарті позначаються чотиризначним цифровим кодом, підгрупи - шести, а статті відповідно восьмизначним кодом. Наприклад, розділ 01.КОРПУС - складається з наступних груп: 0101 - Корпус металевий; 0102 - Підкріплення, фундаменти; 0103 - Слушні речі; 0104 - Неметалічні частини корпусу; 0105 - Покриття, забарвлення; 0106 - Ізоляція, зашивання; 0107 - Повітря в корпусі; 0108 - Обладнання приміщень, постів.
В першу групу 0101 - Корпус металевий - входять в свою чергу такі шість підгруп: 010101 - Обшивка зовнішня, настил другого дна, що примикають частини; 010102 - Дека і платформи корпусу; 010103 - перебирання корпуса; 010104 - Надбудови, рубки, щогли; 010105 - Конструкції спеціальні; 010106 - Виступаючі частини.
Як можна зробити висновок з наведеної характеристики двох систем; вони істотно відрізняються один від одного не тільки за формою розбивки навантаження на складові, а й за їхнім змістом. Так, наприклад, однаковий за назвою розділ КОРПУС в тій і іншій системі відрізняється істотно за складом входять до нього груп. Такі ж відмінності мають місце і по інших розділах, що треба мати на увазі, працюючи з навантаженням того чи іншого судна-прототипу.
до складу навантаження входять маси як самого судна, його конструкцій, механізмів, систем і т.д. так і маси, що вноситься на судно, наприклад, екіпаж, вантаж, паливо, запаси води і продовольства, баласт і інші. Останні на судні можуть бути, або не бути повністю або частково. Це так звані змінні маси. У зв'язку з цим різниться кілька характерних випадків станів навантаження судна - кілька видів його масового водотоннажності. Ці водотоннажності необхідно знати як в процесі проектування, так і при експлуатації судна, оскільки їх величина, як уже зазначалося раніше, багато в чому визначає основні навігаційні та експлуатаційні якості судна, його ефективність.
Для транспортного судна, перш за все, розрізняють водотоннажності порожньому і повне, є крайніми випадками стану навантаження (мінімальне і максимальне).
Водотоннажністю порожньому називається маса повністю побудованого судна, забезпеченого механізмами, системами, пристроями та іншими електроенергетичними системами, засобами зв'язку та управління, відповідно до затвердженої специфікації, але без екіпажу, перевезених вантажів і пасажирів, запасів палива і мастила, води, продовольства, фекально-стічних вод . Це водотоннажність відповідає доковою масі судна, яку він має після будівлі. При розрахунках водотоннажності порожньому включається ще деяка фіктивна маса, звана запасом водотоннажності.
Доречно звернути увагу на те, що в практиці експлуатації суден під водотоннажністю порожньому увазі масу судна в кінці рейсу. У цьому випадку, крім маси самого судна, в неї входять маса екіпажу і маса видаляються залишків різних запасів (палива, води і т.д.).
Повна водотоннажність, зване також «водотоннажність в його вантажу» і «водотоннажність з повним вантажем і з повними запасами», має на увазі повну масу судна як суму мас всіх розділів навантаження. Воно дорівнює сумі водотоннажності порожньому і маси екіпажу, пасажирів, вантажу, запасів палива, масла, води і продовольства.
В кожному окремому випадку вибір тих чи інших проміжних випадків навантаження обумовлюється специфікою судна, його призначенням. У проектних розрахунках при перевірці ряду навігаційних якостей, таких як остійність, міцність і інших, Правила Річкового Регістру обумовлюють стану навантаження, при яких слід зробити відповідні перевірочні оцінки. Ці випадки навантаження відповідають різним можливим станам судна в процесі експлуатації. Зокрема, для транспортних судів становить інтерес навантаження не тільки на початку рейсу, а й при підході до порту призначення, навантаження в кінці зворотного рейсу з залишками запасів палива, масла, води, з баластом чи без нього, з частково прийнятим вантажем і т. д. У зв'язку з цим у разі потреби додатково розглядають, наприклад, такі водотоннажності: 1. Судно без вантажу з 10% запасом; 2. Судно без вантажу з 100% запасом; 3. Судно без вантажу з баластом і 10% (100%) запасом; 4. Судно в вантажу з 50% запасом вантажу. При цьому потрібно мати на увазі, що під масою судна без вантажу не слід розуміти будівельну масу судна.
Розрахунок навантаження мас на початкових етапах
Маси суднових конструкцій, механізмів, устаткування, пристроїв та інших складових навантаження судна при його проектуванні визначають розрахунком за відповідними кресленнями, за технічними умовами на поставку матеріалів, механізмів, агрегатів та інших предметів, що отримуються за контрагентські постачання. Однак на початкових стадіях проектування, коли креслення ще не розроблені, а склад механізмів і обладнання не визначено, такий підхід виключається. Масу судна розраховують за укрупненими складовим (здебільшого відповідними розділами чи за їх сукупністю), величину яких знаходять в залежності від основних елементів і характеристик, що відносяться, перш за все, до числа головних невідомих проектованого водного транспортного засобу. Для цих цілей конструюються одночленні залежності виду
де - коефіцієнт пропорційності; Хn - один із сукупності основних елементів (характеристик) судна; a, b, g - показники ступеня.
Твір елементів в цих формулах в теорії проектування називають модулем, а коефіцієнт пропорційності - вимірником маси. Показники ступеня при тому чи іншому невідомому можуть бути позитивними, негативними або рівними нулю. Модуль формули складається з фізичним і геометричним міркувань і, строго кажучи, відповідно до теорії розмірностей і подібності його розмірність повинна бути такою ж, як і у маси Рi. або ця розмірність повинна виходити при множенні модуля на необхідну за змістом фізичну постійну - прискорення вільного падіння, щільність, модуль пружності матеріалу і т.д. Вимірювач маси в цьому випадку повинен бути функцією безрозмірних комбінацій, що входять в формулу елементів Хn. Однак багато практичних формули цим вимогам не задовольняють і тому коефіцієнти пропорційності (вимірювачі мас) є розмірними величинами і не відрізняються великою стабільністю, а самі формули - високою точністю. Результат виходить цілком прийнятним, якщо дані вимірювачі встановлюються шляхом перерахунку по навантаженню найбільш підходящого судна-прототипу
де j - номер судна в списку судів-прототипів, за даними якого обчислювався вимірювач i -ий складової навантаження судна.
У разі необхідності навантаження Рij попередньо «виправляються», наприклад, з урахуванням того, що навантаження прототипу і проектованого судна розраховується за різними системами (стандартам) або з метою внесення до неї змін, що враховують відмінності в частині архітектурно-конструктивного типу, класу, особливостей обладнання , пристроїв, постачання і т.д.
Нижче розглянемо методи, використовувані для розрахунку основних складових маси судна, спираючись на розбивку стосовно суден внутрішнього плавання.
Навантаження по розділу КОРПУС
Найбільшою складовою навантаження, за винятком дедвейту вантажних суден, є маса корпусу судна. Для суховантажних теплоходів внутрішнього і змішаного плавання його частка в середньому становить від 20 до 30%, а для пасажирських до 70% від повної водотоннажності судна. Крім того, в поняття КОРПУС входить значна кількість складових, багато з яких, строго кажучи, не об'єднуються єдиними функціональними залежностями. Достовірне визначення цієї маси є важливою і досить складним завданням, оскільки успішне її рішення багато в чому визначає і точність визначення маси всього судна. У свою чергу основна частка розділу КОРПУС доводиться на масу металевого корпусу. Саме вона визначає масу розділу і судна. Різні залежності, використовувані для підрахунку маси корпусу за пропозицією Л.М. Ногіда, можуть бути об'єднані в наступні чотири групи:
1. Емпіричні формули найбільш простого виду, одержані шляхом статистичної обробки навантажень побудованих або спроектованих судів і враховують їх залежність від основних елементів і характеристик.
2. Емпіричні формули, отримані на основі статистичної обробки навантажень судів з систематично змінюються елементами. Вони враховують, крім головних елементів, вплив конструктивних особливостей судна на відповідні його навантаження.
3. Формули, отримані на основі наближеного обліку умов, що визначають міцність корпусу.
4. Формули, в основу яких покладено принцип детальної розбивки корпусу на велику кількість складових з подальшим розрахунком маси цих складових.
Далі ці підходи до визначення маси корпусу розглянуті більш докладно.
Визначення маси металевого корпусу за формулами першої групи. Формули першої групи є найбільш наближеними і засновані на припущенні, що маса всього розділу і основний його складової - металевого корпусу пропорційна водотоннажності судна
де - вимірювач маси корпусу; D - водотоннажність (маса) судна.
Краще відображає фізичну сутність, а, отже, і дає більш точний результат вираз
де L, B, H - розрахункові довжина, ширина і висота борту судна; yк- вимірювач маси корпусу.
Згідно з ним маса корпусу вважається пропорційної його повного об'єму, і в формулі ця передумова представляється через пропорційність обсягу паралелепіпеда, побудованого на головні розміри судна. Твір LBH в цій формулі є модулем. Так як він має розмірність довжини в третього ступеня, то тому в теорії проектування його називають кубічним модулем.
У той же час на початкових етапах проектування, коли шуканої невідомої є зазвичай водотоннажність, більш зручно використовувати формулу (3.3), не дивлячись на меншу її точність. Для підвищення достовірності розрахунків по ній вимірювач можна виразити через вимірювач yк. має більшу стабільність. Для цього, прирівнявши праві частини виразів (3.3) і (3.4), можна отримати
Як видно з виразу (3.15), маса корпусу вважається пропорційної площі зовнішньої обшивки паралелепіпеда (понтона) зі сторонами, рівними довжині, ширині і висоті борту судна. Вимірювач маси в цьому випадку представляє собою масу корпусу, що припадає на одиницю площі (1 м 2) зовнішньої поверхні зазначеного паралелепіпеда, тоді як при використанні кубічного модуля він представляє собою масу, що припадає на 1 м 3 цього паралелепіпеда.
При поданні маси розділу корпус у вигляді суми
де Ркi - маса i -ої групи разделакорпус; Роб- маса обладнання по розділу корпус, маса устаткування корпусу досить точно визначається залежностями:
На початкових стадіях, особливо коли є близький прототип, прийнятний результат при розрахунку Роб виходить і при використанні кубічного модуля в першого ступеня.