Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 1

Transcript

1 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 1 KONSTRUKCIJA STATVI BRODA (e:stem and sternframe structures) 1. Opis statvi Pramčana i krmena statva su dijelovi kojima započinje odnosno završava struktura broda. Iz njihova položaja i značaja u strukturi potječe potreba njihove odgovarajuće konstrukcije. Osim strukturnim zahtjevima, statve moraju svojim oblikom odgovarati obliku broda te smanjivati otpor i poboljšavati ponašanje broda na moru. Osobito je važno osim vlastite čvrstoće statvi, osigurati i odgovarajuću strukturnu povezanost s cijelim trupom broda. Statve se izvode od različitih materijala: - statve od lijevanog čelika, - statve od kovanog čelika, - statve od zavarenih valjanih limova, - kombinirano, od lijevanog ili kovanog čelika i valjanih limova. Lijevana statva Kombibirana statva Lijevana statva općenito mora biti jednostavne izvedbe, sa što manjim zakrivljenostima, s poprečnim orebrenjem. Zbog teškoća u lijevanju treba izbjegavati nagle promjene debljina i primjenjivati prokušanu ljevarsku praksu. Polumjeri lijevanja moraju biti najmanje Velike lijevane statve se prave od dvaju i više odljevaka, koji se zavarivanjem spajaju u brodogradilištu. Nakon zavarivanja potrebno je izvršiti popuštanje zaostalih unutarnjih naprezanja. To se postiže grijanjem do oko 650 stupnjeva i potom laganim hlađenjem. Čelični otkivci imaju veliku otpornost na udarna opterećenja i stvaranje pukotina. Statve od kovanog čelika su obično pravokutnog, okruglog ili poluokruglog presjeka te se često koriste kod manjih brodova. Kod velikih brodova su statve obično od oblikovanih valjanih limova koje se mogu napraviti u samom brodogradilištu. Kod izrade zavarenih statvi, važno je koristiti brodograđevni čelik s dobrim svojstima zavarljivosti te kvalitetne i provjerene elektrode za zavarivanje. 2. PRAMČANA STATVA (e:stem) 2.1. Opis pramčne statve Pramčana statva je struktura kojom započinje prednji dio broda. Na pramčanoj statvi se sastaju elementi strukture dna sa vojevima bočne oplate.prije su se gradile gredne uspravne statve, koje su za posljedicu imale loše ponašanje broda na valovima i veliku mogućnost oštećenja kod sudara i ispod vodne linije. Današnje statve imaju složenije, položene oblike s izbojem rebara prema gore (e:flare), što smanjuje posrtanje a ujedno povećava radnu površinu palube. Kovani čelik je dobar za izradu donjih dijelova pramčane statve, čak i za cijelu statvu ako je jednostavnog oblika. Kod velikih trgovačkih brodova, pramčane statve se obično grade od oblikovanih valjanih limova. Grade se i kombinirane pramčane statve, obično donji dio od ljevanog ili kovanog čelika, a gornji dio od oblikovanih valjanih limova Pramčane stave od oblikovanih valjanih limova s bulbom

2 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda Opterećenja pramčane statve Pramčana statva preuzima nešto statičkih opterećenja mora, dok je pretežito opterećena uslijed dinamičkih učinaka zbog svoje izloženosti valovima. Osim toga, pramčana statva je izložena udarima o plutajuće predmete, udarima o obalu pri pristajanju i nasukanju ili sudaru. Gornji dijelovi pramčane statve trpe opterećenja i pri sidrenju, za vrijeme dizanja i spuštanja lanaca kada se brod ljulja, ili kada se sidreni lanci križaju sa statvom pri posrtanju broda. Osobito su velika opterećenja pramčane statve pri plovidbi kroz led, za što se mora posebno ojačati Konstrukcija pramčane statve Osim konstrukcije same statve, od posebne je važnosti strukturno povezivanje stave s trupom broda. To se ostvaruje pomoću čvrstih spojeva statve za palube, platforme, bočne proveze, nosače dna i druge dijelove strukture trupa. Katkada se može ukazati potreba za ugradnju dopunskih platformi i pregrada. Osobito se dobro mora izvesti spoj statve i središnjih nosača dna, pasma ili hrptenice. Zbog složenosti okolnosti u kojima djeluje pramčana statva presudnu ulogu u njezinom konstruiranju ima dugo iskustvo u plovidbi morima Gredna statva (e:bar stem) Površina presjeka gredne statve ispod vodne linije ne smije biti manja od vrijednosti dobivene po izrazu: 2 A = 1.25 L cm s Površina presjeka gredne statve se može, počevši od vodne linije umanjiti tako da na vrhu iznosi 0.75 A s Plosna statva (e:plate stem) Gredna statva Plosna statva se izvodi zavarivanjem limova, kojima debljina ne smije biti manja od iznosa dobivenih po izrazima: t = ( 008. L+ 6) k, tmax = 25 k Debljina limova plosne statve se može postupno umanjiti, počevši od 600 iznad vodne linije pa prema vrhu, na 0.8t. Plosna statva i bulb (e:bulbous bow) moraju u horizontalnom smjeru biti ukrućeni s pomoću pregrada postavljenim na razmacima ne većim od 1.0m. Debljina limova plosne statve može biti umanjena za 20% ako su pregrade postavljene na razmacima od 0.5m. Debljina limova bulb pramca ne smije biti manja od one zahtjevane za plosne statve. Struktura statve s bulbom Presjeci kroz bulb Debljina limova i dimenzije ukrepa statve na udaljenosti 0.2L iza pramčane okomice i iznad najniže vodne linije određuju se po izrazima: a) debljina lima: t = 126. s pe + tk b) ukrepe: -naprezanje uslijed savijanja: σ b 07R. eh 2 2 -smično naprezanje: τ 04. R eh -jednakovrijedno naprezanje: σekv = σ + 3τ 0. 75ReH

3 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 3 Presjeci kroz pramčanu statvu s bulbom Ako je zaobljenost limova statve velika, polumjera većeg od 200 u razini teretne vodne linije, treba se ugraditi središnja ukrepa uzduž sredine plašta, od kobilice do razine 0.15 T iznad ljetne vodne linije. Središnja ukrepa treba imati pojas na slobodnom kraju. Širina razvijenog plašta statve ne treba biti manja od propisane širine plosne kobilice. Brid pramčane statve ojačane za led Pramčana statva od oblikovanih valjanih limova Pramčana statva sastavljena od okruglog profila i limova

4 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 4 3. KRMENA STATVA (e:stern post) 3.1. Opis krmene statve Krmene statve sa simplex kormilom i ovješenim kormilom Krmena statva je dio strukture kojim završava krma broda. Na jednovijčanim brodovima (e:single screw ships) krmena statva se sastoji od statve vijka (e:propeller post) i statve kormila (e:rudder post, rudder frame). Postoji više tipova krmenih statvi na jednovijčanim brodovima. Krmena statva s visećim polubalansnim kormilom s rogom Krmena ststva sa statvom vijka Tipovi krmenih statvi

5 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 5 Na jednovijčanim brodovima, vijak se vrti u prostoru kojeg omeđuju statva vijka, statva kormila, most statve i peta statve. Statva vijka ima provrt za prolaz i oslonac osovine vijka, zbog čega se mora pojačati u tom području. Statva kormila se nalazi izvan trupa što ima za posljedicu da je slabo ukrućena i može se lako oštetiti zbog svoje izloženosti. Peta statve se diže prema svojemu kraju, pod nagibom 1/10, radi sprečavanja oštećenja kod nasukavanja. Na viševijčanim brodovima, krmene statve ne nose osovinu vijka, ali mogu nositi kormilo i eventualno mogu služiti kao oslonac skrokovima. Zračnost u području vijka, odnosno udaljenost od oplate (statve) do 0.9R određuje se po Z v( 1 sin( 0. 75γ )( B ) 3 xf izrazu: d09. D n dv m D gdje je: R - polumjer vijka, v - brzina broda u uzlovima, n - brzina vrtnje u 1/min, D - istisnina broda t d v - promjer vijka (m), γ- kut zakrivljenosti vijka u stupnjevima, Z B - visina palube kormilarnice od izložene palube, X F - udaljenost od čeone stijenke nadgrađa do najdaljeg brida krme 3.2. Opterećenja krmene statve Krmena statva mora podnijeti opterećenja uslijed sila na kormilo do kojih dolazi kod okretanja broda i pri udaru valova o list kormila. Pažnju treba posvetiti obliku krmenog dijela da se umanje uzbudne sile koje nastaju vrtnjom vijka Konstrukcija krmene statve Puna krmena statva se pravi samo za male brodove. Za velike brodove se grade lijevane krmene statve i krmene statve od zavarenih oblikovanih valjanih profila, ili kombinacije. Krmeno zrcalo omogućava bolju i jeftiniju izvedbu krmene statve. Statva brodskog vijka i statva kormila prodiru u trup i tu se čvrsto spajaju za okolnu strukturu. U području statve brodskog vijka potrebno je pojačati oplatu. Razne konstrukcijelijevanih krmenih statvi Razne konstrukcije krmene statve: starinska, od kovanih dijelova i od valjanih limova

6 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 6 Donji dio krmene statve na jednovijčanim brodovima mora se protezati najmanje 3 razmaka rebara od prednjeg brida izlaznog ležaja vratila (e:fore edge of the boss) pa prema naprijed. Za ostale brodove to protezanje iznosi dva razmaka rebara i to od krmenog brida statve. Statvena cijev prolazi kroz rebrenice i spaja se za njih zavarivanjem. Krmene statve se trebaju oblikovati s blagim i zaobljenim prijelazima na krmi broda da bi se smanjile koncentracije naprezanja. Debljina limova krme zavarene konstrukcije za dvovijčane brodove (e:twin screw vessels) ne smije biti manja od vrijednosti dobivene po izrazima: t = ( 007. L+ 50. ) k, tmax = 220. k Presjek kroz krmenu statvusatavljenu od valjanh limova Presjek kroz statvu vijka Statva vijka (e:propeller post) Dimenzije pravokutne pune statve vijka određuje se po izrazima: l=1.4l+90 i b=1.6l+15. Ako se primjenjuju neki drugi oblici koji nisu pravokutni, moment otpora presjeka ne smije biti manji od momenta koji odgovara pravokutnom. Dimenzije statve vijka zavarene izvedbe određuju se po izrazima: l = 50 L b= 36 L t = 24. L k Moment otpora s obzirom na uzdužnu os statvi vijka, kako lijevane tako i zavarene (koja nije ista kao na prethodnoj 32 / 3 slici), ne smije biti manja od: Wx = 12. L k cm Debljina stijenke statvene cijevi u području statvi vijka određuje se po izrazu: tsc = 01. dv + 56 gdje je dv promjer vratila vijka. Svi zavareni spojevi između statve vijka i statvene cijevi moraju biti potpuno provareni. Statve vijka različitog oblika za manje brodove

7 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda Statva kormila (e:rudder post) Moment otpora statve kormila s obzirom na uzdužnu os, ne smije biti manja od vrijednosti: W= CR l k cm gdje je: l - nepoduprti raspon statve kormila u m, C R - sila na kormilo N. Registar može zahtijevati izravni proračun èvrstoće statve kormila zbog male krutosti pete statve u y-pravcu. u tom slučaju naprezanje uslijed savijanja ne smije biti veće od σ b =85 N/ Peta statve (e:sole piece) 1 3 Moment otpora pete statve s obzirom na os z, ne smije biti manji od vrijednosti: W B x k Z = cm 80 gdje je: B 1 - reakcija u donjem osloncu, otprilike B 1 =CR/2, x - udaljenost od osi kormila do provjeravanog presjeka m, x min =0.5 l 50 x max =l 50 Moment otpota W Z se može umanjiti za 15% ako je statva kormila izvedena prema gornjim zahtjevima. Moment otpora s obzirom na os y ne smije biti manji od vrijednosti dobivene prema izrazima: -ako nema statve kormila ni osovine kormila: W y =W Z /2 -za izvedbu sa statvom kormila ili s osovinom kormila: W y =W Z /3 Površina poprečnog presjeka na mjestu x=l. ne smije biti manja od iznosa: A x =(B 1 k)/48 2 Peta stave Jednakovrijedna naprezanja na bilo kojem mjestu po duljini l 50 ne smije biti veće od vrijednosti dobivene po izrazima: B1 x 2 σekv = σb + 3τ = 115/ k N/, σ b = N/, τ = B 1 2 N/ Wz As Rog polubalansnog kormila (e:rudder horn of semi spade rudders) Raspored momenata savvijanja, smičnih sila i momenata torzije, određuje se prema izrazima: -moment savijanja: M b =B 1 z Nm; M bmax =B 1 d Nm -smične sile: Q=B 1 N -momenti torzije: M t =B 1 e(z) Sile i momenti na rogu polubalansnog kormila

8 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 8 U svrhu određivanja privremenih dimanzija, može se uzeti kao sila u donjem osloncu (sila na štencu): B 1 = C R b/c Moment otpora roga kormila s obzirom na os x ni u kom horizontalnom presjeku ne smije biti manji od vrijednosti: W x =M b k /67 cm 3 Smično naprezanje roga kormila ni u kojem horizontalnom presjeku ne smije biti veće od vrijednosti dobivene po izrazu: τ=48/k N/ 2 Smično naprezanje se izračunava po izrazu: τ=b 1 /A h N/ 2 gdje je A h nosiva smična površina u y-smjeru u 2. Ekvivalentno naprezanje ni u kojem horizontalnom presjeku po visini ne smije biti veće od od iznosa: Mb 2 M σekv = σb + 3( τ + τt ) = 120/ k N/, σ b = N/, T 10 2 τt = N/ Wx 2 AT th A T =površina horizontalnog presjeka roga kormila na provjeravanom presjeku u 2 t h =debljina opločenja roga kormila u. Debljina opločenja roga kormila mora udovoljavati zahtjevima za ukupni moment otpora roga kormila ali ne smije biti manja od: tmin = 24. L k Presjeci kroz rog kormila Opločenje roga kormila mora biti učinkovito spojeno sa strukturom krme, na primjer spajanjem s uzdužnim nosačima. Poprečna ukrućenja roga kormila u brodskom trupu protežu se do najmanje slijedeće palube te se spajaju s rebrenicama. debljina tih rebrenica treba biti za 50% veća od inače zahtjevane za rebrenice. Središnja pregrada (pljuskača) krmenog pika mora biti spojena s strukturom roga kormila. Ako je spoj oplate broda i oplate roga kormila izveden zaobljeno, 50% zahtjevanog momenta otpora mora se ostvarivati s pomoću poprečne strukture u presjeku A-A koji se nalazi u sredini prijelaznog podruèja, tj 07R iznad početka prijelaznog područja.

9 Konstrukcija broda 2 20 Konstrukcija statvi broda 9 4. SKROKOVI I OSOVINSKE NOGAVICA (e:propeller brackets) 4.1. Opis skrokova i osovinskih nogavica Skrokovi i nogavice su podupiruće vanjske strukture na krmenom dijelu broda za osovine vijka i za vijke. Skrokovi (e:struts) su istureni oslonci pri kraju osovine vijka prema vijku, koji se ramenima skroka (e:strut arms) pričvršćuju za trup broda. Nogavice (e:boss) su strukture na kojima osovina vijka izlazi iz krmenog dijela broda i oblikom se prilagođava potrebnoj formi broda. Veliki trgovački brodovi obično imaju nogavice, a manji brodovi, a najčešće i ratni, imaju skrokove. U nekim se slučajevima ugrađuju i skrokovi i nogavice Opterećenja skrokova i osovinskh nogavica Skrokovi i nogavice Opterećenja pretežito dolaze od rada vijka. Uzima se da skrokovi i osovinske nogavice trebaju izdržati sile koje bi nastale slučajnim gubitkom jednog krila vijka. Osim toga, značajni su problemi vibracija koji potječu od djelovanja vijka. Za bolji rad vijka potrebne su velike zračnosti, a za krutost isturenih struktura skrokova i nogavica, povoljno je da su kraće Konstrukcija skrokova i osovinskh nogavica Nogavice se obično prave od lijevanog čelika ili kombinirano zavarivanjem dijelova od lijevanog čelika i valjanih limova. Nakon zavarivanja potrebno je vršiti popuštanje. Ramena skrokova treba izvesti tako da njihove osi sijeku osi vratila. Ramena skrokova trebaju prodirati kroz oplatu i spajati se sa rebrima. Kod zavarene kontstrukcije ramena, na mjestu spoja s oplatom, moraju imati prirubnicu ili zadebljani dio, ili moraju biti spojeni s oplatom na neki drugi način. Dimenzije punih ramena skrokova određuju se u ovisnosti o promjeru vijka d, prema slijedećim izrazima: debljina 0.44d, površina presjeka 0.44d 2, duljina skroka 3.00d, debljina stijenke skroka 0.35d Ramena skrokova zavarene konstrukcije moraju imati jednaku čvrstoću koja se zahtijeva i za pune konstrukcije. Obično se grade skrokovi sa dva ramena. Ako se gradi ipak skrok samo sa jednim ramnom, mora se provesti posebna analiza čvrstoće, vibracija i zamora. Izvedbe skrokova Izvedbe nogavica