RU2116926C1

RU2116926C1 - Polycylindrical pressure hull of sea-going technical facilities

Info

Publication number: RU2116926C1
Application number: RU97100090A
Authority: RU
Inventors: А.В. Кутейников; Д.М. Ростовцев; В.А. Остапенко; О.П. Орлов; Ю.А. Симонов; Ю.Б. Могутин; В.А. Постнов; М.К. Глозман; А.А. Родионов; А.И. Фрумен; В.А. Никогосьянц; Б.А. Барбанель; В.П. Виноградов; Б.Ф. Дронов; В.С. Комаров; В.В. Крылов; В.А. Самодуров; В.В. Черноусов; В.Н. Бобров; Б.В. Григорьев
Original assignee: Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит"
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: shipbuilding; designing of load-bearing hulls of submersible and surface ships and floating structures. SUBSTANCE: pressure hull is erected from modules in form of two cylindrical skins strengthened by frames and stringer located over entire perimeter of cross section of hull forming single displacement volume. EFFECT: erection of floating objects of large displacement subjected to high hydrostatic pressures from standard shipbuilding materials. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, а именно к проектированию несущих корпусов инженерных сооружений морских технических средств различного назначения - подводных лодок (ПЛ), надводных судов (НС), морских сооружений (МС). The invention relates to the field of shipbuilding, and in particular to the design of load-bearing hulls of engineering structures of marine technical equipment for various purposes - submarines (PL), surface ships (NS), marine structures (MS).

Известны конструкции подводных лодок, надводных судов, различных морских сооружений, состоящие из набора отдельных цилиндрических оболочек или корпусов другой формы, которые соединены в общую конструкцию проницаемыми, негерметичными связями (бракетами, поперечными и продольными переборками), не создающими единый герметичный объем. There are known designs of submarines, surface ships, various marine structures, consisting of a set of separate cylindrical shells or hulls of another shape, which are connected into a common structure by permeable, leaky couplings (brackets, transverse and longitudinal bulkheads) that do not create a single sealed volume.

К таким конструкциям, в частности, относятся ПЛ из двух-трех цилиндрических корпусов, надводные суда-катамараны, тримараны, стационарные сооружения нефтегазодобывающего комплекса из нескольких прочных вертикальных цилиндров. Such structures, in particular, include submarines of two or three cylindrical hulls, surface catamarans, trimarans, stationary structures of the oil and gas production complex of several strong vertical cylinders.

Корпус единого замкнутого герметичного объема, особенно больших габаритов, эффективен и применим в ряде перспективных технических разработок, как, например: глубоководные ПЛ, подводные танкеры, рудовозы, сухогрузные суда, контейнеровозы, суда других классов транспортного и гражданского назначения, стационарные подводные сооружения различного назначения (станции, причалы, строительные сооружения, хранилища продукции и т.п.), надводные суда надводно-подводного плавания. The hull of a single enclosed sealed volume, especially of large dimensions, is effective and applicable in a number of promising technical developments, such as: deep-sea submarines, submarine tankers, ore carriers, dry cargo vessels, container ships, vessels of other classes of transport and civil purposes, stationary underwater structures for various purposes ( stations, moorings, building constructions, product storage facilities, etc.), surface diving vessels.

Известна конструкция корпуса морского судна (заявка PCT, WO N 94/11239, кл. B 63 B 25/00, публ. 26.05.94), в которой корпус состоит из секций слоеного типа в виде прямолинейных наружных и внутренних пластин, соединенных между собой продольными перегородками, приваренными к обеим пластинам. Известное техническое решение не позволяет получить достаточную прочность конструкций, эксплуатируемых на значительных глубинах погружения. A known hull structure of a marine vessel (application PCT, WO N 94/11239, class B 63 B 25/00, publ. 05.26.94), in which the hull consists of sections of the puff type in the form of rectilinear outer and inner plates interconnected longitudinal partitions welded to both plates. Known technical solution does not allow to obtain sufficient strength of structures operated at significant depths of immersion.

Известна конструкция корпуса судна (патент США N 5085161, кл. B 63 B 13/02, публ. 04.02.94), в которой днище, палуба и борта судна содержат наружный и внутренний корпуса из выгнутых наружу цилиндрических стальных пластин, между которыми установлены плоские продольные оребренные пластины. Указанная конструкция не обеспечивает необходимую прочность судна, эксплуатируемого в глубоководных условиях, при этом усложнена технология выполнения сварных соединений. Известное техническое решение принято за наиболее близкий аналог заявляемого изобретения, поскольку они имеют общие существенные признаки: корпус состоит из соединенных между собой модулей, расположенных в направлении длины корпуса и ограниченных концевыми поперечными переборками с образованием замкнутого объема, при этом поперечное сечение модулей образовано плоскими пластинами и цилиндрическими элементами специальной формы. A known hull structure (US patent N 5085161, class B 63 B 13/02, publ. 02/04/94), in which the bottom, deck and sides of the vessel contain the outer and inner hull of curved outward cylindrical steel plates, between which are installed flat longitudinal finned plates. The specified design does not provide the necessary strength of the vessel, operating in deep sea conditions, while the technology of making welded joints is complicated. The known technical solution is taken as the closest analogue of the claimed invention, since they have common essential features: the housing consists of interconnected modules located in the direction of the length of the housing and bounded by end transverse bulkheads to form a closed volume, while the cross section of the modules is formed by flat plates and cylindrical elements of a special shape.

Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке конструкции корпуса, обеспечивающего создание единого большого водоизмещающего объема при обеспечении прочности на значительной глубине погружения, поскольку опыт проектирования прочных корпусов ПЛ показал, что не представляется возможным выполнить прочный корпус в виде одного цилиндра технологически приемлемого предельного диаметра для большого водоизмещающего объема с учетом требуемой по условиям прочности и устойчивости толщины обшивки, размеров набора, механических характеристик и сортамента используемого материала. The problem solved by the invention is to develop a housing design that provides the creation of a single large displacement volume while ensuring strength at a significant depth of immersion, since experience in designing strong submarine cases showed that it is not possible to make a durable case in the form of a single cylinder of a technologically acceptable maximum diameter for large displacement volume, taking into account the required strength and stability of the skin thickness, set dimensions, mechanical characteristics ISTIC and gauge of material used.

Техническим результатом изобретения является возрастание величины герметичного объема корпуса за счет предложенного соединения модулей конструкции между собой и возможность построения корпуса любого размера за счет использования модулей предложенной формы и их соединения между собой элементами в соответствии с изобретением. Этим достигается возможность применения заявленного технического решения в морских технических средствах различного назначения. The technical result of the invention is to increase the value of the sealed volume of the housing due to the proposed connection of the structural modules to each other and the ability to build the housing of any size through the use of modules of the proposed shape and their interconnection by elements in accordance with the invention. This achieves the possibility of applying the claimed technical solution in marine technical means for various purposes.

Технический результат достигается тем, что в полуцилиндрическом прочном корпусе морского технического средства, состоящем из расположенных в направлении длины корпуса модулей, ограниченных концевыми поперечными переборками с образованием замкнутого объема, в соответствии с изобретением модули размещены по всему обводу поперечного сечения корпуса, а каждый модуль выполнен в виде двух цилиндрических оболочек кругового сечения, подкрепленных шпангоутами, и прочного листового стрингера, подкрепленного поперечными балками набора, соединенными со шпангоутами круговых цилиндров и кницами в узлах соединений, а соединение смежных модулей между собой выполнено в виде стрингера, идентичного стрингеру между двумя цилиндрами модуля. The technical result is achieved by the fact that in a semicylindrical robust housing of marine technical equipment, consisting of modules located in the direction of the length of the hull of the modules, limited by end transverse bulkheads with the formation of a closed volume, in accordance with the invention, the modules are placed along the entire contour of the cross section of the hull, and each module is made in the form of two cylindrical shells of circular cross-section, supported by frames, and a durable sheet stringer, supported by transverse beams of the set, internal with frames of circular cylinders and knits in the connection nodes, and the connection of adjacent modules to each other is made in the form of a stringer, identical to the stringer between the two cylinders of the module.

Кроме того, листовой стрингер и балки его набора выполнены в виде изогнутых листов и балок малой кривизны. In addition, the sheet stringer and the beams of its set are made in the form of curved sheets and beams of small curvature.

Кроме того, соединение круговых цилиндров модуля между собой выполнено в виде двух параллельных стрингеров, что позволяет варьировать размерами конструкции при расчетах ее прочности. In addition, the connection of the module’s circular cylinders to each other is made in the form of two parallel stringers, which allows you to vary the dimensions of the structure when calculating its strength.

Предлагаемая конструкция модуля полицилиндрического прочного корпуса и корпуса в целом является новым универсальным типом конструкции несущих корпусов инженерных сооружений морских технических средств широкого назначения. The proposed design of the module of a multicylindrical strong hull and the hull as a whole is a new universal type of design of the bearing hulls of engineering structures of marine technical equipment for general purposes.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - 3, на которых представлены на фиг. 1 - поперечное сечение полицилиндрического прочного корпуса морского технического средства кругового очертания; фиг. 2 - поперечное сечение полицилиндрического прочного корпуса морского технического средства прямоугольного очертания, фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1, 2. The invention is illustrated in FIG. 1-3, in which are shown in FIG. 1 is a cross section of a poly-cylindrical strong hull marine technical means of circular shape; FIG. 2 is a cross-sectional view of a poly-cylindrical strong hull of a marine technical means of rectangular shape, FIG. 3 is a section AA in FIG. 12.

Устройство содержит (фиг. 1): обшивку 1 цилиндра диаметром d; стрингер 2 шириной l, соединяющий смежные цилиндры; круговой шпангоут 3, подкрепляющий цилиндр; бимс - поперечная балка 4, подкрепляющая лист стрингера; кницы 5 в узлах соединения шпангоута 3 цилиндра и бимса 4 стрингера 2; палубу 6 и опору палубы 7 (стенки, выгородки, пиллерсы) (в нижней части фиг. 1 и на фиг. 2 элементы 6 и 7 не приведены, но их расположение аналогично приведенному на фиг. 1 в верхней части). The device contains (Fig. 1): skin 1 of a cylinder with a diameter d; stringer 2 of width l connecting adjacent cylinders; circular frame 3, reinforcing cylinder; beams - transverse beam 4, reinforcing the stringer sheet; knits 5 in the nodes of the connection of the frame 3 of the cylinder and beam 4 stringer 2; deck 6 and the support of deck 7 (walls, partitions, pillers) (in the lower part of Fig. 1 and in Fig. 2, elements 6 and 7 are not shown, but their location is similar to that shown in Fig. 1 in the upper part).

Учитывая условия общего проектирования, в частности создание отсеков из условий непотопляемости и внутреннего размещения оборудования, предлагаемый полицилиндрический корпус предусматривает, как и у традиционного надводного судна, установку внутренних прочных межотсечных поперечных переборок (на фиг. 1 - 3 не изображены). Given the conditions of the general design, in particular the creation of compartments from the conditions of unsinkability and internal placement of equipment, the proposed poly-cylindrical hull provides, like a traditional surface vessel, the installation of internal strong inter-compartment transverse bulkheads (not shown in Figs. 1-3).

Опоры настилов 6 и продольных выгородок 7 предусмотрены на стрингерах 2 в их среднем по ширине районе. При неизменном по размерам постоянном поперечном сечении корпуса по всей его длине концевые носовая и кормовая поперечные переборки корпуса установлены с подкреплением усиленными балками набора и продольными переборками. Переход прочного корпуса к его концевым поперечным переборкам может быть выполнен конусным. The supports of floorings 6 and longitudinal partitions 7 are provided on stringers 2 in their average width region. With a constant constant cross-sectional section of the hull along its entire length, the end bow and stern transverse bulkheads of the hull are installed with reinforcement by reinforced beams of the set and longitudinal bulkheads. The transition of the durable housing to its end transverse bulkheads can be made conical.

При конкретном проектировании по условиям прочности и назначения толщин конструкции возможна установка продольных ребер жесткости на стрингерах 2 между бимсами 4. With a specific design according to the conditions of strength and design thickness, it is possible to install longitudinal stiffeners on stringers 2 between beams 4.

Притыкания палуб и других внутренних конструкций (выгородок, цистерн и т. д. ) к обводу прочного корпуса 1 в принципе не отличаются от аналогичных устройств на подводных лодках и надводных судах и могут быть выполнены в средней части пролета стрингера 2 в виде традиционных конструктивных узлов (жестких, податливых, со скользящими соединениями). The abutments of decks and other internal structures (partitions, tanks, etc.) to the contour of the solid hull 1, in principle, do not differ from similar devices on submarines and surface vessels and can be made in the middle of the span of the stringer 2 in the form of traditional structural units ( rigid, pliable, with sliding joints).

Изображенный на фиг. 1, 2 полицилиндрический прочный корпус, выполненный из стандартных модулей (АА, ББ - фиг. 3), может быть эффективно применен как основа для разработки новой конструкции корпуса надводного судна надводно-подводного плавания, выполненного в необходимых габаритах корпуса конкретного надводного судна, но способного, как подводная лодка, полностью погружаться и воспринимать значительное наружное давление. Depicted in FIG. 1, 2 a poly-cylindrical strong hull made of standard modules (AA, BB - Fig. 3) can be effectively used as the basis for the development of a new design of the hull of a surface ship for surface diving, made in the required dimensions of the hull of a specific surface ship, but capable of , like a submarine, completely submerge and absorb significant external pressure.

Очевидно, такое судно надводно-подводного плавания обладает существенно большей живучестью и непотопляемостью в сравнении с традиционным надводным судном. Obviously, such a surface-diving vessel has significantly greater survivability and unsinkability in comparison with a traditional surface-based vessel.

Эффективность предлагаемого полицилиндрического прочного корпуса морского технического средства подтверждена проектными проработками на примере его применения в качестве прочного корпуса надводного судна надводно-подводного плавания с возможностью погружения и плавания на значительной глубине. The effectiveness of the proposed poly-cylindrical strong hull of marine technical equipment is confirmed by design studies on the example of its use as a solid hull of a surface ship of surface-diving with the possibility of immersion and navigation at a considerable depth.

У надводного судна с традиционной схемой корпуса одна из основных его конструкций - палуба (поз. 6 на фиг. 1) выполняется плоской при значительных по длине (8 - 10 м) пролетах поперечных балок - бимсов 4, опертых на несколько крупных продольных подпалубных балок - карленгсов, имеющих промежуточные опоры-пиллерсы между поперечными переборками. Предлагаемый полицилиндрический прочный корпус из судостроительных сталей при толщинах обшивки цилиндров до 25 мм согласно расчетам обеспечивает прочность судна при его погружении на глубину 250/300 м при габаритах поперечного сечения корпуса, превышающих без ограничения габариты поперечного сечения корпуса традиционного надводного судна. В этом случае диаметр цилиндров 1 (фиг. 1, 2, 3) составляет 4 - 6 м; кроме того, при длине отсека не менее чем 20 м между отсечными поперечными переборками достаточно установить лишь одну промежуточную опорную плоскость, подкрепленную балками набора (в ряде случаев при определенных соотношениях размеров корпуса судна цилиндра 1 и величины внешних нагрузок не потребуется опоры вообще). In a surface vessel with a traditional hull structure, one of its main structures - the deck (item 6 in Fig. 1) is flat with a considerable length (8 - 10 m) of spans of the transverse beams - beams 4, supported on several large longitudinal deck decks - carlengs having intermediate pillars between transverse bulkheads. The proposed poly-cylindrical strong hull made of shipbuilding steels with cylinder skin thicknesses up to 25 mm according to calculations provides the strength of the vessel when it is submerged to a depth of 250/300 m with hull cross-sectional dimensions that exceed, without limitation, the hull cross-sectional dimensions of a traditional surface ship. In this case, the diameter of the cylinders 1 (Fig. 1, 2, 3) is 4-6 m; in addition, with a compartment length of not less than 20 m between the cross-section cross-section bulkheads, it is sufficient to install only one intermediate supporting plane, reinforced by the beams of the set (in some cases, with certain ratios of the dimensions of the ship’s hull of cylinder 1 and the magnitude of external loads, no support is required at all).

Проектные проработки надводного судна надводно-подводного плавания с полицилиндрическим прочным корпусом в сравнении с традиционным надводным судном показали, что при выполнении прочного корпуса из цилиндров диаметром 4 - 6 м, что в 2 - 3 раза меньше диаметров прочного корпуса современных ПЛ, и нешироких стрингеров l = 1,5 - 3 м между ними его вес несущественно отличается от веса надводного судна традиционной конструкции при тех же габаритах. The design studies of a surface-mounted scuba diving vessel with a poly-cylindrical strong hull in comparison with a traditional surface ship showed that when a sturdy hull is made of cylinders with a diameter of 4-6 m, which is 2 to 3 times smaller than the diameters of the sturdy hull of modern submarines and narrow stringers l = 1.5 - 3 m between them, its weight does not significantly differ from the weight of a traditional surface vessel with the same dimensions.

Модульная конструкция корпуса позволяет получить водоизмещающий объем практически любой величины, при этом весовой коэффициент, равный отношению веса корпуса к его объему, может быть значительно снижен по сравнению с такой характеристикой для современных ПЛ (k = 0,10 - 0,15 т/м³). Рост объема прочного корпуса при увеличении, например, поперечного сечения, не ограничивается условиями прочности, связанными с сортаментом расчетных толщин листов, а расчет усилий взаимодействия цилиндров 1 и стрингеров 2 и напряжений в них свидетельствует о достаточной работоспособности и приемлемом напряженно-деформированном состоянии конструкции.The modular design of the hull allows you to get a displacement volume of almost any size, while the weight coefficient equal to the ratio of the weight of the hull to its volume can be significantly reduced compared with this characteristic for modern submarines (k = 0.10 - 0.15 t / m ³ ) An increase in the volume of a durable case with an increase, for example, in a cross section, is not limited by the strength conditions associated with the assortment of calculated sheet thicknesses, and the calculation of the interaction forces of the cylinders 1 and stringers 2 and the stresses in them indicates sufficient operability and an acceptable stress-strain state of the structure.

Цилиндры прочного корпуса могут быть использованы для оборудования в них различных помещений, размещения судового оборудования, цистерн. Внутренний обвод цилиндров, не соприкасающихся с забортной водой, может быть выполнен проницаемым вне района цистерн и при отсутствии специальных требований по эксплуатации судна. Для регулирования уровня напряжений в элементах конструкции цилиндров и стрингеров прочного корпуса и отработки узлов их соединений целесообразно выполнение обшивки и бимсов стрингеров 2 в виде листов и балок, изогнутых по дуге большого радиуса, определяемого конкретными особенностями морского технического средства. Cylinders of a sturdy hull can be used to equip various rooms in them, place ship equipment, and tanks. The internal contour of cylinders not in contact with sea water can be made permeable outside the area of tanks and in the absence of special requirements for the operation of the vessel. To regulate the level of stresses in the structural elements of the cylinders and stringers of the strong body and to work out the nodes of their connections, it is advisable to perform the sheathing and beams of the stringers 2 in the form of sheets and beams curved along a large radius arc determined by the specific features of the marine technical means.

Заявляемое техническое решение позволяет создать из отработанных технологически элементов новый тип конструкции прочного корпуса - водоизмещающий полицилиндрический прочный корпус заданных размеров, соизмеримый по глубинам погружения с прочным корпусом подводной лодки, что открывает новые возможности в расширении номенклатуры морских технических средств, способных работать в надводно-подводных условиях (подводные лодки, надводные суда, морские сооружения). The claimed technical solution makes it possible to create a new type of construction of a robust hull from worked-out technological elements - a displacement poly-cylindrical robust hull of a given size, comparable in depth to immersion with a robust hull of a submarine, which opens up new possibilities in expanding the range of marine technical equipment capable of operating in surface-underwater conditions (submarines, surface ships, marine structures).

Claims

1. A robust housing of marine technical means of predominantly large displacement, consisting of modules located in the direction of the length of the hull, bounded by end transverse bulkheads with the formation of a closed volume, characterized in that the hull is made of polycylindrical from the modules located along the entire circumference of the cross section of the hull to form a single displacement volume , each of the modules is made in the form of two cylindrical shells of circular cross section, supported by frames, and a durable sheet stringer, reinforced by transverse beams of the set, connected to the frames of circular cylinders and knits in the nodes of the joints, and the connection of adjacent modules to each other is made in the form of a stringer identical to the stringer between the two cylinders of the module.

2. The housing according to claim 1, characterized in that the sheet stringer and the beams of its set are made in the form of curved sheets and beams of small curvature.

3. The housing according to claim 1, characterized in that the connection of the module’s circular cylinders to each other is made in the form of two parallel stringers.