Технология судостроения. Сооружения для подъема и спуска судов при постройке и ремонте

С. В. Антоненко



            ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ


СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ПОДЪЕМА И СПУСКА СУДОВ ПРИ ПОСТРОЙКЕ И РЕМОНТЕ


Учебное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 629.12:658.512.6
ББК 39.42
     А72



Рецензенты:
д. т. н., профессор кафедры теоретической механики и сопротивления материалов Морского государственного университета им. адм. Г. И. Невельского Друзь Иван Борисович;
д. т. н., профессор департамента морской техники и транспорта Политехнического института (Школы) Дальневосточного федерального университета Бугаев Виктор Григорьевич




    Антоненко, С. В.
А72 Технология судостроения. Сооружения для подъема и спуска судов при постройке и ремонте : учебное пособие / С. В. Антоненко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 156 с. : ил.
           ISBN978-5-9729-1394-7

           Описывается спуск судов на воду, судоподъёмные и спусковые сооружения, доки, стапели, слипы, технология спуска судов, транспортные системы для судов.
           Для учебно-методического обеспечения практико-ориентированной программы бакалавриата по направлению подготовки 26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры».

                                                   УДК 629.12:658.512.6
                                                   ББК 39.42










ISBN 978-5-9729-1394-7

    © Антоненко С. В., 2023
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

    ОГЛАВЛЕНИЕ


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ............................................. 4

ВВЕДЕНИЕ....................................................... 5
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПУСКА МО.................. 9
1.1. Развитие способов спуска судов на воду................... 10
1.2. Краткие сведения о сухих доках........................... 19
1.3. Классификация и конструкция плавучих доков .............. 27
1.4. Передаточныеплавучиедоки ................................ 35
1.5. Слипы ................................................... 43
1.6. Наклонныестапели ........................................ 52
1.7. Вертикальныесудоподъёмники............................... 57
1.8. Горизонтальныестапели ................................... 59
2. ОБОРУДОВАНИЕ СТАПЕЛЬНЫХ МЕСТ, СПУСКОВЫХ И СУДОПОДЪЁМНЫХ СООРУЖЕНИЙ .............................. 64
2.1. Оборудованиесухихдоков .................................. 64
2.2. Доковыеистапельныеопорныеустройства ..................... 71
2.3. ТранспортныесистемыдляперемещенияМО ..................... 79
2.4. Крановое оборудование стапельных мест ................... 85
2.5. Балластная система плавучего дока ....................... 88
3. ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ ДОКОВЫХ ОПЕРАЦИЙ..................... 90
3.1. Понятиеотехнологиипроведениядоковых операций ............ 90
3.2. Спуск судов с наклонных стапелей......................... 95
3.3. Перемещение МО со стапельной позиции доковой набережной на плавучий передаточный док ............................. 99
4. РАСЧЁТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОКОВЫХ ОПЕРАЦИЙ................. 106
4.1. Понятие о проектировании и расчёте опорного устройства . 106
4.2. Понятие о прочности плавучего дока ..................... 109
4.3. Понятие об остойчивости плавучего дока.................. 115
4.4. Понятие о расчёте подъёма судна на слип ................ 118
5. О ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ СУДОСТРОЕНИЯ В РОССИИ.......... 120
5.1. Судостроительный комплекс «Звезда», г. Большой Камень .. 120
5.2. Центр строительства крупнотоннажных морских сооружений впос. Белокаменка........................................ 138
5.3. Северо-западный судостроительный кластер ............... 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................. 151
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ ............................................ 153

3

    СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ


АПЛ-  атомная подводная лодка                         
ВМФ-  Военно-морской флот                             
ВСП-  вертикальный судоподъёмник                      
г/п - грузоподъёмность                                
ДОУ-  доковое опорное устройство                      
ДП-   диаметральная плоскость судна                   
ДЦСС- Дальневосточный центр судостроения и судоремонта
КВЛ-  конструктивная ватерлиния                       
КЖ-   коэффициент жёсткости                           
МО-   морской объект                                  
СК-   судостроительный комплекс                       
СМЕ-  сборочно-монтажная единица                      
СПС-  судоподъёмное сооружение                        
СРЗ-  судоремонтный завод                             
СС-   сооружение для спуска судов на воду             
СТС-  самоходная транспортная система                 
ЦПУ-  центральный пост управления                     
ЦТ-   центр тяжести                                   

4

    ВВЕДЕНИЕ


     Предлагаемая вниманию читателя работа является пятой частью учебного пособия по технологии судостроения, предназначенного для учебнометодического обеспечения практико-ориентированной программы бакалавриата по направлению подготовки 26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника морской инфраструктуры».
     Первые 4 части пособия «Технология судостроения» написаны С. В. Власовым и вышли в издательстве Инфра-Инженерия в 2023 г. со следующими подзаголовками: ч. 1 - «Организация судостроительного производства»; ч. 2 -«Технология судостроительных материалов»; ч. 3 - «Технологические правила сборки и ремонта корпусных конструкций»; ч. 4 - «Оценка затрат в блочном методе постройки корпусов морских объектов». Авторы надеются, что предлагаемый читателю цикл из пяти пособий позволит охватить все основные вопросы постройки корпусов судов и других морских объектов. Некоторое внимание уделено судоремонту в той части, где технологические процессы в судостроении и судоремонте близки. В то же время судоремонт отличается рядом специфических особенностей и, безусловно, заслуживает особого рассмотрения, выходящего за рамки настоящего цикла учебных пособий.
     В последнее десятилетие в Российской Федерации немало сделано для развития судостроения. Создаются современные судостроительные комплексы, устанавливается новое технологическое оборудование, внедряются современные технологические процессы. Для работы на современных предприятиях требуются квалифицированные рабочие и инженерно-технические кадры. В то же время основная литература, посвящённая судостроительному производству, издана давно и не отражает современное состояние дел. Надеемся, что цикл пособий по технологии судостроения поможет заполнить имеющийся пробел.
     В данной части пособия рассматриваются технические средства, обеспечивающие спуск судов и других морских объектов (МО) на воду, а также близкие к ним по принципам работы сооружения, предназначенные для извлечения судов из воды с целью выполнения работ в подводной части судна (судоподъёмные сооружения). Приводятся сведения о типах этих сооружений, принципах их работы, опорно-транспортных устройствах и др. Даётся минимальное представление о методах расчётов, связанных со спуском судов на воду.
     В 2018 г. в ДВФУ было издано учебное пособие Антоненко С.В. «Технология судостроения. Ч. 3. Судоподъемные средства и сооружения. Стапели». За прошедшие годы в судостроении России произошли заметные изменения, что потребовало существенной доработки предлагаемого пособия. Несколько изменена его структура. Переработана заключительная часть, описывающая строящиеся и перспективные судостроительные предприятия. В Приморском крае крупная судостроительная верфь в г. Большой Камень - судостроительный комплекс (ССК) «Звезда» - уже выдаёт продукцию, хотя продолжает строиться.

5

На Севере (в пос. Белокаменка Мурманской области) ведётся строительство верфи, которая будет заниматься постройкой морских платформ. Модернизируется ряд действующих предприятий. В пособии приведены некоторые сведения о них.
     Многочисленные иллюстрации, преимущественно взятые из сети Интернет, должны помочь читателю получить более ясное представление об изучаемых объектах.
     Суда предназначены для плавания, но строятся они, конечно, не на воде, а на суше. Спуск судов на воду, в общем случае - операция сложная и в техническом (по используемому для этих целей оборудованию), и в технологическом (процесс перевода судна с суши на воду требует детальной проработки во избежание возникновения нештатных или аварийных ситуаций) отношении.
     Спуск на воду шлюпки или небольшого катера не вызывает особых затруднений. Мы же здесь будем говорить преимущественно о крупнотоннажных морских или речных судах и других морских объектах.
     Построенное судно периодически требуется вновь извлекать из воды для выполнения освидетельствования и ремонта (эту работу принято называть до-кованием). Для этой цели используются судоподъёмные сооружения (СПС). Многие из них конструктивно подобны сооружениям для спуска судов или даже вовсе от них не отличаются. Судно, поднятое для ремонта, после окончания работ вновь спускается на воду, так что и в технологическом отношении сооружения для спуска судов на воду и подъёма из воды схожи. Поэтому в данном разделе пособия мы будем рассматривать как спусковые (СС), так и судоподъёмные сооружения.
     Мы ограничимся описанием сооружений для спуска судов на воду и для выгрузки их на берег с целью ремонта, а также рассмотрением некоторых вопросов их эксплуатации, но не будем углубляться в проблемы проектирования СС, особенности расчётов прочностных и иных эксплуатационных качеств. Это могло бы быть темой отдельного пособия. Изложение рассчитано на студентов, обучающихся по программе прикладного бакалавриата и не имеющих глубоких теоретических знаний в области теории корабля, строительной механики корабля и др., хотя и владеющих основами знаний по специальности.
     Автор не ставил целью познакомить читателя с методами расчётного обеспечения спуска судов на воду или их докования. Этим вопросам посвящена специальная литература. Здесь указанные вопросы только лишь затрагиваются. Подробное их изучение требует углублённой теоретической подготовки и могло бы стать предметом отдельного пособия. Разнообразие методов спуска судов на воду и соответствующих сооружений требует различных подходов к расчётному обоснованию спусковых работ. В одних случаях (скажем, при всплытии судна в сухом строительном доке) требуемый объём расчётов невелик, в других же (спуск крупнотоннажного судна с продольного стапеля, накатка на безопор-ную спусковую платформу) могут потребоваться сложные и трудоёмкие расчёты. Надо полагать, что при переходе от подготовки бакалавров и магистров к специалитету (подготовке инженеров) углублённому изучению отдельных во

6

просов, лишь намеченных в предлагаемом пособии, будет уделено внимание в смежных учебных дисциплинах.
     Не рассматриваются и проблемы проектирования и расчёта сооружений, предназначенных для спуска МО на воду и подъёма их из воды на берег. Разработкой этих сооружений (за исключением плавучих доков и подобных им объектов) занимаются не кораблестроители, а представители других специальностей (гидротехники). Принципы же проектирования и расчёта плавучих доков и обычных судов во многом сходны, их изучение выходит далеко за рамки предлагаемого пособия.
     Раздел 2.1 написан С.В. Власовым, инициировавшим написание серии учебных пособий. Он также принял участие в подготовке отдельных разделов данного пособия.
     Совершенствование технологической базы отечественного судостроения является чрезвычайно актуальной задачей. В докладе экспертного совета председателя военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ в 2013 г. [1] отмечено, что «российское судостроение в том виде, в котором оно есть сейчас, -мощности, технологии - сформировалось в 1960-1970-х годах прошлого века. За исключением ряда крупнотоннажных предприятий, построенных на Украине, верфи в основном были мало- и среднетоннажными. Начиная с 1970-х годов в мировом судостроении последовательно произошли сразу три технологические революции, но СССР и Россия их пропустили.
     А) Появление больших горизонтальных построечных мест и тяжёлого кранового оборудования позволило лидерам отрасли в 1970-1977 годах осуществить переход к строительству судов крупными блоками в 500-800 тонн. Эта технология была освоена, прежде всего, верфями Японии, что значительно ускорило строительство и существенно снизило себестоимость.
     Б) Появление мощных компьютеров с графическими процессорами в 1994-1996 годах позволило перейти от плоскостного проектирования к проектированию на основе использования полнообъемных цифровых 3D-технологий, добившись высочайшей детализации проектирования (по сути, создания цифрового прототипа будущего судна). Это вывело Францию, Великобританию и США в лидеры производства программного обеспечения для судостроения.
     В) Появление возможности проектировать часть судна (блок) с полным насыщением трубопроводами и кабельными трассами с подготовкой для финального монтажа, что позволило, начиная с 2000 года, перейти к строительству судов из крупных блоков в 2-3 тыс. тонн и полукорпусов весом до 10 тыс. тонн. Это нововведение было подхвачено верфями Южной Кореи и Китая. Пропустив эти нововведения, без которых облик современной верфи немыслим, наши верфи остались на уровне развития 1970-х годов. То есть в гражданской части мы потеряли конкурентоспособность лет 30 назад, в военной - теряем сейчас».
     18 августа 2022 г. Президент РФ В.В. Путин провёл в режиме видеоконференции совещание по вопросам развития судостроительной промышлен

7

ности [2]. На совещании обсуждалось, с какими вызовами сталкиваются российские верфи, производители и заказчики судов и какие стратегические задачи стоят перед отраслью, прежде всего, перед её гражданским сегментом.
     Стратегия развития морской деятельности Российской Федерации до 2030 года [3] отмечает недостаточный уровень технической оснащённости предприятий судостроения и высокую стоимость производства.
     Морская доктрина Российской Федерации [4], утверждённая Указом Президента Российской Федерации от 31.07.2022 № 512, среди долгосрочных задач указывает на необходимость обновления морского транспортного, рыбопромыслового, военно-морского флота, технических средств освоения ресурсов Мирового океана. «Судостроение создает техническую основу для практической реализации положений Морской доктрины, обеспечивает высокий социальный эффект от сохранения и увеличения количества высококвалифицированных рабочих мест в судостроительной и смежных отраслях промышленности». Важными задачами являются «преодоление сложившегося технологического отставания в сегменте гражданского судостроения за счёт внедрения передовых методов проектирования и строительства судов; ... создание высокотехнологичных верфей для освоения производства крупнотоннажных судов и техники класса «оффшор»».
     Решение поставленных задач по совершенствованию российской судостроительной промышленности, ликвидации или, по крайней мере, снижению технологического отставания отрасли предполагает, в частности, создание современных стапельных мест и спусковых сооружений, которые рассматриваются в предлагаемом учебном пособии.

8

    1. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПУСКА МО

     Спуск на воду - лишь небольшой эпизод в жизненном цикле судна. Понятие «жизненный цикл» объектов техники в последние годы стало широко использоваться, особенно благодаря быстрому развитию компьютерных технологий, позволяющих сопровождать эти объекты от стадии разработки проекта до утилизации.
     Согласно ГОСТ Р 56136-2014, жизненный цикл - это «совокупность явлений и процессов, повторяющаяся с периодичностью, определяемой временем существования типовой конструкции изделия от её замысла до утилизации или конкретного экземпляра изделия от момента завершения его производства до утилизации».
     Отметим кратко основные этапы жизненного цикла судна.
     На основании технического предложения (технических требований) заказчика разрабатывается проект будущего судна. Проектирование ведётся в несколько стадий: эскизное проектирование, в ходе которого выбирается оптимальный вариант судна; техническое проектирование, результатом которого будет решение всех технических вопросов: определение мореходных качеств, конструкции корпуса и др.; разработка рабочей документации в объёме, позволяющем построить судно (чертежи секций корпуса, судовых устройств и систем, технологическая документация и многое другое). Решается вопрос о месте постройки судна; если будет строиться большая серия судов, к работе могут быть подключены несколько судостроительных заводов.
     Ещё до окончания процесса проектирования начинается подготовка к строительству судна: заказывается листовой и профильный прокат, судовые механизмы, оборудование и др. По мере поступления материалов ведётся резка и гибка металла (изготовление деталей); отдельные детали собираются в секции с помощью сварки. Эта работа ведётся в соответствующих цехах. Если на заводе имеется крытый цех (эллинг), размеры которого позволяют вместить судно целиком, оно формируется в этом эллинге, иначе формирование корпуса происходит на открытом стапеле или в доке.
     Затем судно спускается на воду. Именно этой стадии постройки посвящено предлагаемое учебное пособие.
     Некоторые, преимущественно небольшие суда спускаются на воду при 100% готовности. Но обычно после спуска требуется выполнение определённого перечня работ на плаву у стенки завода - достройка. Наконец, когда судно будет полностью готово, проводятся его испытания в присутствии представителей проектанта, завода-строителя, заказчика, инспекторов Регистра и, возможно, других лиц. В ходе испытаний выявляются и, по возможности, устраняются недостатки, после чего судно передаётся заказчику. При строительстве серии судов по результатам испытаний головного судна корректируется рабочая документация.

9

     1.1. Развитие способов спуска судов на воду


     Спуск судна на воду - торжественное событие, которому по традиции придаётся особый символический смысл, хотя, как только что было сказано, строительство судна не заканчивается спуском на воду. После спуска на судне проводятся достроечные работы, по завершении которых оно выходит на сдаточные испытания. После успешного завершения испытаний подписывается акт сдачи-приёмки и судно передаётся заказчику. Но именно в результате спуска судно впервые оказывается в родной стихии (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1. Боковой спуск судна

      Определение рациональной степени готовности морского объекта к моменту его спуска на воду - задача, вообще говоря, непростая. Трудозатраты на выполнение одной и той же работы на стапеле обычно меньше, чем на плаву. Но чем дольше судно занимает стапельное место, тем меньше судов за некоторый период времени сможет выпустить судостроительное предприятие; место у достроечной набережной менее лимитирующее. К тому же увеличение массы судна за счёт дополнительных работ, проведённых на стапеле, может привести к выходу нагрузок на стапель или спусковое сооружение за допустимые пределы.
      При постройке МО определённые виды работ могут выполняться только на стапеле. К ним относятся работы, обеспечивающие непроницаемость, остойчивость и прочность корпуса. Это испытания корпуса на непроницаемость; проверка обводов, главных размерений судна, нанесение марок углубления и КВЛ; установка донно-забортной арматуры; монтаж подруливающих устройств; активных и пассивных успокоителей качки (если в качестве винторулевого комплекса применяются поворотные винтовые колонки или крыльчатые движители, то их монтаж выполняется только на стапеле). Затем выполняется струнение и центровка корпусных элементов линии валопровода. Последовательно монтируются дейдвудное устройство, гребной вал, винт, баллер и перо руля (в исклю

10

чительных случаях винт и руль могут быть установлены на плаву). На жёстком стапеле выполняется предварительная центровка линии валопровода на «излом-смещение» и по нагрузкам или реакциям опор конструктивных элементов валопровода. В предспусковой стадии выполняется финальная окраска подводной части корпуса судна; установка протекторной защиты корпуса; установка элементов якорного, буксирного и швартовного устройств. Спускаемый объект обеспечивается аварийно-спасательным имуществом, оборудованием и системами, необходимыми для его безопасной постановки на воду.
      Способ спуска судна или другого морского объекта определяется типом построечного места (стапеля), а также размерами МО. При строительстве небольших лодок не требуется специальных спусковых сооружений (рис. 1.1.2). Но для спуска многотонного судна требуются значительные усилия. С давних времён люди научились использовать для этой цели силы природы. В первую очередь, это сила земного тяготения. Суда строились на наклонных стапелях, которые могли быть как продольными, так и поперечными. Для спуска на воду требовалось лишь, во-первых, подготовить поверхность, по которой будет спускаться судно, путём нанесения специального покрытия (насалки), уменьшающего трение опорной поверхности, во-вторых, освободить его от удерживающих устройств. Дальше всё произойдёт само собой (рис. 1.1.3).
      Развитием такого способа являются слипы, на которых перемещение судна по наклонной плоскости осуществляется с помощью лебёдок (см. рис. 1.1.4).
      Судно на поперечном стапеле находится в горизонтальном положении, что обычно обеспечивается косяковыми тележками. На продольном стапеле суда строятся в наклонном положении, кормой к воде, что затрудняет выполнение проверочных работ при установке секций на стапель.


Рис. 1.1.2. Спуск на воду спасательного катамарана с помощью крана (ОАО «КАМПО», подмосковный порт «Тураево»)

11