Теория и практика управление судном

БУКСИРОВКА СУДОВ МОРЕМ.



Исходные данные

Судно № 1

Судно № 2

Судно № 3

Характеристика снабжения Nc

1220

1080

800

Водоизмещение, т

12700

9800

5600

Мощность силовой установки, кВт

4600

3300

2100

Скорость полного хода, м/с   

7,4,

7,5

7,0

Диаметр винта, м

4,9

4,2

3,6

Частота оборотов двигателя, 1/с

12

18

18

Длина судна между перпендикуля-рами, м

130

110

90

Характеристики

буксировочного  троса

Длина, м

200

200

180

Вес одного погонного метра, кг

6,2

5,3

4,3

Разрывная нагрузка, кН

740

650

440

Диаметр, мм

46

42

38

Модуль упругости, кН/мм2

37







1. Буксирная линия состоит из скрепленных между собой буксировочных тросов буксирующего и буксируемого судов. 

2. Для крепления буксира используются браги, поэтому длину буксирной линии необходимо принимать равной сумме длин тросов обоих судов. 

3. Буксировка производится с застопоренным винтом буксируемого судна. 

4. Водоизмещение буксирующего судна принимать равным водоизмещению по исходным данным таблицы минус (№ -1) * 20 т, где № - номер по журналу или последняя цифра шифра зачетной книжки.



Номер буксирующего судна, согласно варианта (0) – 1;

Номер буксируемого судна – 3.


1.1. Определение буксирного снабжения по правилам Морского Регистра Судоходства



Выбор размеров буксирных канатов морских транспортных (сухогрузных, наливных, пассажирских) и рыболовных судов производится в зависимости от характеристики снабжения

Nc = 2/3 + 2Bhp+ 0,1Aw,

где  - водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, т;

B - ширина судна, м;

hp - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более чем 0,25 B, м. При определении величины hp седловатость и дифферент не учитываются т.е. hp следует вычислять как сумму надводного борта и высоту бортов всех ярусов надстроек, а также рубок, имеющих ширину свыше 0,25 В. Если рубка шириной более 0,25В  располагается над рубкой шириной 0,25 В или менее, то высота последней в величину hp не включается;

Aw - площадь парусности в пределах длинь1 судна L, считая от летней грузовой ватерлинии, м2. 

Все морские суда длиной до 180 м должны быть снабжены буксирным канатом, который считается частью аварийного снабжения и используется соответственно только в аварийной ситуации. Суда длиной более 180м могут не иметь буксирного каната.

Длина буксирного каната l, м, вычисляется по формуле:

L = 160 + 0,035Nc .

Результат вычисления округляется в обе стороны до ближайших 20м. Минимальная длина каната должна быть равна 180м, однако нет необходимости принимать её более 300м, даже если по, расчету она получается большей.

Поперечное сечение (диаметр) каната выбирают согласно его разрывному усилию Рраз, кН, из условия  

Ppaз = 0,59Nc .

Ppaз = 0,59*1220 = 719,8 кН

He следует выбирать канат с разрывным усилием менее 98 кН или более 1470 кН.

Ограничение разрывного усилия каната вызвано стремлением облегчить операции по передаче каната на буксирующее судно. Ограничение длины каната обусловлено тем, что в морской практике при буксировках на волнении в дополнение к буксирному канату используются якорные цепи.

ОСТ 5.2333-80 рекомендует в качестве буксирных тросов, при использовании их без автоматических буксирных лебедок, стальные оцинкованные канаты двойной свивки типа ЛК (линейное касание), имеющие 6 х 30 = 180 проволочек и 7 органических сердечников (канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6 х 30(0+15+15) + 7 о.с. (ГОСТ 3083-80)).

Для обеспечения гибкости каната предел прочности проволоки принимают не более 1175 - 1370 Н/мм2.



1.2. Расчет максимальной и допустимой скорости буксировки на тихой воде



Максимальная скорость буксировки Vmax определяется силой тяги винта буксировщика, которая должна быть равна суммарной силе сопротивления буксируемого и буксирующего судов. Эта скорость определяется из паспортной диаграммы буксировки - графика зависимостей тяги винта буксировщика, сопротивления буксировщика и суммарного сопротивления буксировщика и буксируемого судна от скорости буксировки. Данные для построения диаграммы могут быть взяты из паспортной диаграммы буксирующего и буксируемого судов или получены расчетным способом в следующем порядке:

1. Определить сопротивление буксировщика на различных скоростях от нуля до полного хода V0:

- рассчитывается сопротивление на полном ходу:

Ro = Ne**в*p/Vo,

Ro = 4600*(0,885 – 0,00115*12*11,4)*0,98*0,99/7,4 = 437 - Буксировщик

Ro = 2100*(0,885 – 0,00115*18*9,5)*0,98*0,99/7 = 200 - Буксируемое судно

где Ne - мощность двигателя, кВт; = 4600/2100

в = 0,98; p = 0,99 – коэффициенты полезного   действия    валопровода   и   редуктрра;   

 -   пропульсивный коэффициент, определяемой по формуле Лаппа:

 = 0,885 - 0,00115n   L;   

- рассчитываются промежуточные значения сопротивления R для любой скорости хода по формуле:

R = AV2,

где  А = Ro/Vo2

А = 437/54,8 = 7,97 – Буксировщик

А = (200 + 158,8)/49 = 7,3 – Буксируемое судно 

R = 7,97*12 = 7,97

R = 7,97*22 = 31,9

R = 7,97*32 = 71,7

R = 7,97*42 = 127,5  - Буксировщик

R = 7,97*52 = 199,3

R = 7,97*62 = 286,9

R = 7,97*7,42 = 437

R = 7,3 *12 = 7,3 

R = 7,3 *22 = 29,2

R = 7,3 *32 = 65,7

R = 7,3 *42 = 116,8  - Буксируемое судно

R = 7,3 *52 = 182,5

R = 7,3 *62 = 262,8

R = 7,3 *72 = 358

- определяется сопротивление буксируемого судна для тех же скоростей хода, что и буксировщика. Расчет производится аналогично предыдущему расчету для буксирующего судна, только к сопротивлению на полном ходу Ro  добавляется сопротивление винтов буксируемого судна: 

для застопоренного винта

Rзв = 0,25D2 вVо2, 

Rзв = 0,25*3,62*72 = 158,8 – Буксируемое судно

где Dв - диаметр винта;

2. Составляем таблицу сопротивлений согласно приведенному образцу:



V, м/с

1

2

3

4

5

6

Vo

Rбукс,кН

7,3

29,2

65,7

116,8

182,5

262,8

358

RвскН

7,97

31,6

71,7

127,5

199,3

286,9

437

R. кН

15,3

60,8

137,4

244,3

371,8

549,7

795



Rбукс - сопротивление буксировщика; 

Rвс  - сопротивление буксируемого судна;

R  - суммарное сопротивление буксировщика и буксируемого судна.

3. Определяем силу тяги винта Ре:

- при скорости полного хода V0 она принимается равной сопротивле-нию Ro;

Сила тяги винта буксировщика Рe, кН, равна его. сопротивлению на полном ходу.

Во избежание грубых просчетов необходимо силу тяги винта Ре  рассчитать по контрольной формуле

Pe = 0,1Ne

Pe = 0,1*4600 = 460 кН

где; Pe - сила тяги винта буксировщика, кН;

Ne - мощность силовой устанозки буксировщика, кВт.

- в швартовном режиме (при V=0) сила тяги Рe0 , кН, вычисляется

по формуле:

Рe0 =  0,136Ne.

Рe0 = 0,136*4600 = 625,6 кН

4. По данным таблиц сопротивлений и определенным двум значениям силы тяги винта построить паспортную диаграмму буксировки (рис. 1.1).





Рис. 1.1. Паспортная диаграмма буксировки



Точка а на диаграмме определяет равенство сил тяги винта и суммарного сопротивления буксировщика и буксируемого судна, поэтому ее абсцисса - это максимальная скорость буксировки на тихой воде.

Допустимая скорость буксировки Vдоп рассчитывается из диаграммы, исходя из прочности (разрывной нагрузки) буксирной линии:

- отрезок аb соответствует сопротивлению букскируемого судна и равен в масштабе диаграммы натяжению буксирной линии, или тяге на гаке Fг при максимальной скорости буксировки. 

Контрольная формула:

V доп = √Pe / AБ + АБС



V доп = √460 / 7,97 + 10,5 = 8,06

где Ре - сила тяги винта буксировщика на полном ходу, кН;

АБ - коэффициент сопротивления буксировщика, определяемый как отношение силы сопротивления буксировщика на полном ходу, кН, к квадрату скорости полного хода, м/с. = 437/7,42 = 7,97

АБС - коэффициент сопротивления буксируемого судна, определяемый аналогично АБ, но с учетом сопротивления винта. = 358/72 = 7,3

- для получения допустимой тяги на гаке Fr доп известное значение разрывной нагрузки троса Рраз, из которого состоит однородная буксирная линия, или наименее прочного ее участка (при неоднородной буксирной линии) необходимо разделить на коэффициент запаса прочности k. Значение k определяется исходя из величины Fr:

-пpи Fr < 100кH - k =5; 

-при Fr > 300кH - k = 3;

- при 100 < Fr< 300 кН значение k  определяется интерполяцией.

Контрольная формула:

k  = √3 +   9 – 0,01Рраз

k  = √3 +   9 – 0,01*719,8 = 4,34

где Рраз - разрывная нагрузка троса, кН.

- полученное значение Fг доп сравнивается с Fг:

-  при Fг доп > Fг - Vдоп = V max       

-  при Fr доп < Fr значение Fr доп в масштабе диаграммы ставится между кривыми суммарного сопротивления и сопротивления буксировщика, как показано на рис. 1.1. Абсцисса отрезка cd определяет значение допустимой скорости буксировки на тихой воде.

Контрольная формула:

V доп =√ Fг / АБС

V доп =√ (719,8/4,37)/ 7,97 = 20,7

где АБС - размерный коэффициент сопротивления буксируемого судна, определяемый как отношение величины сопротивления буксируемого судна с учетом сопротивления винта, кН, при скорости буксировки КБ к квадрату этой скорости:

АБС = RБС / Vб2

АБС = 437/7,42 = 7,97



1.3. Расчет буксирной линий



Расчет выполняется для определения возможности буксировки на волнении при заданной высоте волны, скорости буксировки и длине буксирной линии. Необходимо отметить, что; скорость буксировки на волнении должна быть меньше допустимой скорости буксировки на тихой воде, поскольку в буксирной линии возникают дополнительные динамические нагрузки за счет орбитального движения судов на волнении.







Рис. 1.2. Схема буксирной линии



При буксировке буксирная линия принимает форму цепной линии (рис. 1.2).

Цепная линия в системе координат XOY описывается следующими уравнениями:

а = Fг/АБС; l = ash(x/a);    y = a + f = ach(x/a)

где а - параметр цепной линии, зависящий от величины горизонтальной составляющей силы ее натяжения Fг и веса единицы длины цепной линии  р. 

Из этих уравнений находим:

  x/a = arsh(1/a) =√ ln[l/a +   (l/a)2 + 1 ;

f/a = √ch(x/a) =  (l/a)2 + 1  - 1

Полученные выражения используются при расчетах буксирной линии. Для упрощения расчетов по ним составлены таблицы, входным параметром которых является величина l/а [5].



1.4. Расчет однородной буксирной линии



1.  Рассчитывается параметр буксирной линии а = FГ/PТ. Сила тяги на гаке FГ определяется по паспортной диаграмме буксировки, а вес одного метра троса в воде - по формуле РТ = 0,87р, где  р - вес одного метра троса в воздухе (выбирается из паспортных данных троса).

Fг  = 719,8  Рт = 0,87 * 6,2 = 5,4  

а = 719,8 / 5,4 = 133,3

2.Рассчитывается значение l/а и по таблицам цепной линии или согласно приведенным ранее формулам определяется расстояние между судами 

АВ = 2* на стрелка провеса f.

AB = 2* f    АВ = 

3. Сила тяги на гаке принимается равной половине разрывного усилия троса Fг = 1/2 Рраз  и вновь выполняются расчеты в соответствии с пп. 1 и 2. Определяется новое расстояние между судами А'В'.

Fг = ½ *719,8 = 359,9  ?????

4.  Вычисляется изменение расстояния между судами за счет изменения формы буксирной линии (весовая игра буксирной линии): 

в = А'В' - АВ. ???

5. Рассчитывается упругое удлинение троса буксирной линии при изменении нагрузки от Fг до 1/2 Рраз  :

y = ((0,5Pраз – Fг)/d2)*lm

y = ((0,5*719,8 – ???)/462*37)*???

где d - диаметр троса, 

lт — длина буксирной линии, 

 - упругость троса (для стали  = 37 кН/мм2).

6. Определяется суммарное изменение расстояния  = в + у, которое сравнивается с высотой волны hв:

если  > hв, то буксировка возможна с заданной скоростью, в противном случае необходимо или уменьшать скорость буксировки, или увеличивать длину буксирной линии для увеличения величины .



1.5. Особенности расчета неоднородной буксирной линии



Если буксирная линия неоднородная, т.е. состоит из двух участков, один из которых трос или якорная цепь с большим погонным весом, а другой трос с меньшим погонным весом, то расчет выполняется следующим образом.

Условно делим буксирную линию (рис. 1.3) на четыре участка цепной линии: BE, DE, DM и AM. Участок DM - дополняющий фиктивный участок цепной линии AM. Точка М - вершина цепной линии AM, от которой отсчитывается величина х для данной цепной линии.

Две цепные линии ED и МА соединяются в точке D без какого-либо перегиба, т.е. одна цепная линия плавно переходит в другую.

Буксирная линия имеет вид, представленный на рис. 1.3 (с вершиной на участке легкого троса).



Рис. 1.3. Неоднородная буксирная линия с вершиной на тросовом участке 

Длина участка DE определяется по формуле 

DE = lx = [l2m – l2ц((рц/pm)(1 – ) + )]/2(lm + lц)

где  = еач/lч .

Длина фиктивного участка DM определяется из условия равенства веса участков DM и DE:

DМ = lф = lх (рm – рц)

Расчет по формулам цепной линии для четырех участков:

АМ = lц+lф; DМ = lф; DE = lX; BE = lm-lx,

выполняется по формуле:

AB = XAM – XDM + XDE + XBE

Расчет каждого участка выполняется дважды: для Тo = Fг и Тo = Рраз 

Если при расчетах получилась величина DE меньше нуля, то это

означает, что вершина цепной линии лежит на участке более тяжелого троса

(рис. 1.4).

Расчеты такие же, как и в предыдущем случае, но с учетом того, что 

DE - фиктивный участок цепной линии BE.







Рис. 1.4. Неоднородная буксирная линия с вершиной на цепном участке


2. СНЯТИЕ СУДНА С МЕЛИ



Исходные данные к расчетам по снятию судна с мели



Исходные данные

Судно № 1

Судно

№2

Судно

№3

1

2

3

4

Осадка носом до посадки на мель, м

7,75

7,05

6,00

Осадка кормой до посадки на мель, м

7,85

- 7,25

6,00

Осадка носом после, посадки на мель, м

7,10

6,50

5,25

Осадка кормой после посадки на мель, м

8,20

7,30

6,40

Число тонн на 1 сантиметр осадки

20

16

11

Судно село на мель носовой оконечно-

44

40

36

стью. Координата X равнодействующей







силы реакции грунт, м







Продольная метацентрическая высота

136

120

100

Имеется возможность перекачать балласт







из форпика в ахтергшк, если:







вес балласта, ф 

40

35

30

 координата X форпика, м 

60

50

40

координата X ахтерпиха, м           

-60

-50

-40

Имеется возможность перекачать топли-







во из носовой цистерны в кормовую,







если:







вес топлива, ф 

30

25

20

координата X носовой цистерны, м  

30

30

25

координата X кормовой цистерны, м 

-30

-30

-25

Имеется возможность перенести груз из







носового трюма в корму, если:







вес груза, ф

40

35

30

координата X носового трюма, м

50

45

3-5

координата X кормового трюма, м

-40

-35

-25



Примечания: 1. Судно,аналогичное буксируемому судну из разд. 1 «Буксировка судов морем». 2. Пробоин и крена нет.


Задание к разд. 2 курсовой работы: 

Оценить возможности снятия судна с мели.



2.1. Силы, действующие на судно, сидящее на мели



Реакция грунта (сила давления судна на грунт). При посадке на мель уменьшается осадка судна, т.е. происходит как бы потеря его водоизмещения, которая приводит к нарушению равновесия между весом судна и силами поддержания воды.

Величина потерянного водоизмещения D определяется по формуле :

D = q(Tcp – Tcp)= 200(-0,05-(-0,55) = 200*0,6 = 120

где q - число тонн на 1 м осадки (определяется по грузовой шкале с учетом плотности воды), по условию задания = 20т на 1см = 200т на 1метр осадки.

q  =  200т    ??? 

Средняя осадка до посадки на мель рассчитывается по формуле

Тср = (Тн + Тк)/2 = (7,75 – 7,85)/2 = -0,05

где  Тн, Тк - соответственно осадки носом и кормой до посадки на мель. 

Средняя осадка после посадки на мель рассчитывается по формуле.

Т'ср = (Т'н + Т'к)/2 = (7,10 – 8,20)/2 = -0,55

где  Т'н, Т'к - осадки носом и кормой, снятые после посадки на мель.   

Реакция грунта R, кН, рассчитывается по формуле

R=g*D          R = ???*120 = 

где g - ускорение свободного  падения.

При повреждении корпуса и поступлении воды внутрь судна сила реакции грунта увеличивается на величину веса влившейся воды.

Сила присасывания грунта - прилипание к корпусу частиц грунта, создающих тем больший эффект присасывания, чем большей вязкостью обладает грунт. Наибольшее присасывание наблюдается у вязкой глины.

Сила ударов волн при длительном воздействии приводит к разрушению корпуса. При снятии с мели, как правило, оказывает положительное влияние, раскачивая корпус и тем самым уменьшая силу присасывания и силу трения корпуса о грунт.

Сила давления ветра в зависимости от направления ветра увеличивает или уменьшает тяговое усилие, необходимое для снятия судна с мели.



2.2. Снятие с мели работой машины на задний ход



Прежде всего необходимо определить:

• стягивающее усилие F, необходимое для снятия с мели,

F = fR,       F = 0.5*???

где f - коэффициент трения корпуса о грунт (зависит от характера грунта и выбирается из специальной литературы). Если характер грунта неизвестен, то f принимается равным 0,5;

• силу тяги винта на задний ход Рзх (из паспортной диаграммы тяги или расчетными методами).

Если стягивающее усилие соизмеримо с силой тяги винта, то снятие с мели возможно при работе машины на задний ход. В противном случае необходимо использовать один из методов уменьшения силы реакции грунта: дифферентование, кренование, частичную разгрузку.



2.3. Снятие с мели дифферентованием



Дифферентование используется при посадке судна на отдельную банку небольших размеров, когда место касания грунта расположено в оконечностях судна, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин. Наиболее простым способом изменения дифферента является перекачка балласта или топлива из района посадки в противоположную оконечность.

Первоначально определяется величина потери осадки АБ в месте соприкосновения с грунтом (рис. 2.1):





Рис. 2.1. Схема посадки судна на мель



АБ = Тк+(Тн - Тк)(1/2 +xa/L)

где Тн = Тн -Тн1;   Тк = ТК -Tк1; 

ха - абсцисса внешней кромки банки; = ???

L — длина судна между перпендикулярами; 

Тн,Тн1 — осадка носом до и после посадки на мель; 

Тк,Т к1 — осадка кормой до и после посадки на мель.

У судна, находящегося на плаву с осадкой  Тн и  Тк в результате продольного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого расположен в точке с абсциссой  x1, в точку с абсциссой x2 изменения осадок носом Т'н и кормой Т'к составят:

Т'н = P(x2 – x1)L/2DH;        Т'к = P(x2 – x1)L/2DH 

где D - водоизмещение при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель; 

Н - продольная метацентрическая высота; 

L - длина судна между перпендикулярами.

Далее с учетом полученных значений Т'н и Т'к определяется величина уменьшения осадки в месте касания грунта аб (рис. 2.2),

аб = Т'к + (Т'н - Т'к)(1/2 + xa/L)





Рис. 2.2, Схема изменения посадки судна при дифферентовке



Если аб > АБ, то судно после дифферентовки оказывается на плаву. В противном случае уменьшается значение силы реакции грунта. Новое значение силы реакции грунта после дифферентовки Rt можно примерно оценить по следующей формуле:

Rд - R (АБ - аб)/АБ

При приемке или снятии груза на судне, находящемся на плаву, для расчета изменения осадок носом и кормой используются следующие формулы:

Тн =+P(xL/DH+1/q);         Тк =-P(xL/DH-1/q),

где х - абсцисса центра тяжести груза.

При снятии груза его масса Р вводится со знаком (+), а водоизмещение судна уменьшается на величину снятого груза и, наоборот, при приеме груза его масса вводится со знаком (-), а водоизмещение судна увеличивается на величину принятого груза.



2.4. Снятие с мели кренованнем



Кренование применяется, когда судно село на мель одним бортом, а со стороны другого борта имеются достаточные глубины. Креновать судно можно перекачкой топлива, балласта или перемещением груза с борта, находящегося, на мели, на другой борт до тех пор, пока главная палуба не войдет в воду. 

В результате поперечного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого располагается в точке с ординатой Y1, в точку с ординатой Y2 изменения осадок бортов при креновании Т'кp  составят:

Т'кp  = +/- (P(y2 – y1)B)/2Dh

где D - водоюмещениа при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель; 

h - поперечная метацентрическая высота; 

В - ширина судна.

ВеличинаТ'кp  будет отрицательной для борта, находящегося на мели, и положительной - для борта, находящегося на плаву.

Дальнейшие действия аналогичны дифферентовке судна.



2.5. Снятие с мели с использованием частичной разгрузки



Частичная разгрузка судна применяется при посадке на мель всем корпусом, а также в случае, когда дифферентовка и кренование судна не дают положительных результатов. Разгрузка является наиболее эффективной, а иногда и единственной мерой самостоятельного снятия судна с мели и чаще всего связана с потерей части груза. Поэтому, принимая решение о частичной разгрузке, необходимо учитывать, насколько велика опасность гибели судна, если на получение помощи в ближайшее время нельзя рассчитывать.

При частичной разгрузке определяется масса груза Р, подлежащего выгрузке, с тем чтобы судно могло самостоятельно сняться с мели работой машины на задний ход:

P = (F – Pзх)/fg;       Рзх = 0,5Рпх

Порядок расчета Рпх = Рео  дан в разд. 1 "Буксировка судов морем".





Рис. 2.3. Каргоплан судна



Абсцисса и ордината центра тяжести снимаемого груза должны совпадать или находиться близко к абсциссе ХR и ординате YR   равнодействующей силы реакции грунта:

XR = DH/DL(Tн – Tk); yR = Dh/D * sinкр.

При снятии грузов, расположенных в различных местах (рис. 2.3), координаты их общего центра тяжести определяются из выражений:

X = (p1x1+ p2х2+... + pпхп)/(р1+ p2+... + рп); 

Y = (p1y1+ p2y2+... + pпyп)/(р1+ p2+... + рп)

где  р1,р2,…рn —массы отдельных грузов;

xn,yn —их координаты. 

Примечание. При проведении перечисленных операций необходимо осуществлять контроль за изменением метацентрической высоты.

При снятии с судна водоизмещением D и осадкой Тср груза массой Рсн с точки (Хсн, Zсн) величина поперечной метацентрической высоты h1 определится следующим образом:

h1 = h – Рсн/(D – Рсн)(Тср – Tср/2 – h – Zсн)

где h - начальная метацентрическая высота, м.

Изменение средней осадки вычисляется по формуле

Тср = Рсн/q


2.6. Использование якорного устройства при снятии с мели



Для создания дополнительного стягивающего усилия и уменьшения давления корпуса на грунт при посадке на мель носовой оконечностью судна можно использовать якорное устройство. Становые якоря при помощи грузовых стрел или кранов заводятся как можно дальше в корму. Во время снятия с мели сила тяги брашпиля дополняет силу тяги винта на задний ход. Завозка на шлюпках стоп-анкеров и верпов, особенно на современных крупнотоннажных судах, обычно не дает положительных результатов.



2.7. Снятие с мели с помощью других судов



Буксировка наиболее часто используется для снятия судна с мели с посторонней помощью. Рассчитывается необходимое стягивающее усилие и если оно соизмеримо с суммарной силой тяги винтов судов-спасателей, то снятие с мели возможно буксировкой. По возможности машина аварийного судна должна работать на задний ход: при этом кроме создания дополнительного стягивающего усилия, из-за вибрации уменьшается присасывание корпуса к грунту и уменьшается коэффициент трения корпуса о грунт.

Типичная схема буксировки при стягивании судна с мели приведена на рис. 2.4.





Рис. 2.4. Схема расположения спасателей при снятии судна с мели



При такой расстановке (см. рис. 2.4) стягивающее усилие F определяется по формуле:

F = (P1 + Pя1) + (Р2 + Ря2)cos2 + (Р3 + Ря3)cos3 + Рзх

где Р1, Р2, Р3, Рзх - силы тяги винтов судов;

Ря1, Ря2, Ря3 - силы тяги, создаваемые якорными устройствами судов-спасателей.



2.8. Якорное снабжение морских судов



Масса каждого станового якоря Q, кг, должна быть не менее

Q = kNc,

где к - коэффициент, равный 3,0; 2,75; 2,50 и 2,00,соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и  ІІІ.

Суммарная длина обеих цепей l2, м, для становых якорей определяется

в виде

l2 =√ 87r 4   Nc

где r - коэффициент, равный 1,00; 0,88; 0,76 и 0,64,соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III.

Полученное по формуле значение длины цепи должно быть округлено до ближайшего целого числа смычек и равно не менее 200 м для судов неограниченного района плавания.

Калибр цепей, мм,

d =√ st  Nc



где s - коэффициент, равный 1,00; 0,94; 0,88 и 0,82, соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III;

t - коэффициент, равный 1,75; 1,55; 1,35,соответственно для цепей обыкновенной, повышенной и особой прочности.



2.9. Снятие с мели буксировкой рывками



Буксировка рывками используется в случае, когда стягивающее усилие недостаточно для снятия аварийного судна с мели. При рывке возникают силы инерции, которые могут многократно превысить разрывную прочность буксирного троса. Чтобы этого не произошло, необходимо рассчитать допустимую скорость буксировщика к моменту начала рывка.

Во время разгона до скорости V буксировщик водоизмещением D накапливает кинетическую энергию:

Ek = DV2/2

которая переходит в потенциальную энергию упругой деформации буксирного троса Еп:

Еп = lтР2раз/8d2

где lт - длина буксирного троса, 

Рpаз - разрывное усилие троса; 

d- диаметр троса; 

 - упругость троса ( - 37 кН/мм2 ).

Приравнивая Ек и Еп находим допустимую скорость буксировщика, при которой усилия в буксирном тросе не превышают половины его разрывного усилия:

V = √Рраз/2   lт/Dd2



2.10. Снятие с мели устройством каналов и размывом грунта



Устройство каналов с размывом  грунта используется на мягких грунтах, когда другие способы снятия судна с мели не дали положительных результатов. 

Обычно для размыва грунта используются специалюированные /суда-спасатели, буксиры, ледоколы. Поскольку эффективность размыва находится в прямой зависимости от уклона гребного вала, на судне-спасателе создается максимально возможный дифферент на корму. Далее спасатель становится на якоря на безопасной глубине и заводит на аварийное судно стальные; швартовы. После обтягивания якорных цепей и швартовых он/дает ход, постепенно увеличивая обороты. Направление размыва грунта и ширина канала определяются перекладками руля и разворотами судна-спасателя с помощью якорей и швартовых. Во время работы промерами периодически контролируются глубины и ведется наблюдение за струей от винтов. Отсутствие в струе частиц грунта свидетельствует о том, что размыв на данном участке закончен. 

Примечание. Необходимо отметить, что все перечисленные способы снятия судна с мели в сложных случаях посадки используются комплексно. Например, производят дифферентовку и частичную разгрузку судна, затем для увеличения  стягивающего усилия заводят якоря. Буксировке судна для снятия с мели другими судами или спасателями обычно предшествуют все перечисленные ранее способы уменьшения силы реакции грунта, и в самых неблагоприятных случаях производится образование канала размывом грунта, если в направлении стягивания имеются недостаточные глубины. При наличии водотечности корпуса до начала работ по снятию с мели производится заделка пробоин и откачка воды из затопленных отсеков.


3. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ ПАЛУБНЫХ ГРУЗОВ



Таблица 3.1



Исходные данные для расчетов крепления палубных грузов



Исходные данные

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Перевозится тяжеловес (ящик прямоугольной формы) весом 30 тонн, размером 5 * 2 * 3 м (длина,высота, ширина), установленный на палубе вдоль судна между комингсом люка и фальшбортом

Максимальный угол крена, °

30

35

35

Максимальный угол дифферента, °

8

9

10

Период бортовой качки, с

20 

18

. 15

Период килевой качки, с

25

30

20

Высота волны, м

5

6

4

Координаты центра тяжести груза, м: 

X 

Y

Z





15 

7 

12





25 

7 

10





30 

8 

11

Допустимая нагруз-ка на палубу, кН/м2

45

45

45



Примечание. Номер варианта аналогичен номеру буксирующего судна.



Задания к разд. 3 курсовой работы:

1. Подобрать найтовы для крепления груза.

2. Проверить, является ли достаточной прочность палубы при перевозке груза во время качки. 

Расчет крепления палубного груза выполняется в соответствии с рекомен-дациями ИМО

В приложении ИМО Кодекса безопасной практики размещения и крепления груза - «Методы оценки эффективности устройств крепления нестандартных грузов» - определен следующий порядок расчета сил, действующих на груз.

1. Расчет внешних сил, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях, выполняется по формуле

F(x,y,z) = ma(x,y,z) + Fw(x,y) + Fs(x,y),

где F(x,y,z) - продольные, поперечные и вертикальные силы;

m - масса груза;

a(x,y,z) - продольное, поперечное и вертикальное ускорение (табл. 3.2); 

Fw(x,y) - продольная и поперечная сила ветрового давления Рвет, кН,

Рвет = 1,5Sп

где Sn - площадь парусности груза (соответственно поперечная и продольная).

Fs(x,y) - продольная и поперечная сила удара волн.

2. Расчет силы ударов волн при заливании грузов,

F(x,y)  = pS(x,y) 

где S(x, у) - площадь заливания поверхности, перпендикулярная соответственно осям X, Y;

p = 7,4 кН - при высоте заливания 0,6м;

p = 19,6 кН - при высоте заливания 1,2м. 

Если высота заливания находится в пределах от 0,6 до 1,2м, то величина p определяется методом линейной интерполяции. 



Таблица3.2





Приведенные величины поперечных ускорений включают составляющие сил тяжести, килевой качки и подъёма судна на волне параллельно палубе. Приведенные величины вертикальных ускорений не включают составляющую статического веса. 

Основные данные ускорений рассматриваются применительно к следующим условиям эксплуатации:

- неограниченный район плавания;

- любое время года;

- длина судна L = 100м;

- эксплуатационная скорость 15 уз;

- отношение B/GM > 13 (В - ширина судна, GM- метацентричес-кая высота).

Для судов, длина которых отличается от 100 м, а скорость - от 15 уз, величины ускорений корректируются коэффициентом, приведенным в табл. 3.3

Таблица 3.3 Коэффициент корректуры ускорений в зависимости от длины и скорости судна



Скорость, УЗ









Длина, м











50

60

70

80

90

100

120

140

160

180

200

9

1,20

1,09

1,00

0,92

0,85

0,79

0,70

0,63

0,57

0,53

0,49

15

1,49

1,36

1,24

1,15

1,07

1,00

0,89

0,80

0,73

0,68

0,63

18

1,64

1,49

1,37

1,27

1,18

1,10

0,98

0,89

0,82

0,76

0,71

21

1,78

1,62

1,49

1,38

1,29

1,21

1,08

0,98

0,90

0,83

0,78

24

1,93

1,76

1,62

1,50

1,40

1,31

1,17

1,07

0,98

0,91

0,85



Дополнительно для судов, у которых соотношение B/GM < 13, величины поперечных ускорений исправляются коэффициентом, приведенным в табл. 3.4. 


Таблица 3.4 Коэффиииент короеютюы при B/GM<13



B/GM

7

8

9

10

11

12

13 и более

Верх палубы

1,56

1,40

1,27

1,19

1,11

1,05

1,00

Низ палубы

1,42

1,30

1,21

1,14

1,09

1,04

1,00

Твиндек

1,26

1,19

.1,14

1,09

1,06

1,03

1,00

Трюм

1,15

1,12

1,09

1,06

1,04

1,02

1,00



3.1. Усилия, возникающие в найтовы при бортовой качке(Fн)



Под действием опрокидывающих моментов, приведенных на рис. 3.1, составим уравнение моментов относительно точки N

Fн cos*hк + Fн sin * b + Pzb/ 2 = Pyhg +P'yha + P"y hз,

откуда находим

Fн = (Pyhg + P'yhn + P"y hз – 0,5 Pzb)/(bsin + hkcos)







Рис. 3.1. Схема действия сил на палубный груз:



hk - расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова; 

b - ширина ящика;

hg - расстояние по вертикали от, палубы до середины ящика; 

hn - половина высоты площади парусности; 

h3 - половина высоты заливания.

Условно можно принять, что hn = h3 = hg   равно половине высоты ящика. 

Ру- силы инерции и тяжести по оси Y (Pу=m*а(у));

Рх - силы инерции и тяжести по оси Z (Pz=m*a(z)); 

Р'у - поперечная сила ветрового давления (Fw(y)); 

P"у - поперечная сила удара волн (Fs(y)).

Под действием сил, смещающих груз, составляем уравнения сил:

Fy = Ру + Р'у + P"у     (1)    Рz + Fн sin = N;  (3)

Fy= Fн cos + Fmp      (2)  Fmp = fN,    (4)

где N - реакция опоры (палубы);

f - коэффициент трения-скольжения. Подставляя значения в уравнения (2) - (4), получим:

Fy = Fн cos  + fPz + fFн sin .

Принимая коэффициент f  равным 0,15 (сталь - сталь); 0,5 (сталь -дерево), находим:

Fн = (Fy – fPz)/(cos + fsin)

Из полученных значений Fн выбирается большее, которое и принимается за усилие, возникающее в найтовых при бортовой качке.



3.2. Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке



Учитывая небольшую по сравнению с бортовой амплитуду килевой качки, уравнения опрокидывающих  моментовй можно не составлять. Необходимо составить только уравнения сил, смещающих груз аналогично бортовой качке, откуда определяется усилие, возникающее в найтовых:

Fн1 = (Fx – fPz)/cos + fsin)

где  - угол между продольным найтовым и палубой.


3.3. Расчет крепления груза



Поперечные и продольные найтовы для крепления груза выбираются в соответствии с ГОСТ 7679-69 по разрывному усилию  Fpаз   которое

определяется по формуле: 

Fpаз = Fнk

где k - коэффициент запаса прочности (для крепления палубного груза k = 3; для крепления груза в трюмах k = 2,5).

Если для крепления используется несколько найтовых n, то они выбираются по формуле:

Fpаз = Fнk/n

Дополнительная нагрузка на палубу при обтяжке найтовых принимается равной 10 -12% от суммарного разрывного усилия всех найтовых.