Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса

Скорость буксировки определяют исходя из того, что суммарное сопротивление буксировщика и буксируемого судна должно быть преодолено упором гребного винта буксировщика:

R_Σ = R₀ + R₁ = P_ш,

где R_Σ – общее сопротивление каравана;

R₀ – сопротивление буксировщика;

R₁ – сопротивление буксируемого объекта;

P_ш – упор гребного винта на швартовах.

Сила, которая используется на преодоление сопротивления буксируемого судна и буксирного троса, называется тягой на гаке и представляет собой разницу между упором винта буксировщика на полном ходу P_ш и его сопротивлением:

F_г = P_ш – R₀.

Максимальная скорость при буксировке будет тогда, когда общее сопротивление каравана составит силу, равную P_ш. Для определения этой скорости необходимо построить суммарный график всех сопротивлений в зависимости от скорости движения каравана.

Расчет производится в следующем порядке:

- определяется сопротивление буксировщика при различных скоростях (с дискретностью 2 узла) до максимальной включительно, которое равно упору винта;

- определяется сопротивление буксируемого объекта при разных скоростях, при этом необходимо учесть сопротивление винта буксируемого судна (свободно вращающийся или застопоренный);

- в том случае, когда нужно определить тягу на гаке буксировщика, то нужно к сопротивлению буксируемого объекта прибавить сопротивление самого буксирного троса;

- составляют таблицу сопротивлений при различных скоростях и по ней строят графики сопротивлений (войдя по значению P_ш в график суммарного сопротивления определяют скорость буксирного каравана и тягу на гаке);

- по найденному значению тяги на гаке определяют требуемые характеристики буксирного троса.

Формулы для расчета

Сопротивление буксирующего судна:

R₀ = R_x + R_возд + R_волн,

где R_волн – сопротивление волнения;

R_возд – сопротивление воздуха;

R_x – сопротивление воды движению судна (R_x = R_f + R_r);

R_f – сопротивление трения;

R_r – остаточное сопротивление.

Сопротивление буксируемого судна:

R₁ = R'_x + R'_возд + R'_волн + R'_винт + R_тр,

где R'_винт – сопротивление гребного винта;

R_тр – сопротивление погруженной в воду части буксирного троса.

Сопротивление воды R_x рассчитывается по эмпирическим формулам, кН: , ,

где f – коэффициент трения (зависит от длины судна L):

ρ – плотность морской воды, кг/м³;

Ω – площадь смоченной поверхности судна, м²:

Ω = 1,05L(1,7d_cp + c_вB),

V – скорость судна, м/с;

c_в – коэффициент полноты водоизмещения;

Δ – водоизмещение судна, т;

L – длина судна по действующую ватерлинию, м;

d_cp – средняя осадка судна, м;

B – ширина судна, м.

Воздушное сопротивление, кН:

R_возд = 0,8А_нW²10^-3,

где А_н – проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель-шпангоута, м²;

W – скорость кажущегося ветра, м/с.

Сопротивление судна на волнении, кН:

R_волн = k_волн0,5ρΩV²10^-3,

где k_волн – коэффициент дополнительного сопротивления выбирается в зависимости от силы волнения:

Сопротивление гребного винта, кН:

а) застопоренного

R_з.в. = 0,5(A/A_d)D_в²V²или R_з.в. = 0,25D_в²V²,

б) проворачивающегося

R_п.в. = (0,1÷0,15)(A/A_d)D_в²V²,

где A/A_d – дисковое отношение;

D_в – диаметр винта, м.

Сопротивление погруженной части буксирного троса, кН:

R_тр = 0,04l_nd_mV²,

где l_n – длина погруженной части троса, м

,

d_m – диаметр троса, м;

l – полная длина троса, м

l = F_гh_в/(10k_i) или l = 85h_в,

R'₁ – сопротивление буксируемого судна, Н;

h_m – средняя высота закрепления троса над уровнем воды, м;

q – линейная плотность буксирного троса в воде, кг/м;

F_г – тяга на гаке, кН;

h_в – высота волны, м;

k_i – коэффициент игры буксирного троса в зависимости от F_г:

Для определения упора гребного винта можно использовать следующую формулу:

P_ш = 0,136P_i

где P_i – индикаторная мощность, кВт; (1 л.с. = 0,736 кВт)

На основании полученных результатов необходимо составить таблицу сопротивлений и построить график сопротивлений (рис. 8.17).

Пример.Допустим, что максимальный упор гребного винта буксировщика 110 кН. Требуется определить скорость буксировки и силу тяги F_г на гаке.

Решение. По оси ординат откладываем отрезок 0_е, равный 110 кН. Через точку е проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой суммарного сопротивления в точке а. Из точки а опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и получаем при их пересечении точку b. Отрезок 0b — скорость буксирования, которая в рассматриваемом случае равна 7.6 уз.

Для определения тяги F_r на гаке отыскиваем точку пересечения перпендикуляра ab с кривой сопротивления буксируемого судна. Обозначив эту точку буквой с, проводим через нее линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения ее с осью ординат в точке d. Отрезок Od представляет собой тягу на гаке (F_г), которая в рассматриваемом примере равна 63 кН. Это и есть усилие, на которое следует рассчитывать буксирный трос.

Рис. 8.17. Таблица и график сопротивлений буксируемого и буксирующего судна

Запас прочности для промежуточных значений тяги на гаке определяют линейной интерполяцией. Умножив тягу на гаке «F_r» на коэффициент прочности, получим разрывное усилие буксирной линии, что и будет критерием прочностных размеров при ее выборе.

При плавании на волнении буксирная линии испытывает большие усилия вследствие рывков, поэтому предлагается брать коэффициент запаса, равный двум.

Скорость буксировки в зависимости от прочности буксирной линии.Штатные буксирные тросы на судах имеют определенную разрывную нагрузку Р_раз, то необходимо определить допустимую скорость буксировки, при которой тяга на гаке была бы не более расчетной рабочей нагрузкибуксирного троса. Допустимая тяга на гаке может быть определена по формуле:

F_доп = Р_раз/k,

где k - коэффициент запаса прочности: k= 5 при F_r < 100 кН и k= 3 при F_r > 300 кН (промежуточные значения к находят линейной интерполяцией).

Безопасная (допустимая) скорость буксировки:

где V_Б – скорость буксировки, м/с;

V₀ – скорость полного хода буксировщика, м/c;

R_0, R₁ – сопротивление буксирующего и буксируемого судов, кН.

Приведенные выше формулы позволяют капитану при случайных буксировках рассчитать с достаточной для практических целей точностью размеры буксирного троса (длину и толщину) и безопасную скорость буксировки.

2. Кодекс безопасной практики перевозки палубных грузов. Порядок укладки и крепления металла в рулонах.

3. Анализ ситуации и выбор маневра при использовании САРП (ARPA).

Билет № ____

1. Причины посадки судна на мель. Действия экипажа судна, севшего на мель. Планшет глубин.

Основными причинами посадки судна на мель являются:

- ошибки судоводителя (человеческий фактор) 90%

- фосмажорные обстоятельства (метеоусловия) 5%

- касание неизвестных препятствий 3%

- недостаток средств навигационного обеспечения 1%

- выход из строя главного двигателя или рулевого устройства 1%

Районы, в которых наиболее часто происходят посадки на мель: подходы к портам, проливы, каналы, районы рейдовой разгрузки (особенно в Арктике). Наиболее частыми причинами являются:

- незнание местных правил;

- пренебрежение рекомендациями лоции;

- плавание по буям без определения места судна по береговым ориентирам;

- неудовлетворительный контроль за местом судна;

- неудовлетворительное управление судном при маневрировании;

- использование неоткорректированных карт и пособий;

- небрежность при опознании берега и средств навигационного обеспечения;

- пренебрежение требованиями хорошей морской практики при плавании в малоисследованных районах;

- неиспользование эхолота при плавании вблизи берегов, особенно в мелководных районах.

Наиболее типичные случаи посадки на мель по стихийным обстоятельствам:

- действие прижимного ветра (в сторону берега);

- действие внезапного порыва на судно, стоящее на якоре;

- дрейф судна вместе со льдом в сторону мели;

- судно, лишенное возможности управляться под действием шторма;

- преднамеренная посадка на мель в штормовых условиях.

При угрозе выбрасывания на мель во время шторма, дрейфе с неисправными двигателями или при преднамеренной посадке следует заблаговременно принять максимально возможное количество балласта для увеличения осадки; удаление балласта во время снятия с мели уменьшает давление корпуса на грунт и соответственно необходимое стаскивающее усилие.

При непреднамеренной посадке судна на мель вахтенный помощник капитана должен:

- остановить главный двигатель, руль поставить в диаметральную плоскость судна;

- объявить общесудовую тревогу: аварийные партии действуют согласно судового расписания по борьбе с водой;

- дать команду о контрольной откачке из льял;

- поднять в соответствии с МППСС огни или знаки – «судно на мели»;

- зафиксировать в судовом журнале время касания грунта, курс и скорость перед посадкой, крен, координаты.

Посадка судна на мель может быть преднамеренной, когда есть угроза затопления на большой глубине (например, в результате столкновения судов). Действия экипажа в этом случае:

- объявить общесудовую тревогу;

- выбрать место выброса на мель с учетом всех обстоятельств, которые имели бы положительный результат при снятии с мели;

- уменьшить скорость судна до минимальной, но достаточной для управления судном;

- в момент касания грунта руль поставить в диаметральную плоскость судна, немедленно застопорить главный двигатель;

- после посадки на мель заполнить носовые балластные танки, а при малом уклоне грунта заполнить и другие танки для уменьшения разворота судна лагом к волне.

Как при преднамеренной, так и при аварийной посадке судна на мель рекомендуется использовать становые якоря. Вытравленные на большую длину якорные канаты будут удерживать судно от дальнейшего смещения в сторону берега под воздействием волн, а также могут быть использованы для создания дополнительного усилия при снятии с мели.

Аварийная партия проверяет закрытие водонепроницаемых и противопожарных дверей, осматривает корпус судна, определяет характер и размеры повреждений и в случае поступления воды внутрь судна приступает к борьбе за живучесть. Далее необходимо:

- сообщить в спасательно-координационный центр (СКЦ) об обстоятельствах посадки на мель и докладывать об изменении обстановки каждые 2 − 4 часа;

- установить связь с судами, находящимися поблизости;

- принять все возможные меры для предотвращения загрязнения моря нефтепродуктами;

- произвести расчет приливо-отливных явлений в месте посадки на мель;

- постоянно производить контроль уровня воды в льялах и междудонных отсеках, при этом определять и вкус воды (пресная/соленая). Шум выходящего воздуха при откручивании пробки мерительной трубки говорит о том, что в этот отсек поступает вода;

- принять меры по заделке пробоины и откачке воды;

- составить планшет глубин;

- определить возможность самостоятельного снятия с мели или запросить помощь спасательной службы;

- при приближении шторма или в штормовую погоду принять меры по закреплению судна на мели путем взятия балласта или затопления отсеков.

Если при посадке на мель не ощущалось ударов о грунт, а контрольные откачки из льял и проведенные замеры уровня жидкостей в цистернах и танках свидетельствуют о том, что корпус не получил повреждений и судно сохранило курс, которым оно следовало до посадки, обычно сразу после посадки на мель работой машины на задний ход пытаются сойти на глубокую воду. При необходимости делаются попытки "расшевелить" судно на грунте перекладкой руля с борта на борт и путем резкого и кратковременного изменения работы машины на передний ход.

При отсутствии положительного результата в течение 20 − 30 минут останавливают машину и проводят детальный сбор информации, необходимой для принятия более обоснованного решения по снятию судна с мели. По возможности спускается шлюпка и при помощи ручного лота производится промер глубин в окрестностях судна через каждые 10 − 15 м и определяется характер грунта.

Ручной лот (рис. 7.2) состоит из свинцовой или чугунной гири и лотлиня. Гиря выполняется в форме конуса высотой 25 − 30 см и весом от 3 до 5 кг. В нижнем широком основании гири делается выемка, которая перед замером глубины смазывается солидолом. При касании лотом морского дна частицы грунта прилипают к солидолу, и после подъема лота по ним можно судить о характере грунта.

Разбивка лотлиня производится в метрических единицах и обозначается по следующей системе: на десятках метров вплетаются флагдуки различных цветов; каждое количество метров, оканчивающееся цифрой 5, обозначаются кожаной маркой с топориками.

Метры лотлиня	Марки
5 м	марка с одним топориком
10 м	красный флагдук
15 м	марка с двумя топориками
20 м	синий флагдук
25 м	марка с тремятопориками
30 м	белый флагдук
35 м	марка с четырьмя топориками
40 м	желтый флагдук
45 м	марка с пятьютопориками
50 м	бело-красный флагдук

В каждой пятерке первый метр обозначается кожаной маркой с одним зубцом, второй – маркой с двумя зубцами, третий – с тремя зубцами и четвертый − с четырьмя.

Данные наносятся на планшет глубин (рис. 7.3), на котором в масштабе изображается вертикальная проекция корпуса судна. Полученные результаты позволят определить сторону, в которую нужно сдвигать судно, и укажут безопасные глубины для подхода спасателей. На планшете дополнительно должны быть указаны время и дата промера, состояние прилива, направление и скорость течения, характер грунта и другие данные по указанию капитана.

2. Способы погрузки и крепления лесных грузов. Перевозка леса на палубе. Обеспечение и контроль остойчивости после погрузки и в рейсе; основные критерии остойчивости лесовоза.

3. Действия судна, которому уступают дорогу. Правило № 17 МППСС-72 и его применение совместно с правилами раздела 1.