Расчет якорной стоянки
Минимальная глубина места якорной стоянки определяется по формуле:
Ня = Т + Δ H1 + (2/3 )Нв + Δ Н2 = 1,9+1+(2/3)×0,5+1 = 4,2 (м); [44]
где Т - осадка судна (м);
Δ H1 = 1 (м) – запас воды под днищем судна при отсутствии волнения;
Нв - высота волны (м);
Δ Н2 - высота якорного клюза над действующей ватерлинией (м).
Действующая внешняя нагрузка определяется для наиболее неблагоприятного случая, т.е. для момента, когда все силы совпадают по направлению и результирующая достигает своего наибольшего значения. Определение внешней нагрузки производится по формуле:
РBH =РT + РB + Рc + Рволн = 3402+1407+492+1,11 = 5302 (Н) [45]
здесь РT - сила давления водного потока (н);
РB - сила давления воздушного потока (н);
РC - сила соскальзывания под уклон речного русла (н);
Рволн - сила удара волн (н).
Сила давления водного потока складывается из силы сопротивления корпуса – RК и силы сопротивления застопоренных винтов – RВ (определяется при отсутствии реверс редуктора) рассчитывается по формуле, вытекающей из выражений :
PT= Rc2 + 50ΘD2 ZB c2 [46]
PT = 28535 × 12 + 50 × 0,55 × 1,62 × 4 × 12 = 3402 (Н)
где R - приведенное сопротивление корпуса судна (кг/м);
с — скорость течения (м/с);
Θ — дисковое отношение винта;
D — диаметр винта (м);
ZB - число винтов (шт).
Сила давления воздушного потока может быть определена по формуле:
PB = 0.618Ko6 Fn υB: [47]
PB = 0.618 × 1 × 151,8 × 15= 1407 (Н)
где Ko6 - коэффициент обтекаемости надстроек может быть принят в пределах от 0,6 до 1 (меньшее значение относится к хорошо обтекаемым надстройкам);
Fn - площадь проекции надводной части судна на миделевую плоскость (м2);
υB - скорость ветра в расчетах может быть принята максимально возможная при шквале в озерных и морских условиях - 20 м/с и в речных - 15 м/с.
Сила соскальзывания под уклон речного русла определяется по формуле:
Рс = 9.81 I D = 9,81 × 0,00005 × 1003000 = 492 (Н) [48]
где I - уклон речного русла;
D - весовое водоизмещение судна (кг).
Сила удара от волн может быть определена по приближенной
формуле
Рволн = 0.185 ρhвВ = 0,185 × 1 × 0,5 × 12 = 1,11 (Н) [49]
где р - плотность воды (т/м3);
hв - высота волны (м);
В - ширина корпуса судна (м).
Полученное значение внешней нагрузки следует сравнить с величиной наибольшей удерживающей силы якоря, которая может быть определена по формуле :
Qя = 9.81 kп kя mя = 9,81 × 0,87 × 3 × 1400 = 35845 (Н) [50]
где kп - коэффициент, учитывающий потерю веса в воде может быть
принят равным 0,87;
kя - коэффициент удельной держащей способности якоря принимается по данным таблицы 3.4;
mя - масса якоря (кг).
В случае, если Qя > Pвн определяется минимальная длина вытравленной провисающей якорной цепи (каната) по формуле:
LЯЦ = Нк √[(2РВН/mяц Нк) + 1]: [51]
LЯЦ = 4,2 √[(2 × 5302/ 42,5× 4,2) + 1] = 32 (м):
LЯЦ = 8,4 √[(2 × 5302/ 42,5× 8,4) + 1] = 46(м):
LЯЦ = 12,6√[(2 × 5302/ 42,5× 12,6) + 1] = 57(м):
LЯЦ = 16,8 √[(2 × 5302/ 42,5× 16,8) + 1] = 67 (м):
Таблица 3.4 – Коэффициент удельной держащей способности якоря
Характеристика грунта | Тип якоря | ||
Матросова | Адмиралтейский | Холла | |
Песчаный (плотный) | 6-12 | 4-5 | 3-4 |
Мелко-каменистый | 4-7 | 3-8 | 3-4 |
Илистый | 11-17 | 2-4 | 2-3 |
Каменистый | - | 3-8 | 3-6 |
Среднее значение | 6-5-11 | 3-6 | 3-4 |
В случае, если Qя < Pвн, то для удержания судна на якоре требуется большая длина вытравленной цепи (каната), которая может быть определена по формуле:
Lяц = Lяц1 + Lяц2
где Lяц1 - длина вытравленной цепи (каната) (м), лежащая на грунте и создаваемой силой трения о грунт, компенсирует разницу между Qя и Рвн ;
Lяц2 - длина провисающей части вытравленной цепи (каната) (м).
Величина Lяц1 может быть определена по формуле, вытекающей из выражения :
Lяц1 = (Pвн - Qя)/(fт mяц): [52]
где Pвн - внешняя нагрузка (Н);
Qя - держащая сила якоря (Н);
fт - коэффициент трения якорной цепи о грунт;
mяц - масса одного погонного метра якорной цепи (кг).
Величина коэффициента трения якорной цепи о грунт приведена в таблице 4.5 [5] по данным:
mяц = kц d2 = 2,3 × 4,3 2 = 42,5 (кг) [53]
где kц – коэффициент равный 2,3 для цепей с контрфорсами; 2,2 для цепей без контрфорсов и 2,0 для длиннозвенных цепей;
d – калибр цепи (см).
При постановке на рейде нескольких судов круговые акватории якорных стоянок (на случай изменения направления ветра) не должны “накладываться”. Радиус круговой акватории Rя определяется по формуле:
Rя = L + Lяц + ΔLяц: [54]
Rя = L + Lяц + ΔLяц = 80 + 32 + 0,5 = 112,5 (м);
Rя = L + Lяц + ΔLяц = 80 + 46 + 0,5 = 126,5 (м);
Rя = L + Lяц + ΔLяц = 80 + 57 + 0,5 = 137,5 (м);
Rя = L + Lяц + ΔLяц = 80 + 67 + 0,5 = 147,5 (м);
где L – длина судна (м);
Lяц - длина вытравленной цепи (м);
ΔLяц - запас на дополнительно вытравливаемую цепь на случай усиления ветра, в расчетах можно принять равной (0.25 – 0.50) Lц (м).
Результаты расчета зависимости длины вытравленной якорной цепи (каната) от глубины места стоянки сводятся в таблицу 3.5.Таблица 3.5 – Длина вытравленной якорной цепи при различных глубинах.
Н | м | НЯ = 4,2 | 2НЯ = 8,4 | 4НЯ = 12,6 | 6НЯ = 16,8 |
Qя | н | 35845,7 | 35845,7 | 35845,7 | 35845,7 |
Рвн | н | ||||
Lяц | м | ||||
Rя | м | 112,5 | 126,5 | 137,5 | 147,5 |
По данным таблицы 3.5 строится график зависимости Lяц — f (НЯ) при действующей внешней нагрузке. Рисунок 10– Зависимость длины вытравленной якорной цепи от глубины
При постановке судна на два носовых якоря и при условии, что внешняя нагрузка распределяется по цепям равномерно, усилие, действующее на каждую цепь, определяется по формуле :
Рп.л =Рвн / 2cos (α/2) [55]
где Рвн - внешняя нагрузка (Н);
α - угол разноса якорей (угол между якорными цепями) (град).
Расчет длины якорной цепи каждого якоря выполняется для конкретной глубины, используя выше приведенные исходные и расчетные данные, по выражению [51] при постановке в него вместо величины Рвн усилия, действующего на одну якорную цепь.
LЯЦ = Нк √[(2РВН/mяц Нк) + 1]: [56]
LЯЦ = 4,2 √[(2 × 2691/ 42,5× 4,2 ) + 1] = 19,4 (м);
LЯЦ = 4,2 √[(2 ×2744 / 42,5× 4,2 ) + 1] = 19,6 (м);
LЯЦ = 4,2 √[(2 × 2869/ 42,5× 4,2 ) + 1] = 19,9 (м).
Результаты расчета сводятся в таблицу 3.6.
Таблица 3.6 – Длина якорной цепи при стоянке на двух якорях
на глубине – 4,2 метра
Угол разноса якорей | ||||
20° | 30° | 45° | ||
Рвн | н | |||
Рп.л | н | |||
Lяц | м | 23,44 | 23,66 | 24,18 |
По результатам расчета строятся график зависимости Lяц = f (α)
Рисунок 11. – Зависимость длины якорной цепи при стоянки на двух якорях от угла разноса.
3.4 Нормирование габаритов судов в плане.
Нормирование габаритов судов (составов) имеет своей целью теоретическое решение задачи о возможности прохождения заданным судном (составом) наиболее затруднительного поворота реки при движении в обоих направлениях, а также определение возможности двухстороннего движения на данном участке.
В данной работе приведен весь необходимый материал для нормирования габаритов одиночных судов. При необходимости нормирования габаритов толкаемых составов следует обратиться к рекомендуемой литературе.
Первоначально следует по лоцманской карте реки определить характеристики поворота, приведенные в таблице 3.7.
Таблица 3.7 – Характеристики поворота р. Обь
Наименование поворота | Белоглинский | ||
Ширина судового хода | Всх | м | |
Радиус кривизны | Rcx | м | |
Глубина судов, хода | Hсx | м | |
Скорость течения | VT | м/с | |
Тип грунта | каменистый |
Движение судна по повороту возможно, если выполняется условие
bг < Всх
где bг - габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении по повороту (м);
Всх - ширина судового хода (м).
Двухстороннее движение судов (составов) по повороту возможно, если выполняется условие:
bг1 + bг2 < Всх
где bгl - габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении по повороту вниз (м);
bг2 - габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении по повороту вверх (м).
Габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении на повороте реки, определяется по формуле:
bг1 = b1 + Δb = 25,6 + 8 = 33,6 (м) [57]
bг2 = b2 + Δb = 19,9 + 8 = 27,9 (м)
где b - расчетная ширина ходовой полосы (м);
Δb - нормируемый запас ширины судового хода на не точность проводки, зарыск судна и т.п. определяется по формуле:
Δb = (k1 + k2Ω)B = (0,4 + 0,5 × 0,2)12 = 6 (м) [58]
где k1 = 0,4 - коэффициент, зависящий от типа флота и характеристики грунта, приведен в таблице 3.8.
k2 - коэффициент (для одиночных судов и составов без носовых рулей k2 = 0. 5; для составов с носовыми рулями k2 = 0.25);
Ω = 0,2 – кривизна траектории движения - отношение длины судна L к радиусу судового хода Rc.
В - ширина судна (состава) (м).
Таблица 3.8 – Значения коэффициента k1
Тип флота | Характеристика грунта | |
песчаный | каменистый | |
пассажирский | 0.5 | 0.6 |
сухогрузный | 0.4 | 0.5 |
нефтеналивной | 0.5 | 0.6 |
Расчетная ширина ходовой полосы определяется по формулe:
b = L{(B/L) + [kL b0 + kt bc][ko - (4.1 S/kH) - 0.06 В/Всх]} [59]
b1 = 80{(12/80)+[1,08×0,08 + 0,72×0,05][1 - 0.06×0,06]} = 21,75 (м)
b2 = 135{(16.5/135)+[0,97×0,048 – 0,43×0,05][1 - 0.06×16.5/160]} = 19,9 (м)
Где b0 - относительная, условная ширина ходовой полосы, занимаемая
судном при движении по повороту реки (без учета действия течения),
определяется по графикам на рисунке 4.1 а [8];
kL - коэффициент, учитывающий влияние соотношения главных размерений на b0; для всех типов составов равен 1; для одиночных определяется по графику на рисунке 4.1 б [8];
kt - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения В/L и t = Т/Н ; (Н -глубина судового хода); определяется по графикам на рисунке 4.2 б [8];
bс - поправка, учитывающая влияние скорости течения, определяется по графикам на рисунке 4.2 а [8];
k0 - коэффициент; для груженых судов и составов равен 1; для порожних 1.04;
S - относительная площадь носовых рулей, равна отношению площади носовых рулей к площади подводной части диаметрали;
kH – количество ниток в составе;
В - относительная ширина судна (состава), равная отношению ширины судна (состава) к ширине судового хода.
Двухстороннее движение судов (составов) по повороту возможно так как выполняется условие bг1 + bг2 < Всх , т.е. 41,65(м) < 160 (м).