Движение судна проекта №588 на участке "Казань–Москва–Казань"

где Щ x - площадь погруженной части мидель - шпангоута судна, м2;

Що - площадь живого сечения канала, м2.

Щ x = В * Т * в = 12 * 2,2 * 0,86 = 22,7 м2.

Площадь живого сечения канала рассчитываем для канала им. Москвы:

Що = * Hк = * 4,0 = 280 м2,(38)

где ВК 1 - ширина верхней поверхности канала им. Москвы;

ВК 2 - ширина по дну канала;

НК - глубина канала.

Безопасная скорость одиночного судна в канале определяется по выражению:

Vбез = a (1 - nк) (1 - )0,25, (39)

где - соотношение осадки судна к глубине в канале;

a = 17 - для судна в грузу.

Vбез = 17 (1 - 0,081) (1 - )0,25 = 12,8 км/ч.

Расчет безопасной скорости расхождения и безопасного траверзного расстояния выполним с судном такого же проекта № 588.

nк = = = 0,162, (40)

где Щх 1 - площадь погруженной части мидель - шпангоута собственного судна, м2;

Щх 2 - площадь погруженной части мидель - шпангоута встречного судна, м2.

= 17 (1 - 0,162) (1 - 2,2 / 4)0,25 = 11,7 км/ч;

?b = , (41)

А = a (1 - Т / Н)0,25 = 17 (1 - 2,2 / 4)0,25 = 13,92. (42)

?b = = 11,6 м.

Расчет производим для глубины канала Н = 4,0 м; Н = 5,0 м, результат сводим в табл. 4.

Таблица 4 - Безопасные скорости и траверсные расстояния при движении и расхождении теплохода проекта № 588 с теплоходом проекта № 588 на канале

4.3 Расчет безопасной скорости захода в шлюз

Как показывает практика шлюзования, в настоящее время основной резерв в ускорении шлюзования состоит в уменьшении времени на маневровые операции судов (заход в шлюз, выход из шлюза, движение и маневрирование в подходном канале), которая зависит от многих факторов (внешних условий, типа судна, опыта судоводителя и т. п.). Однако основным фактором ускорения и обеспечения безопасности маневра при прочих равных условиях является правильный выбор скорости судна.

Величину скорости захода в камеру шлюза можно определить по формуле:

V= (0,97 К2 - 1,62 К + 0,74) ,(43)

где К - коэффициент стесненности;

К = Щ x / Щ к ,(44)

где Щ к - площадь поперечного сечения камеры шлюза;

Щ к = Вк * Нп ,(45)

где Вк - ширина камеры шлюза, м;

Нп - глубина на пороге шлюза, м.

Щ к = 30 * 4 = 120 м2;

К = 22,7 / 120 = 0,189;

= (0,97 * 0,1892 - 1,62 * 0,189 + 0,74) * = 2,93 м/с.

4.4 Расчет скорости движения судна на канале

Определяем вспомогательный коэффициент F по выражению:

F = 5 .(46)

Далее определяем величину падения скорости движения в канале по формуле:

= .(47)

После этого определяется скорость движения в канале при заданном режиме работы движетеля:

Vкан = Vзад * .(48)

F = 5 = 2,2;

= = 0,69;

Vкан = 6,94 * 0,69 = 4,79 м/с.

Расчет производим для полного, среднего и малого хода, и для Нк = 4,0 м, Нк = 5,0 м. результаты расчетов сводим в табл. 5.

Таблица 5 - Скорость движения судна на канале

4.5 Расчет инерционных характеристик судна при движении судна на канале

Определяем вспомогательные коэффициенты К1, Р3х, А, В, по формулам: (27), (28), (29), (30).

Далее рассчитываем путь и время разгона, выбега и активного торможения согласно формул: (31), (32), (33), (34), (35), (36) для полного, среднего и малого хода и глубины канала Нк = 4,0 м, Нк = 5,0 м. Результаты расчетов сводим в табл. 6, табл. 7 и табл. 8.

Таблица 6 - Параметры разгона судна на канале

Таблица 7 - Параметры выбега судна на канале

Таблица 8 - Параметры активного торможения судна на канале

По результатам таблиц строим графики зависимости скорости от времени для разгона, выбега и активного торможения при Нк = 4,0 м, смот-ри рис. 5 и рис. 6.

Рис. 5 - График зависимости скорости судна

от времени при разгоне и активном торможен при движении на канале(Т/Н=0,5).

Рис. 6 - График зависимости скорости судна от времени при выбеге при движении на канале (Т/Н = 0,55)

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ВАХТЕННОМУ НАЧАЛЬНИКУ

5.1 Особенности движения судов в канале

По сравнению с движением судов на открытых плесах, при движении в канале наблюдаются следующие особенности:

увеличение сопротивления воды и, как следствие, снижение скорости движения при том же режиме работы движетелей судна;

увеличение просадки корпуса судна, а также дифферента на корму;

увеличение сил присоса и отталкивания при движении судна вблизи берегового откоса канала и, как следствие, рыскливости судна;

увеличение размеров волны, приводящее к интенсивному размыву береговых откосов канала.

Причина возникновения указанных особенностей - более интенсивное по сравнению с открытыми плесами сжатие потока, что приводит к изменению поля скоростей движения жидкости вокруг судна и перераспределению гидродинамических давлений на подводной части корпуса судна.

При малых начальных скоростях движения судна в канале соотношение между его скоростью и сопротивлением такое же, как и на открытых плесах при глубокой воде. Но, начиная с некоторой скорости судна, рост сопротивления происходит заметно интенсивнее. Наконец судно достигает такой скорости, что дальнейшее увеличение оборотов главных двигателей (увеличение мощности, подводимой к движетелю) не приводит к заметному увеличению скорости, привычному на глубокой воде. В этом случае говорят, что судно достигло первой критической скорости движения в канале (на мелководье). Внешним признаком достижения этой скорости является появление резко выраженной так называемой береговой, или спутной, волны. Движение с такой скоростью не экономично, потому что приводит к перерасходу топлива, перегрузке двигателей и, как следствие, более быстрому их износу.

Кроме того, движение на такой скорости опасно, т.к. происходит резкое возрастание просадки, и судно может коснуться дна.

Безопасные приемы управления судном в канале не могут быть выработаны или, во всяком случае, достаточно быстро усвоены без правильного представления физических процессов, происходящих при движении судов в канале, при взаимодействии их во время расхождения и обгона. Только в этом случае судоводитель может сознательно управлять судном и предвидеть последствия этого управления. В дальнейшем приемы управления судном при движении в канале рассматриваются параллельно с рассмотрением физических процессов, происходящих при этом.

5.2 Особенности взаимодействия и маневрирования судов при встречах и обгонах в канале

Расхождение и обгон в канале безопаснее осуществлять на прямо-линейных участках. Отсюда следует, что требуется заранее договориться об этом со встречным или обгоняемым судном по УКВ - радиосвязи и в дальнейшем регулировать скорость хода так, чтобы расхождение или обгон произошло в намеченном месте.

Процесс встречи и обгона на канале можно условно разделить на четыре этапа:

движение по оси канала с момента подачи сигнала на расхождение до момента начала уклонения к тому или иному откосу канала;

уклонение к откосу канала;

движение вдоль откоса до момента сближения по траверзу носовых образований судов при расхождении или до момента сближения по траверзу носа или кормы судов при обгоне;

движение судов параллельными курсами и выход на траекторию движения вдоль оси канала после расхождения или обгона.

Перед началом маневрирования при расхождении и обгоне необходимо убавить скорость движения по трем причинам. Во-первых, это позволяет иметь резерв мощности, а значит и резерв маневрирования на случай необходимого их увеличения в процессе управления судном при дальнейшем его движении вдоль откоса канала. Во-вторых, всякое движение по криволинейной траектории (а при уклонении к откосу канала такое уклонение неизбежно) связано с появлением центробежных сил инерции, значения которых прямо зависят от квадрата скорости. В-третьих, сбавление скорости будет полезным и для уменьшения дополнительных сил и моментов, появляющихся при движении вдоль откосов канала. При этом следует стремиться осуществить расхождение так, чтобы путь движения судна вдоль откоса канала был как можно меньше. Снижение скорости хода необходимо произвести заранее, еще при движении по оси канала, по той причине, что падение скорости судна происходит постепенно. В том случае, если снижение скорости будет осуществлено непосредственно во время отклонения к откосу канала, то скорость судна не успеет упасть и желаемого эффекта маневр не даст. Уклонение к откосу канала следует выполнять по возможно более пологой траектории, это связано опять же с уменьшением значений центробежных сил инерции, которые обратно пропорционально зависят от радиуса кривизны траектории.

Движение вдоль откоса канала характеризуется тем, что по сравнению с движением по оси канала нарушается симметричность обтекания корпуса судна. Как правило, в носовой оконечности судна с борта находящегося близко к откосу канала, образуется повышение уровня свободной поверхности воды. Затем уровень вдоль этого борта падает и становится ниже, чем у противоположного, особенно эта разница становится значительной в кормовой части судна. Наличие разностей уровней

свободной поверхности воды с бортов судна приводит к перераспределению давлений вдоль корпуса судна по сравнению с симметричным обтеканием при движении по оси канала.

Характерным является то, что в носу судна возникают силы отталкивания от откоса канала, а корме - силы присасывания. Причем, как показывает опыт, кормовые силы присасывания будут тем больше, чем больше скорость судна и чем меньше расстояние между его бортом и откосом канала.

Момент от кормовых сил присасывания стремится развернуть судно носом в сторону оси канала. Судоводителям следует обращать особое внимание на момент выравнивания судна параллельно откосу канала после отклонения от оси. На описанную картину при этом «накладывается» еще раскат кормы в сторону откоса канала.

В этот момент может пригодиться резерв мощности для увеличения рулевой силы и создания достаточного усилия, направленного в сторону оси канала. Это может быть достигнуто кратковременным увеличением оборотов двигателя.

Иногда для того, чтобы обеспечить требуемую пониженную скорость движения вдоль оси канала приходится переходить на работу одной машиной. В этом случае правильнее будет продолжать работать машиной, находящейся с борта, обращенного к оси канала.

К моменту сближения носовых оконечностей при расхождении суда должны двигаться параллельными курсами. В первоначальный момент нахождения носовых оконечностей судов на траверзе происходит их отталкивание. Это связано с взаимодействием областей повышенного давления в носовых оконечностях. Судоводитель должен быть готов к этому, заранее переложить рулевой орган с борта, обращенного к оси канала, на некоторый угол на противоположный борт. Эта перекладка руля довольно кратковременна, потому что по мере входа судна в «зону влияния» друг на друга, т. е. по мере сближения миделевых сечений корпусов начинают увеличиваться силы присасывания, обусловленные увеличением скорости протекания и понижением уровней воды между корпусами.

Момент от этих сил до положения, когда миделевые сечения судов окажутся на траверзе, будет стремиться развернуть суда в направлении друг к другу. Причем наибольшего значения этот момент достигает непосредственно в положении носа судна на траверзе миделя встречного судна. Соответственно этому следует осуществлять перекладку рулевого органа на борт, противоположный встречному судну. При дальнейшем сближении миделевых сечений судов момент, разворачивающий суда носом друг к другу, будет уменьшаться, и в положении, когда миделевые сечения будут находиться на траверзе, он будет примерно равен нулю.

В дальнейшем при удалении миделевых сечений друг от друга момент от сил присасывания изменит свое направление и будет стремиться сблизить кормы судов. Значение его будет возрастать до момента сближения миделя судна с кормой встречного судна. После этого момент указанного направления будет уменьшаться.

Непосредственно в момент нахождения кормовых оконечностей расходящихся судов на траверзе на них будут кратковременно действовать силы отталкивания.

При обгоне наиболее ответственным, как и при расхождении, является третий этап, когда происходит движение судов параллельными курсами с момента нахождения на траверзе носа обгоняющего судна и кормы обгоняемого судна до момента, когда на траверзе будут находиться нос обгоняемого судна и корма обгоняющего судна. При этом также можно выделить несколько характерных моментов.

Прежде всего, момент сближения носа обгоняющего судна с кормой обгоняемого характеризуется появлением гидродинамических сил отталкивания кормы и носа друг от друга. Моменты этих сил будут действовать таким образом, что нос обгоняющего судна будет стремиться отклониться к ближайшему откосу канала, а нос обгоняемого судна - в сторону обгоняющего.

Как только нос обгоняющего судна начинает проходить траверз кормы обгоняемого и далее входить в «зону действия» корпуса обгоняемого судна, начинают расти силы присасывания на корпусах обоих судов. Направлены они так, что стремятся сблизить нос обгоняющего судна с кормой обгоняемого. Моменты этих сил действуют так, что нос обгоняемого судна стремится развернуться в сторону ближайшего откоса, а нос обгоняющего - в сторону кормы обгоняемого. При этом момент на обгоняющем судне по направлению будет складываться с моментом, стремящемся развернуть это судно в сторону оси канала. По мере дальнейшего входа обгоняющего судна в «зону действия» обгоняемого моменты указанных направлений будут возрастать до выхода носа обгоняющего судна на траверз миделя обгоняемого. В дальнейшем моменты будут уменьшаться, а точки приложения сил присоса приближаться к миделевым сечениям судов. Затем в момент нахождения миделей судов на траверзе моменты, связанные с силами присоса на корпусах судов, становятся равными нулю.

При дальнейшем продвижении обгоняющего судна вперед точки приложения сил присоса перемещаются соответственно у обгоняющего судна в корму от миделя и у обгоняемого - в нос от миделя. Соответственно с этим меняются и направления моментов от этих сил. На обгоняющем судне он действует так, что стремится развернуть нос судна в сторону ближайшего откоса канала, на обгоняемом - в сторону обгоняющего судна. По значению моменты указанных направлений растут до положения кормы обгоняющего судна на траверзе миделя обгоняемого. Затем по значению эти моменты начинают уменьшаться и становятся равными нулю, когда корма обгоняющего судна проходит траверз носа обгоняемого. Непосредственно после этого положения на носовой оконечности обгоняемого судна и кормовой обгоняющего возникают силы отталкивания как результат взаимодействия областей повышенных гидродинамических давлений. Моменты этих сил направлены так, что обгоняющее судно стремится развернуться в сторону оси канала, а обгоняемое - в сторону ближайшего откоса канала.

При обгоне перекладка рулевого органа должна осуществляться в сторону, обратную указанным направлениям моментов обгоняющего и обгоняемого судов. Во всяком случае судоводитель должен быть готов к такой перекладке. Часто для увеличения рулевого усилия необходимо прибегать к кратковременному пуску машин на повышенный режим работы, т. е. использовать тот запас управляемости, который был создан предварительным снижением скорости судна перед обгоном. Необходимо отметить, что как расхождение так и обгон в канале рассмотрены выше без учета действия бокового ветра или ветра направленного под некоторым углом к оси канала. Ясно, что при действии бокового ветра следует учитывать усилия аэродинамической силы, возникающей на надводной части корпуса судна. Значения эти усилий и их направления зависят от скорости ветра, площади парусности и ее расположения по длине корпуса судна.

Обычно паспортных данных о поведении судна под действием ветра нет. Поэтому при движении на открытых плесах в ветреную погоду судоводители должны проводить наблюдения и определять качества судна при действии ветра и различной осадке. Эти знания помогут судоводителям безопасно маневрировать в стесненных условиях плавания, в том числе и при плавании по каналам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной дипломной работе рассмотрен вопрос безопасной и эффективной проводки теплохода проекта № 588 по маршруту «Казань - Москва - Казань» с подробным рассмотрением и расчетами участка канала им. Москвы. Она охватывает всю совокупность маневров, которые судоводителю последовательно приходится выполнять, как на открытых участках рек, так и при движении по каналу с непосредственным шлюзованием и сопутствующими операциями.

Сделан анализ путевых и гидрометеорологических условий в районе плавания, что позволит оценить характер сил, действующих на судно. Работа содержит теоретические расчеты на всех этапах шлюзования. Представлены графики, которые можно использовать для оценки управляемости судна при прохождении гидроузла в условиях ветра.

Наиболее опасные направления по углу дрейфа для теплохода проекта № 588 составляет 73° к диаметральной плоскости. Допустимый угол дрейфа при заходе в шлюз составляет 10,8°, при больших углах нос судна упирается в одну стенку камеры шлюза, а корма в другую и наступает потеря управляемости.

Даны рекомендации судоводителям по безопасному маневриро-ванию судов в каналах.

Литература

1. Соляров Н.Ф., Белоглазов В.И., Тронин В.А. Управление судами и составами. - М.: Транспорт, 1983. - 296 с.

2. Атлас единой глубоководной системы РСФСР, т.2., 1988.

3. Клементьев А.Н., Токарев П.Н., Тиханов В.И., Трифонов В.И. Управление судами и безопасность плавания. - Н.Новгород: ВГАВТ. 2002. - 56 с.

4. Владимиров Н.Н., Щепетов И.А., Белоглазов В.И. Лоция. - М.: Транспорт, 1984. - 352 с.

5. Рекомендации по маневрированию судов при шлюзовании. - М.: Транспорт, 1977. - 56с.

6. Движение и маневрирование судов на каналах и пропуск их через шлюзы. - М.: Транспорт, 1968. - 80 с.

7. Фролов Л.Н., Шмелев Н.П. Лоция ЕГС.

8. Клементьев А.Н., Токарев П.Н., Сандаков Ю.А. Методические указания по выполнению дипломных работ. - Н.Новгород: ВГАВТ. 1998. - 20 с.

9. Клементьев А.Н. Особенности движения и маневрирования судов в зоне судоходных гидросооружений.- Н.Новгород, 1997. - 50 с.

10. Справочник судоводителя речного флота. Под ред. Г.И. Ваганова. - М.: Транспорт, 1983. - 399 с.

Размещено на Allbest.ru