Расчет морской буксировки судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные на курсовую работу

Таблица №1.

Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Буксирующее	Буксируемое
Номер исходных данных, соответствующий Варианту 91	-	-	14	18
Тип судна, проект	-	-	ПБ 7394/4	ТР «Остров Руский»
Длина судна	L	м	130	150
Ширина судна	B	м	16.8	20
Средняя осадка в грузу	d ср. гр	м	6.7	7,4
Средняя осадка в балласте	d ср. бал.	м	5.3	4,6
Водоизмещение в грузу	?гр.	т	8970	16000
Водоизмещение в балласте	?бал.	т	5920	10200
Коэффициент общей полноты		-	0.79	0,77
Длина действующей ватерлинии при средней осадке	Lв	м	123	146
Эффективная мощность двигателя	Ni	кВт	5152	8832
Проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель шпангоута	Aн	М2	180	250
Скорость на полном переднем ходу	Vппх	уз	16.5	18,9
Диаметр винта	dв	м	3.4	5,1
Скорость относительного ветра	Wв	м/с	9	8
Высота волны	hв	баллы	4	3
Коэффициент трения	Ктр	-	0.141	0,140
Вид движителя	-	-	ВФШ	ВФШ
Высота крепления троса над водой на буксировщике и на буксируемом судах	Н (1,2)	м	4	3,5
Осадка носом до посадки на мель	d н	м	6,36	7,03
Осадка кормой до посадки на мель	d к	м	6,92	7,84
Осадка носом после посадки на мель	d н1	м	5,08	5,62
Осадка кормой после посадки на мель	d к1	м	7,47	8,26
Коэффициент полноты ватерлинии		м	0,79	0,85
Коэффициент трения покоя для различных грунтов	ж1	-	0,4	0,61
Абсцисса ЦТ площади действующей ватерлинии	Xf	м	+0,28	-0,54
Продольная МВ судна	H	м	148	136
Поперечная МВ судна	h	м	1,12	1,06
Аппликата ЦТ снятого или перемещенного груза	Z	м	4,8	12,1
Абсцисса точки из которой либо снимается, либо перемещается груз	X0	м	+56	+52
Абсцисса точки в которую перемещается груз	X1	м	-53	-45
Масса якоря	G	кг	6220	5000
Коэффициент держащей силы якоря	K	-	2,9	2,7
Калибр якорной цепи	dц	мм	70	70
Возвышение якорного клюза над грунтом	Нкл	м	54,8	42,1
Скорость течения	Vт	м/с	0,6	0,8

Введение

Морская буксировка может быть запланированной и вынужденной. Все расчеты, связанные с плановой буксировкой, выполняются заблаговременно в КБ с учетом особенностей предстоящей операции. При вынужденной буксировке капитан буксировщика обязан сам выполнить расчеты скорости буксировки, а также элементов буксирной линии (длины, толщины троса и его провис). Задача может свестись к выбору безопасной скорости буксировки, при которой прочность имеющегося на борту буксирного троса оказалась бы достаточной. Поскольку при вынужденной буксировке капитан не всегда может располагать точными сведениями об объекте буксировки, то расчеты приходится вести с использованием простейших эмпирических формул.

Посадка судна на мель обычно происходит в результате ошибки или небрежности судоводителей (ошибки в счислении пути судна, при постановке на якорь или маневрировании у берега без учета ветра, течения и так далее), действия на судно непреодолимых сил природы (например: ураган, шторм, быстрое течение), а также несоответствия данных карты действительному положению.

При ударах о грунт и посадках на мель прежде всего должны быть застопорены главные двигатели, немедленно объявлена общесудовая тревога, выяснены окружающая обстановка и положение корпуса на мели. Аварийные партии и группы должны тщательно проверить водонепроницаемость корпуса, особенно в районах касания днищем грунта, сделать замеры воды в льялах и вести энергичную борьбу с водой при нарушении водонепроницаемости корпуса. В случае затопления больших отсеков перед снятием судна с мели должны быть приняты меры по обеспечению непотопляемости судна.

Успех снятия судна с мели всецело определяется тяжестью аварийной обстановки: глубинами в месте посадки, характером грунта, возможными изменениями уровня воды (при приливах и отливах), величиной потери плавучести, наличием повреждений корпуса, размерами и расположением по длине и ширине участков касания днищем грунта, а также гидрометеорологическими условиями (волнение, ветер, лед).

Немаловажным является выбор безопасной якорной стоянки судна. Место якорной стоянки выбирается с учетом цели и продолжительности стоянки, а также технико-эксплуатационного состояния и особенностей якорного устройства. Безопасность стоянки оценивают следующими факторами: защищенностью от ветра и волнения, размерами акватории, наличием течений и приливоотливных явлений, навигационной обеспеченностью района, глубинами, рельефом дна и характером грунта. Под влиянием внешних факторов судно, стоящее на якоре, может развернуться или переместится по окружности, описанной вокруг места якоря радиусом R_я, расчет которого и будет произведен в данной курсовой работе. Площадь круга, ограниченного радиусом R_я, называют местом якорной стоянки судна. Оно должно располагаться в стороне от створных линий, фарватеров, подводных кабелей и других судов. Наименьшая глубина здесь должна быть такой, чтобы во время отлива или при качке на волнении судно не могло коснуться грунта или своего якоря, лежащего на грунте. На месте якорной стоянки предпочтительнее иметь ровный рельеф дна. От характера грунта зависит держащая сила якоря. Наиболее благоприятна якорная стоянка на песчаных и илисто-песчаных грунтах.

1. Расчет буксировки и определение элементов однородной буксирной линии

1.1 Общие понятия о морской буксировке

Морская буксировка может быть запланированной и вынужденной. Все расчеты, связанные с запланированной буксировкой выполняются заблаговременно с учетом особенностей предстоящей операции. При вынужденной буксировке капитан буксировщика обязан выполнить расчеты скорости буксировки, а также элементов буксирной линии. Задача может свестись к выбору скорости буксировки, при которой прочность имеющегося буксирного троса оказалась бы достаточной. При вынужденной буксировке капитан не всегда имеет точные данные о буксируемом объекте, поэтому расчеты проводятся по простейшим эмпирическим формулам.

В курсовой работе производится простейший расчет скорости буксировки и элементов буксирной линии, пригодный для выполнения расчетов в судовых условиях.

Суммарное сопротивление должно быть преодолено упором гребного винта буксирующего судна. Разница между упором винта на полном ходу и сопротивлением буксирующего судна при уменьшенной скорости движения и есть сила, которая используется на продвижение буксируемого судна, и называется тяга на гаке.

Упор гребного винта рассчитывается по формуле:

R_ш = R₀ = R₁ + R₂ (1.1.)

где R_ш - упор гребного винта, кН;

R₀ - суммарное сопротивление, кН;

R₁ - сопротивление буксирующего судна, кН;

R₂ - сопротивление буксируемого судна, кН.

Тяга на гаке буксировщика определяется по формуле:

Т_г = Р_ш - R_{1 vб} (1.2.)

где Т_г - тяга на гаке, кН;

Р_ш - упор винта, кН;

R_{1 vб} - сопротивление буксирующего судна, соответствующее скорости буксировки, кН.

Максимальной скоростью при буксировке будет та скорость, при которой сопротивления буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта буксировщика Р_ш. Скорость определяется по графику сопротивления буксирующего и буксируемого судов в зависимости от скорости буксировки.

Расчет буксировки производится следующим образом:

1. Определяется максимальный упор винта буксировщика или сопротивление воды движению буксирующего судна при максимальной скорости, которое равно упору винта.

2. Определяются сопротивления буксирующего и буксируемого судов на различных скоростях буксировки.

3. Составляется таблица и чертятся графики зависимости сопротивлений от скорости буксировки, по которым определяются максимальная скорость буксировки и тяга на гаке.

4. По значению силы тяги на гаке определяется толщина буксирного троса и длина рабочей части буксирной линии.

Расчет упора винта буксировщика

Для приближенной оценки упора винта буксировщика используется формула:

Р_ш = 0,136 * Ni (1.3.)

где Р_ш - упор винта, кН;

Ni - индикаторная мощность главной силовой установки, кВт, выбирается из исходных данных.

Р_ш = 0,136 *5152= 700,67 кН

Однако формула (1,3) дает большие погрешности в расчетах по буксировке, поэтому для определения тяги на гаке буксировщика и максимальной скорости буксировки упор винта буксировщика следует принимать равным сопротивлению буксирующего судна на полном переднем ходу.

1.3 Расчет сопротивления судов

Сопротивление буксирующего судна рассчитывается следующим образом:

R₁ = Rтр +Rос + R_возд + R_в кН (1.4.)

где R_ф - сопротивление трения для буксирующего судна, кН;

Rос - остаточное сопротивление для буксирующего судна, кН;

R_возд - сопротивление воздуха для буксирующего судна, кН;

R_в - сопротивление от волнения для буксирующего судна, кН.

Сопротивление буксируемого судна отличается от сопротивления буксирующего судна дополнительным сопротивлением застопоренного винта и сопротивлением буксирного троса:

R₂ = R_тр' +Rос' + R_возд' + R_в' + R_з.в. + R_тр кН (1.5.)

буксировка якорный стоянка судно

где R_ф' - сопротивление трения для буксируемого судна, кН;

Rос' - остаточное сопротивление для буксируемого судна, кН;

R_возд' - сопротивление воздуха для буксируемого судна, кН;

R_в' - сопротивление от волнения для буксируемого судна, кН;

R_з.в. - сопротивление застопоренного винта буксируемого судна, кН;

R_тр - сопротивление буксирного троса, кН.

Сопротивления рассчитываются по эмпирическим формулам:

Сопротивление трения: R_тр = ж_тр* _воды * S * V_б^1,83 * 10^-5 кН (1.6.)

Сопротивление остаточное: Roc = (0,09 * * ? * V_б⁴) / (L²) кН (1.7.)

Сопротивление воздуха: R_возд = (жвозд. * _возд./2 * A_н * (W_в + V_б)² * 10^-3) кН (1.8.)

Сопротивление от волнения: R_в = (ж_в * _воды * S * V_б² /2* 10^-3) кН (1.9.)

Сопротивление застопоренного винта: R_з.в. = 0,25 * D_в² * V_б² * 10^-3 кН (1.10)

Сопротивление погруженной в воду части буксирного троса:

R_тр = 0,04 * d_т * V_б² * l² - (80 * R₂ * h_т)/(q * g) Н (1.11.)

где ж_ф - коэффициент трения, выбирается из исходных данных;

_воды - плотность воды, принимаем равной 1025 кг/м³;

S - площадь смоченной поверхности корпуса судна, м²;

Для транспортных судов и плавбаз рассчитывается по формуле:

S = L_в*d_ср*(1,36 + 1,13 * *B / d_ср) м²

Для промысловых судов по формуле:

S= L_в*d_ср*(1,45 + 1,12 * * B / d_ср) м²

Для нашего случая мы берем формулу (1.12) для транспортных судов и плавбаз:

для буксирующего судна: S₁ = 123 * 6,7 * (1,36 + 1,13 * 0,79 * 16,8 / 6,7) = 2965,45 м²

для буксируемого судна: S₂ = 146 * 7,4 * (1,36 + 1,13 * 0,77 * 20 / 7,4) = 4010,04 м²

h_т = (H₁ + H₂) / 2 м (1.13.)

h_т = (4+3,5) / 2 = 3,75 м

где H_1,2 - высота крепления троса над водой на буксировщике и буксируемом судах, м, выбирается из исходных данных;

q - линейная плотность буксирного троса, кг/м;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

Для расчета сопротивлений по данным формулам берем V_б в м/с.

По формуле (1.6.) находим сопротивление трения:

R_тр = ж_тр * _воды * S * V_б^1,83 * 10^-5

для буксирующего судна: R_тр=0,141*1025* 2965,45 * V_б^1,83 * 10^-5

для буксируемого судна: R_тр'=0,140*1025* 4010,04 * V_б^1,83 * 10^-5

По формуле (1.7.) находим остаточное сопротивление:

Rос = (0,09 * * ? * V_б⁴) / (L²) кН

для буксирующего судна: Rос = (0,09 * 0,79* 8970 * V_б⁴)/(130²) кН

для буксируемого судна: Rос' = (0,09 * 0,77* 16000 * V_б⁴) / (150²) кН

По формуле (1.8.) находим сопротивление воздуха:

R_возд = (жво*_возд.*A_н *(W_в +V_б)² *10^-3) /2 кН

для буксирующего судна: R_возд = (0,8 * 1,25 * 180 * (9 + V_б)² * 10^-3) /2 кН

для буксируемого судна: R_возд' = (0,8 * 1,25 * 250 * (9 + V_б)² * 10^-3) /2 кН

По формуле (1.9.) находим сопротивление от волнения:

R_в = (ж_в * _воды * S * V_б² * 10^-3) /2 кН

для буксирующего судна: R_в = (0,0004* 1025 * 2965,45 * V_б² * 10^-3) /2 кН

для буксируемого судна: R_в' = (0,0004* 1025 * 4010,04 * V_б² * 10^-3) /2 кН

По формуле (1.10.) находим сопротивление винта:

R_з.в.= 0,25 * D_в² * V_б² * 10^-3 кН

для буксируемого судна: R_з.в. = 0,25 * 5,1² * V_б² * 10^-3 кН

Так как необходимо произвести расчет сопротивлений для скоростей от 1 узла до значения скорости полного переднего хода буксирующего судна, которое равно 16,5 узлов, то результаты расчетов сводим в таблицу №2.

Определение максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке

По данным таблицы №2 строим графики сопротивлений R_o(V_б) и R₂(V_б) в прямоугольной системе координат (График №1). Затем используем эти графики для определения максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке. Делаем это следующим образом:

По оси ординат откладываем отрезок «Ое», равный упору гребного упора винта буксировщика Р_ш. Так как формула для расчета упора винта (1.3.) дает большие погрешности в расчетах по буксировке, то для определения тяги на гаке и максимальной скорости буксировки упор винта буксировщика принимаем равным сопротивлению буксирующего судна на полном переднем ходу. Согласно таблице №2 сопротивление буксирующего судна на полном переднем ходу равно: R₁ = 480.8 кН

Через точку «е» проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой суммарного сопротивления R₀ в точке «а». Из точки «а» опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и получаем при их пересечении точку «в». Отрезок «Ов» представляет собой максимальную скорость буксировки, которая в нашем случае равна: V_{б max} =11,6 узлов.

Для определения тяги на гаке отыскиваем точку пересечении
я перпендикуляра «ав» 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 «Оd» определяет тягу на гаке Тг, которая равна:

Тг = 268 кН.

График №1

1.5 Определение диаметра, длины и провиса буксирного троса

По значению тяги на гаке Тг определяем запас прочности буксирной линии, которая для значений тяги на гаке превышающих 100 кН, рассчитывается по формуле:

Р_р = 3 * Тг кН (1.18.)

Р_р = 3 * 268= 804 кН

Далее по значению прочности троса выбираем необходимый диаметр стального троса (d_т) и его линейную плотность q. Для Рр менее 868,1 кН, но больше 721 кН, эти величины равны:

d_т = 41 мм = 0,041 м

q = 5,59 кг/м

Рабочая длина троса рассчитывается по следующей эмпирической формуле:

l = 2 * f² + (2 * Т_г * f) / (q * g) м (1.19.)

f = 2 * h_в + (Н₁ + Н₂) / 2 м (1.20.)

f = 2 * 4 + (4+ 3,5) / 2 = 11,75 м

где: f - стрелка провиса буксирного троса, м;

h_в - высота волнения, которая выбирается из исходных данных в баллах и переводится в метры; для волнения силой 4 балла выбираем из таблиц «МТ-75» значение h_в =4 балла = 1,25 - 2 м;

Н₁ - высота крепления троса над водой на буксировщике, м, выбирается из исходных данных;

Н₂ - высота крепления троса над водой на буксируемом судне, м, выбирается из исходных данных;

Т_г - тяга на гаке, определена в пункте 1.4., кН;

q - линейная плотность буксирного троса, кг/м;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

l = 2 * 11,75² + (2 * 268000 * 11,75) / (5,59* 9,81) = 678,19 м

1.6 Расчет сопротивления троса

По выражению (1.11.) рассчитываем сопротивление погруженной в воду части буксирного троса при скорости буксировки V_{б max} = 11.6 уз = 5,96 м/с:

R_тр = 0,04 * d_т * V_б² * l² - (80 * R₂ * h_т)/(q * g) Н

Где в данном случае значение R₂ = 270,49 кН

R_тр = 0,04 * 0,041 *5,96² * 678,19 ² - (80 * 270,49 * 3,75)/(5,59* 9,81) = 39,48 Н= 0,03948kH

Учитывая, что суммарное сопротивление R_о при скорости буксировки 16.5 узлов будет равно

R_o= 472.2366 кН, а с учетом сопротивления троса, суммарное сопротивление при этой же скорости буксировки должно иметь значение:

R_{о новое} = R_о + R_тр = 472.2366 + 0,03948= 472,28 кН

Но в случае, когда R_тр составляет менее 5% от R_о, то мы можем не учитывать сопротивление троса, та как запас прочности троса перекрывает «упущения» из-за не учета R_тр. В нашем случае R_тр составляет:

5% R_о=472,28 *0,05=23,6 kH; 23,6>0,039 kH

(R_тр*100%) / R_о = (0,03945 *100%) / 472.28 = 0,008%

Следовательно R_тр можно не учитывать.

Конечные результаты сводим в таблицу №3.

Таблица №3.

Параметр	Числовое значение	Параметр	Числовое значение
Rо, кН	472,24	dтр, мм	41
V б max, уз	11,6	q, кг/м	5,59
Тг, кН	268	l, м	678.19
Рр, кН	804	f, м	11,75

На основании произведенных в части №1 курсовой работы расчетов, можно сделать вывод, что для проведения буксировки на заданных типах буксирующего и буксируемого судов и при заданных погодных условиях, следует использовать буксирный трос диаметром 41 мм с линейной плотностью 5,59 кг/м, длина которого должна быть 678,19 м. Толщина троса и его плотность определяют разрывную прочность троса, которая является одним из главных параметров. В течении буксировки неизбежны рывки троса, которые вызваны динамическими нагрузками, а именно ударами волн, рысканием, изменением расположением судов, качкой и другими подобными явлениями. Длина буксирного троса, несомненно, обеспечит его весовую и упругую «игру» для гашения выше перечисленных динамических нагрузок.

2. Расчеты по снятию судна с мели

2.1 Общая информация по снятию судна с мели

Посадка судна на мель происходит обычно в результате ошибки или небрежности судоводителя (ошибка в счислении пути судна, при постановке на якорь, при маневрировании у берега без учета ветра, течения и т.д.), действия непреодолимой силы (ураган, шторм, быстрое течение, подвижка льда и т.д.), а также несоответствия данных карты действительному положению.

Когда судно с хода садится на мель, оно немного уменьшает свою среднюю осадку, в результате чего происходит некоторая потеря водоизмещения, которая приводит к нарушению равновесия между весом судна и силами поддержания воды. При отсутствии доступа воды в отсеки судна разность этих сил будет равна силе реакции грунта. Существует несколько способов снятия судна с мели: работой своих машин; дифферентованием и кренованием; разгрузкой; завозом становых якорей и верпов; буксировкой другими судами; размыванием грунта под корпусом и некоторые другие способы. Обычно применяют одновременно несколько способов.

В этой части курсовой работы требуется определить количество груза которое необходимо снять из заданной точки судна с абсциссой X_i, чтобы судно могло сняться с мели самостоятельно при работе своей машины на полный задний ход. При этом задано, что посадка судна произошла носовой частью на отдельную банку малых размеров, без затопления отсеков, сила присоса грунта и гидрометеорологические условия при этом не учитываются. Все данные для расчета берутся из исходных данных по судну-буксировщику.

Успех снятия судна с мели всецело определяется тяжестью аварийной обстановки: глубинами в месте посадки, характером грунта, возможными изменениями уровня воды (при приливах и отливах), величиной потери плавучести, наличием повреждений корпуса, размерами и расположением по длине и ширине участков касания днищем грунта, а также гидрометеорологическими условиями (волнение, ветер, лёд).

При отсутствии больших повреждений корпуса, мягком грунте, незначительной потере плавучести и благоприятной гидрометеорологической обстановке судно может быть снято с мели без посторонней помощи (своим ходом, с использованием прилива, дифферентовки, накренения, завозкой якорей и т.п.)

При посадке судна на мель в штормовых условиях, ухудшении гидрометеорологических условий или невозможности снять судно с мели собственными силами и средствами необходимо принять меры, предотвращающие разворот судна лагом к волне и дальнейшее перемещение судна в сторону малых глубин (работа главным двигателем, балластировка отсеков забортной водой, завоз якорей на достаточное расстояние).

Использование главных двигателей - наиболее оперативный и целесообразный способ снятия судна с мели в случаях, если под кормой чисто, особенно в момент прилива, при этом установление характера грунта позволяет определить держащие усилие заводных якорей и коэффициент трения днища судна о грунт.

Если своими силами и средствами снять судно с мели не удается, то могут быть использованы привлеченные транспортные, промысловые или буксирно-спасательные суда, прибывшие для оказания помощи, при этом стягивающее усилие будет равно сумме упоров двигателей судов-спасателей.

2.2 Расчет усилий, необходимых для снятия судна с мели

буксировка якорный стоянка судно

После посадки судна на мель определяется осадка судна носом и кормой (dН1, dК1). По формулам (2.2.5: 2.2.6: 2.2.7: 2.2.4: 2.2.9) определяются изменения посадки судна, в результате посадки на мель.

Рассчитывается сила реакции грунта на корпус судна в зависимости из анализа посадки судна на мель (с затоплением отсеков либо нет, на отдельную банку либо всем корпусом).

Изменение силы реакции грунта при изменении нагрузки судна, стоящего на мели определяется по формуле (2.2.10)

Для изменения силы реакции грунта на величину дRГ(кН) при приеме либо снятии груза определяется по формуле (2.2.11), при перемещении груза из точки с абсциссой (X0) в точку с абсциссой (XI), по формуле (2.2.12)

Определяется усилие, которое необходимо создать для стягивания судна с мели. Усилие, которое может обеспечить главный двигатель при работе на задний ход, определяется по паспортным диаграммам тяги и мощности силовой установки судна. Кроме того, это усилие можно определить по приближенной формуле:

Pзх ? 0.102*Кз*Ne

где Pзх - упор движителя на полный задний ход, Кн; Кз - коэффициент, учитывающий падение упора движителя на максимальной мощности ГД и его конструкции (для ВФШ Кз =0.83, для ВРШ Кз =0.75; Ne - эффективная мощность двигателя, кВт.

Тяговая нагрузка, необходимая для снятия судна со скалы или камней при вхождении отдельных камней во вмятины и пробоины:

;

где ZK - высота вошедших в корпус камней, м; бК - угол наклона камней с той стороны, по которой будет подниматься судно при движении, град.

Если дачей заднего хода сняться с мели невозможно, необходимо произвести расчеты по перемещению или снятия груза.

Известно, что в процессе манипуляций, связанных с перемещением, выгрузкой или погрузкой грузов с целью снятия судна с мели, изменяется остойчивость судна и не всегда в нужную сторону, поэтому необходим контроль положения метацентров по соответствующим поправкам.

Величину новой поперечной метацентрической высоты (после посадки и появления силы реакции грунта) можно определить по формуле (2.2.16).

Поправка поперечной метацентрической высоты при перемещении груза на судне определяется по формуле (2.2.17).

Поправка поперечной метацентрической высоты при приеме или снятии малого груза определяется по формулу (2.2.18).

Расчет посадки судна при приеме или снятии груза можно рассчитать используя выражения (2.2.20). (2.2.21). (2.2.22), (2.2.23).

Для контроля начальной остойчивости при приеме или снятии большого груза необходимо использовать кривые элементов теоретического чертежа и диаграммы осадок судна.

Определяем абсциссу точки приложения силы реакции грунта по выражению:

(2.2.9)

где X_R - абсцисса точки приложения силы реакции грунта, м;

? - водоизмещение судна до посадки на мель, т,; (дано)

H - продольная метацентрическая высота судна до посадки на мель, м; (дано)

X_f - абсцисса ЦТ площади действующей ватерлинии, м;

д - изменение угла дифферента судна, рад:

S_B-площадь действующей ватер линии до посадки судна на мель, м²;

д - коэффициент общей полноты; (дано)

дd - изменение средней осадки судна после посадки на мель, м;

д = (дd_н - дd_к) / L = ((-1,28) - 0,55) / 130 = -0,014 рад (2.2.7)

где: дd_н - изменение осадки судна носом, м;

дd_н =d_н1 - d_н = 5,08-6.36 = -1,28 м (2.2.5)

где d_н1 и d_н - осадка судна носом после и до посадки на мель, соответственно, м;

дd_к - изменение осадки судна кормой, м;

дd_к = d_к1 - d_к = 7,47-6,92 = 0,55 м (2.2.6)

где d_к1 и d_к - осадка судна кормой после и до посадки на мель, соответственно, м;

L - длина судна. м;

S_в - площадь действующей ватерлинии до посадки на мель, м²;

S_в = * L * B = 0,79 * 130 * 16,8 = 1725,36 м² (2.2.3)

где б - коэффициент полноты ватерлинии (дано)

L - длина судна, м; (дано)

B - ширина судна. м; (дано)

дd - изменение средней осадки судна после посадки на мель, м;

дd = (дd_н + дd_к) / 2 = ((-1,28) + 0,55) / 2 = -0,37 м (2.2.4)

По формуле (2.2.9) рассчитываем:

X_R = - (8970 * 148 * (-0,014)) / (0,79 * 1725,36* |-0,365|) + 0,28) = 37.84 м

Определяем силу реакции грунта R_г: R_г = - (9,81 * ? * H * д) / (X_R - X_f) кН (2.2.8)

Rг = - (9,81 * 8970 * 148 * (-0,014)) / (37,84 - 0,28) = 4880,55 кН

Определяем усилие, которое необходимо создать для стягивания судна с мели

F_м = ж₁ * R_г кН (2.2.13)

где F_м - усилие для стягивания судна с мели, кН;

ж₁ - коэффициент трения покоя для различных грунтов, выбирается из исходных данных;

F_м = 0,4* 4880,55= 1952,22 кН

По формуле определяем усилие, которое может обеспечить главный двигатель при работе на задний ход:

Р_зх = 0,102 * * N_i кН (2.2.14)

где - коэффициент, учитывающий падение силы упора движителя на максимальной мощности главного двигателя и его конструкцию; для ВФШ = 0,83

N_i - индикаторная мощность главного двигателя, кВт.

Р_зх = 0,102 * 0,83 * 5152= 436,17 кН

Определяем усилие, необходимое для стягивания судна с мели с учетом работы главного двигателя на полный задний ход:

F₁ = F_м - Р_зх кН (2.2.26)

F₁ = 1952,22 - 436,17 = 1516,05 кН

Из приведенных расчетов видно, что снять судно с мели будет не возможно только работой главного двигателя на полный задний ход. Для этого необходимо ещё приложить некоторое усилие F₁. Поэтому рассчитаем количество груза, которое необходимо переместить из точки с абсциссой X₀ в точку с абсциссой X_i для снятия судна с мели:

с_воды берем в т/м³(1,025)

Определяем значение величины изменения силы реакции на грунт дR_г:

дR_г = F1/ ж1=1516,05 / 0,4= 3790,13 кН

Так как все остальные величины, используемые в формуле (2.2.12), уже рассчитаны ранее, получаем следующее:

P_i = - = - 70,91 т.

Как известно в процессе перемещения, выгрузки или погрузки грузов с целью снятия судна с мели, изменяется остойчивость судна и не всегда в нужную сторону, поэтому необходим контроль положения метацентров. Для начала рассчитаем величину поперечной метацентрической высоты после посадки на мель и появления силы реакции грунта:

м (2.2.16)

где h_R - поперечная метацентрическая высота после посадки на мель, м; h - поперечная метацентрическая высота до посадки на мель, м;

R_г - сила реакции грунта, кН; ? - водоизмещение судна в грузу, т;

d - средняя осадка судна до посадки, м, которая рассчитывается по выражению:

d = (d_н + d_к) / 2 = (6,36 + 6,92) / 2 = 6,64 м

дd - изменение осадки после посадки на мель, м:

дd = - 0,365 м

h_R = (6,64 - - 1,12) = 0,78 м

При перемещении малого груза метацентрическая высота изменится на величину поправки, которая вычисляется по формуле:

дh = (Z₂ - Z₁) м (2.13.)

где P_i - масса перемещенного груза, т;

? - водоизмещение судна в грузу, т;

Z₂ и Z₁ - аппликаты центра тяжести перемещенного груза, м.

Аппликата Z₂ рассчитывается по формуле:

Z₂ = (2.14.)

Z₂ = = 1,07 м

Находим поправку метацентрической высоты после перемещения груза массой 70,91 т:

дh = (1,07 - 4,8) = +0,029 м

Таким образом, метацентрическая высота после перемещения груза получится:

h_{после переем. груза} = h_R + дh м (2.15.)

h_{после переем. груза} = 0,785 + 0,03 = 0,815 м

Так как значение поперечной метацентрической высоты получилось больше 0,5 м, а именно 0,815 м, то судну не угрожает опасность при снятии с мели за счет собственных сил дачей полного заднего хода. Наша полученная метацентрическая высота вполне надежна, будит при снятии судна с мели и вполне положительно скажется на нашей остойчивости. Все действия для снятия судна с мели только собственными усилиями вполне действенны, если позволяют погодные условия, и характер грунта на котором судно село на мель. Если же вышеперечисленные условия не выдержаны, то выполнять действия по снятию надо с крайне осторожность или перестраховаться и вызвать помощь.

3. Расчет якорной стоянки

3.1 Условия безопасной якорной стоянки. Общие сведения

В этой части якорной стоянки рассматриваются вопросы безопасной якорной стоянки судна. Выбор места обусловливается гидрометеорологическими, физико-географическими условиями местности и навигационным обеспечением района. Судно, стоящее на якоре, подвержено воздействию внешних факторов, таких, как ветер, течение, поэтому оно может перемещаться по окружности, описанной вокруг места выкладки якоря радиусом, который рассчитывается по выражению:

R_я = X + a + L м (3.1.)

где R_я - радиус якорной стоянки, м;

X - горизонтальное расстояние от точки начала подъёма якорной цепи от

грунта до якорного клюза, м;

a - длина участка якорной цепи, лежащей на грунте, м;

L - наибольшая длина судна, м;

Надежность стоянки судна на якоре может быть обеспечена в том случае, если держащая сила якорного устройства F_я будет больше или равна сумме внешних сил F_i, действующих на судно, стоящее на якоре, то есть:

F_я F_i (3.2.)

-

Рис. 1 Расположение сил, действующих на судно, стоящее на якоре.

3.2 Расчет внешних сил, действующих на судно

Влияние внешних условий определяется суммой внешних сил:

F_i = F_в + F_т + F_ин + F_волн Н (3.3.)

где: F_ветра - сила воздействия ветра, Н;

F_т - сила воздействия течения, Н;

F_ин - сила инерции судна при рыскании, Н;

F_волн - сила воздействия волнения, Н;

Сила воздействия ветра F_ветра на надводную часть судна зависит от скорости ветра и площади обдуваемой поверхности и с достаточной для практических расчетов точностью может быть рассчитана по выражению (1.8.):

R_возд = (жо * _возд. * A_н * (W_в + V_б)² * 10^-3) /2

После преобразования выражения и вычисления значения силы воздействия ветра в Ньютонах получаем выражение:

F_ветра = жо * _возд. * A_н * W_в² / 2 Н (3.4.)

F_ветра = 0,8 * 1,25 * 250 * 8² / 2 = 8000 Н

Сила воздействия течения F_т на подводную часть судна определяется как сумма сопротивления подводной части корпуса и сопротивления застопоренного винта на течении:

F_т = R_тр + R_ос + R_з.в. Н (3.5.)

где R_тр - сопротивление трения корпуса, Н; рассчитывается по выражению (1.11.), но вместо скорости буксировки подставляется скорость течения и расчет ведется в Ньютонах:

R_тр = ж_тр * _воды * S * V_т^1,83 * 10^-2 Н (3.6.)

R_тр = 0,14* 1025 * 4010,04 * 0,8^1,83 * 10^-2 = 3825,21 Н

Rос - остаточное сопротивление корпуса, Н; рассчитывается по выражению (1.7.), но вместо скорости буксировки подставляется скорость течения и расчет ведется в Ньютонах:

Rос = (0,09 * * ? * V_т ⁴) * 10³ / L² Н (3.7.)

Rос = (0,09 * 0,77* 16000 * 0,8 ⁴) * 10³ / (150²) = 20,18 Н

R_з.в. - сопротивление застопоренного винта, Н; рассчитывается по выражению (1.10.), но вместо скорости буксировки также подставляется скорость течения и расчет ведется в Ньютонах:

R_з.в. = 0,25 * D_в² * V_т² Н (3.8.)

R_з.в. = 0,25 * 5,1² * 0,8² = 4,16 Н

Таким образом, согласно выражению (3.5.) получаем следующее:

F_т = R_ф + R_с + R_з.в. Н

F_т = 3825,21+ 20,18 + 4,16 = 3849,55 Н

Воздействие силы инерции судна F_ин при рыскании судна на якоре можно принять равной весу якоря в воде, то есть:

F_ин = Р_я = G * g * (1 - _воды / _ст) Н (3.9.)

где Р_я - вес якоря в воде, Н;

G - масса якоря, выбирается из исходных данных кг;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

_воды - удельный вес воды, Н/м³;

_воды = * g = 1025 * 9,81 = 10055,25 Н/м³

где - плотность воды 1025 кг/м³. _ст - удельный вес стали из которой изготовлен якорь, Н/м³; принимаем равным 76520 Н/м^3. (данные берем из практической работы) Тогда из формулы (3.9.) получаем:

F_ин = Р_я = G * g * (1 - _воды / _ст) Н

F_ин = Р_я = 5000* 9,81 * (1 - 10055,25 / 76520₎ = 42604,49 Н

Воздействие силы от волнения:

R_в = (K_в * _воды * S * V_т²) /2 Н

R_в = ((0,0003* 1025 * 4010,04 * 0,8²) / 2) = 394,59 Н

Окончательно по формуле (3.3.) получаем сумму всех внешних сил:

F_i = F_ветра + F_т + F_ин +F_волн Н,

F_i = 8000 + 3849,55 + 42604,49 + 552,42 = 54848,64 Н.

3.3 Определение держащей силы якорного устройства

Держащая сила якорного устройства представляет собой сумму держащей силы якоря и держащей силы участка цепи, лежащей на грунте:

F_я = 9,81 * (G * K + a * q_ц * ж₁) Н (3.10.)

где G - масса якоря, кг; выбирается из исходных данных;

K - коэффициент держащей силы якоря, зависящий от конструкции и массы якоря и от характера грунта;

a - длина участка якорной цепи, лежащей на грунте, м; принимаем равной а = 25 м по условию;

q_ц - линейная плотность якорной цепи в воде, кг/м:

q_ц = 0,018 * d_ц² кг/м (3.11.)

q_ц = 0,018 * 70² = 88,2 кг/м

d_ц - калибр якорной цепи, мм; выбирается из исходных данных;

ж₁ - коэффициент трения покоя якорной цепи для различных грунтов;

Следовательно, из выражения (3.10.) получаем: F_я = 9,81 * (G * K + a * q_ц * f₁) Н

F_я = 9,81 * (5000* 2.7 + 25 * 88,2 * 0,61) = 145629,94 Н

3.4 Расчет длины якорной цепи провисающей над грунтом

Длина якорной цепи, провисающей над грунтом, в зависимости от возвышения якорного клюза от грунта определяется по формуле:

l_ц = H_k² + 2 * H_k * (G * K / q_ц + a * f₁) м (3.12.)

где H_k - возвышение якорного клюза над грунтом, м;

l_ц = 42.1² + 2 * 42.1 * (5000 * 2.7 / 88,2 + 25 * 0,61)= 126,27 м

Условие (3.2.) выполняется, а именно:

F_я F_i

145629,94 Н > Н,

Длину якорной цепи, провисающей над грунтом, можно также найти и по формуле, выражающей зависимость от возвышения якорного клюза и суммы внешних сил, действующих на судно:

l_ц = H_k² + 0,285 * H_k * F_i / q_ц м (3.13.)

l_ц = 42,1² + 0,285 * 42.1 */ 88,2 = 96,1 м

Из двух значений длины якорной цепи, провисающей над грунтом, полученных по выражениям (3.12.) и (3.13.), выбираем большее значение, а именно полученное по формуле (3.12). Следовательно: l_ц = 126,27 м

3.5 Расчет горизонтальной составляющей длины якорной цепи, провисающей над грунтом

Горизонтальной составляющая длины якорной цепи, провисающей над грунтом определяется по формуле:



Х=0,143* Ln [88,2* ]= 102,04 м

3.6 Расчет радиуса якорной стоянки

Выполнив все необходимые вычисления, теперь рассчитываем радиус якорной стоянки по выражению (3.1.):

R_я = X + a + L м

R_я = 102.04 + 25 + 150 = 277,04 м

На основании полученных значений можно сделать вывод, что при выборе безопасного места якорной стоянки при заданных условиях следует учесть, что место якорной стоянки должно быть не меньше окружности, описанной вокруг места отдачи якоря радиусом 277.04 м. Якорная стоянка будет безопасной для данного судна при данных условиях. Но желательно радиус брать немного больше, для случая непредвиденных обстоятельств, если судно имеет большие габариты.

Процесс постановки на якорь включает следующие этапы: подготовки к постановке на якорь; подход к месту якорной стоянки и маневрирование при постановке; отдача якоря. При подготовке и постановке на якорь выбирают место якорной стоянки, составляют план подхода и маневрирования, готовят главный двигатель к реверсированию и якорное устройство к работе. Желательно, чтобы при отдаче якоря судно медленно продвигалось примерно в том направлении, которое будет занимать якорная цепь при стоянке судна на якоре, то есть по направлению ветра, течения или их равнодействующей.

Кроме этого необходимо соблюдать 2 основных условия безопасной якорной стоянки:

1) что глубина моря в месте якорной стоянки должна быть не меньше:

HМ ? 1.2 dMAX +hВ

hВ - максимальная высота волны, наблюдаемая в данном районе в данном сезоне.

2) держащая сила якорного устройства F_я будет больше или равна сумме внешних сил F_i, действующих на судно, стоящее на якоре, то есть:

F_я F_i

Список использованной литературы

1. Методические указания для выполнения курсовой работы;

2. Конспект лекций по дисциплине «Управление судном»;

3. Мореходные таблицы МТ-75

Размещено на Allbest.ru