Коэффициент прочности стальных тросов

Наименование троса	k
Стальной гибкий, кроме тросов 150 180 и 205 мм окружностью	44,0
Стальной гибкий, окружностью 150, 180 и 205 мм	53,3
Стальной полужёсткий, окружностью 175 и 205 мм	55,5
Стальной жесткий	5,5

Допускаемое рабочее усилие находится по формуле:

P_р=Q∕n, кН, (22)

где R – разрывное усилие троса, кН;

n – коэффициент запаса прочности, n=5 при F_бук 10 тс и n=3 при F_бук30 тс (промежуточные значения коэффициента запаса прочности находят линейной интерполяцией).

Для выбора данного коэффициента необходимо знать тяговое усилие буксировщика, которое находиться по формуле, тс:

F_бук=N ∕ 9V, (23)

где N – полная мощность судна, л.с.;

V-скорость судна на полном переднем ходу (без буксира), уз.

1.8 Расчет длины буксирного троса и меры по его амортизации

Длина буксирного троса при морской буксировке дол­жна быть такой, чтобы обеспечивалось увеличение рас­стояния между буксируемым и буксирующим кораблями на величину их продольного относительного перемещения в условиях волнения. В противном случае резко изменя­ется натяжение буксирного троса и возможен его обрыв.

Рис. 1.6. Подбор длины буксирного троса на волнении

Свободное изменение расстояния между судами при буксировке зависит от весовой и упругой «игры» буксирного троса. Весовая «игра» стального троса харак­теризуется стрелой провеса f (рис. 1.6). На основе ана­лиза ряда морских буксировок выведена приближенная формула необходимой длины стального буксирного тро­са в метрах в зависимости от максимальной высоты волн в районе проведения буксировки:

l=85h_в, (24)

где hв — максимальная высота волн в районе проведения буксировки, м.

Большая упругость капроновых и других синтетиче­ских тросов с избытком компенсирует отсутствие у них весовой «игры». Как показывает практика, буксирный трос из синтетического волокна длиной 250—300 м яв­ляется достаточным при любых условиях погоды.

1.9. Применение рывка судном – спасателем

Рывок буксировщика передает энергию, накопленную в период разбега, судну, сидящему на мели в момент натяжения троса. Усилие, создаваемое рывком, может быть во много раз больше того, которое буксировщик создает при статической буксировке. Это усилие может превысить прочность буксирного троса и устройств, к которым он закреплен. Количество энергии, накопленной буксировщиком, зависит от скорости, которую он получит к моменту предельного натяжения буксирного троса. Поэтому в расчетах, связанных с использованием рывка, учитывается в первую очередь прочность буксирного троса и надежность конструкций, к которым он крепится, затем допускаемая скорость буксира-спасателя, которая зависит от длины разбега буксировщика.

Определим максимальный упор винтов буксировщика при его максимальной скорости (приближенно должно быть равно сопротивлению движению буксировщика), кН, по формуле (25):

Т_ш.р. = 1,13·(1,9-Н_в/D_в)·Р_в/(D_в·n), (25)

где n - номинальная частота вращения главного двигателя, с^-1;

D_в - диаметр винта, м;

Н_в - шаг винта, м;

Р_в - мощность, потребляемая гребным винтом, кВт, которая определяется по формуле (26):

Р_в=0,7355· ∑N_e ·η_w· η_c , (26)

где

η_w–КПД валопровода=0,98

η_c–КПД редуктора=0,98;

N_e- номинальная мощность, э.л.с.

Жесткость стального буксирного троса определяется по формуле (27), кН/м:

K=I00·Q_ст/l, (27)

где l - длина буксирного троса, м.

Q_ст – разрывное усилие стального троса, кН;

Жесткость синтетических нейлоновых и капроновых плетеных канатов определяется по формуле (28), кН/м:

C = 3,6Q_синт/l², (28)

где Q_синт - разрывное усилие синтетического троса, кН.

При комбинированной буксирной линии, состоящей из сталь­ного и синтетического тросов, жесткость ее определяется жестко­стью синтетической вставки. Если для рывка применяется сталь­ной трос, рекомендуемая длина его должна быть не менее 300 м, а для равнопрочного синтетического троса — не менее 100 м.

Допускаемая скорость буксировщика при рывке (м ∕с), для стального троса, определяется по формуле (29):

V_рыв = Т_ин/. (29)

Допускаемая скорость буксировщика при рывке (м ∕с), для синтетического каната, определяется по формуле (30):

, (30)

где Т_ин - допускаемая инерционная составляющая усилия рывка, кН, определяется по формуле (31) и (32):

D - водоизмещение судна – спасателя

Для стального троса:

Т_ин = 0,95·Q – Т_ш.р., кН. (31)

Для синтетического каната:

Т_ин = 0,5·Q-T_ш.р., кН, (32)

где Т_ш.р. - тяга буксировщика в швартовном режиме, кН;

Q – разрывное усилие выбранного троса, кH;

К и С- жесткость стального троса и синтетического каната, кН/м;

D - массовое водоизмещение буксировщика, т, определяемое по формуле (33):

D =ρ·V, (33)

где V - объемное водоизмещение буксировщика, м³;

ρ – плотность морской воды в месте посадки на мель.

Усилие рывка Т_рыв в момент максимального натяжения буксирного троса определяется суммой допускаемой инерционной составляющей рывка Т_ин и тяги спасателя при скорости буксировки к моменту рывка Т_Vрыв.

По формуле (34) определим развиваемое усилие рывка, кН:

Т_рыв = Т_ин + Т_Vрыв, кН, (34)

где T_Vрыв - тяга на гаке от скорости буксировки, кН. Буксиры-спасатели снабжаются графиками зависимости тяги на гаке от скорости буксировки, из которых по вычисленной допускаемой скорости при рывке, определяется T_Vрыв. Приближенное значение Т_Vрыв можно определить по формуле (35):

Т_Vрыв=Т_ш.р.·(1–V_рыв/V_max),кН, (35)

где T_ш.р – тяга судна-спасателя в швартовном режиме, кН;

V_max – максимальная скорость в режиме свободного хода судна-спасателя.

1.10. Разворачивающее усилие необходимое для разворота или раскачки аварийного судна

Если до начала стягивания судна с мели необходим разворот его в сторону увеличения глубин, производят расчеты по определению требуемого разворачивающего усилия.

Разворачивающее усилие определяется по формуле

, кН, (36)

где К_н — коэффициент надежности принимается равным 1,1, когда длительное пребывание судна на мели может привести к его гибели; в остальных случаях К_н = 1.

, кН·м, (37)

где М_fтр — момент сил трения, кН·м;

М_fб.гр — момент сил бокового сопротивления грунта, кН·м;

М_fволн — момент сил бокового волнового давления, кН·м;

х_разв — расстояние от точки приложения разворачивающего усилия Т_разв до точки разворота, м (рис. 1.7).

Для упрощения за точку разворота принимается точка разворота 0, определенная при учете только трения. Сила ветрового давления при развороте судна на мели не учитывается ввиду ее незначительности.

В отдельных частных случаях силы бокового сопротивления грунта и бокового волнового давления могут не учитываться. В этих случаях:

, кН; (38)

, м, (39)

где х_Т — абсцисса точки приложения силы Т_разв, м;

х₀ — абсцисса точки разворота, м.

, м, (40)

где l_тр — длина приведенного к прямоугольной форме опорного контура, м.

Момент сил трения М_f при развороте судна, сидящего на мели на ровный киль (без уклона опорной поверхности), определяется по формулам:

, кН·м; (41)

, кН·м, (42)

где R_a — опорная реакция грунта, кН,

f — коэффициент трения;

l_тр и b_тр — длина и ширина приведенного опорного контура, м;

— функция, учитывающая влияние на М_fтр положения разворачивающего усилия и удлинения опорного контура определяется по графику на рис. 1.8.

	Рис.1.7. Схема разворота аварийного судна: 0 — точка разворота; Тразв — разворачивающее усилие, кН; хразв — расстояние от точки приложения разворачивающего усилия до точки разворота, м; х0 — абсцисса точки разворота, м; хТ — абсцисса точки приложения силы Тразв, м; bтр, lтр — соответственно ширина и длина приведенного опорного контура, м
	Рис.1.8. Зависимость функции F (x0 / lтр, lтр / bтр) от положения точки приложения равнодействующей стягивающих усилий и удлинения опорного контура lтр / bтр: хТ / lтр — относительное расстояние от начала опорного контура до точки приложения равнодействующей стягивающих усилий по длине судна, м

Формула (41) применяется в случае, когда отношения сторон опорной поверхности

≤ 5.

При > 5 применяется формула (42).

1.11. Снятие аварийного судна посредством кренования

1.11.1 Снятие с мели кренованием

Новую метацентрическую высоту при Z = 0 найдем по формуле (43), м:

h₁ = h_○+ [R_а'/ (Р + R_а')]-[d_cp + (Δd_ср/ 2) – h_о], (43)

где h_○ - начальная поперечная метацентрическая высота, м:

Р - весовое водоизмещение судна (кН), которое определяется по формуле (44):

Р = V·g·ρ, (44)

Абсциссу точки посадки судна на мель (т. А) вычислим по формуле (45), м :

Y = ((P + R_a^')/ R_a') ·h₁· (θ° / 57.3), (45)

где θ - угол крена после посадки судна на мель, град.

Ординату точки посадки судна на мель (т. А) вычислим по формуле (46), м :

Х = [Р·Н_○·(Δ₁-Δ)/(R_а'·L)] +X_f, (46)

где Δ₁ = d_нм – d_км - дифферент судна после аварии, м;

Δ = d_н - d_к - дифферент судна до аварии, м.

Значение координат X и Y может понадобиться для того, чтобы уменьшить затраты труда на разборку грузов в районе соприкосновения с грунтом с целью осмотра корпуса изнутри и установления характера повреждения.

Практический интерес, представляет и другое: какие грузы и куда надо принять или переместить, чтобы судно оторвалось от грунта и самостоятельно снялось с мели. Для этого, очевидно, что уменьшение осадки d_р1;р2 в точке соприкосновения с грунтом, вызванное принимаемым грузом, должно быть по абсолютному значению равно или больше уменьшения осадки Δd_Rа^' в указанной точке, вызванное реакцией R_а и креном судна, т.е.,

| Δd_р1;р2 | > | Δd_Rа^' | + Δd_р1,

где Δd_р1 - приращение осадки за счет приема балласта, находиться по формуле (cм);

∆d _р1= Р_б / q , (47)

q - число тонн на 1 см осадки, т/см, которая определяется по формуле:

,

м²,

ρ - плотность воды, т/см³;

Уменьшение осадки Δd_Ra’ в точке т. А от крена (м), по формуле (48):

Δd_Ra = Δd_ср + Y·(θ° / 57,3) + (X – X_f)·( Δ₁ - Δ) / L, (48)

где Х_f - абсцисса Ц.Т. действующей ватерлинии, м;

1.11.2 Кренование аварийного судна

Новое значение высоты после приема балласта (м), по формуле (49), составит:

h₁^' = h₁ + P_δ/(P + Р_δ)·(d_срм+ [Р_δ / (2·g·ρ·S)] – h₁ - Z_δ), (49)

Изменение средней осадки в месте посадки от приема балласта, м, по формуле (50):

Δd_{р1; р2} = Р_б / (g·p·S) + M_кр·Y / ((P_δ + P)·h₁) + M_диф·(Х – X_f) / Р·Н_○, (50)

где М_кр = Р_δ·Y_δ - момент кренящий от принятого балласта, кНм ;

М_диф = Р_δ·Х_δ - момент дифферентующий от принятого балласта, кНм.

Проверим условие снятия аварийного судна с мели после приема балласта в балластную цистерну.

Определим изменение опорной реакции грунта по формуле (51):

^R_а^{’’ = g·ΔD= I0·q·(}Δd_{р1: р2} ^- Δd_Ra' ^- Δd_р1^{), (51)}

Если необходимо кренование аварийного судна для самостоятельного снятия с мели, на промежуточном этапе проверяется:

Остаточный запас плавучести после заполнения балластной цистерны, который, но формуле (52), кН, будет равен:

D = ΔD – Р_δ , (52)

где ΔD - запас плавучести, кН, который определяется по формуле (53):

ΔD = g·(H - 0,076)·q, (53)

где Н – высота надводного борта, м;

q - число тонн на 1 см осадки, т/м.

Фактический угол крена на момент окончания приема балласта, по формуле (54), град, составит:

θ₂ = Р_δ·Y_δ / ((P_δ + P)·h_l)·57,3, (54)

Приращение угла крена после заполнения балластной цистерны, по формуле (55). град, будет равно:

θ₂' = Р_δ·Y_δ / [(P_δ + P)·h₁]·57,3 + θ₁· h₁ / h'_1, (55)

Если снять судно с мели не удалось необходимо кренование судна продолжить.

1.11.3. Основные данные для аварийного судна после выполнения кренования

Продольная метацентрическая высота после заполнения балластной цистерны, по формуле (56), м:

Н₁ = Н_○ + Р_δ1·(d_ср1 + Δd_p1 / 2 - Н_○ – Z₁) / (Р + Р_δ), (56)

где Н_○ - начальная продольная метацентрическая высота, м;

Δd_p1 - приращение осадки аварийного судна после приема балласта, м:

d_ср1 - средняя осадка аварийного судна после приема балласта, которая по формуле (57), будет равна, м:

d_ср1 = d_срм + [Δd_ср - (Δd_Ra - Δd_р1;p2 + Δd_р1), (57)

Осадки носом и кормой аварийного судна после приема балласт в балластную цистерну, по формулам (58) и (59), м, составят:

d_н1 = d_нм + Δd_изм + Δd_p1 - М_диф1·(L / 2 + X_f) / Р₁·H_1, (58)

d_к1 = d_км + Δd_изм + Δd_p1 + М_диф1·(L / 2 - X_f) / Р₁·H_1, (59)

где М_диф1 - дифферентующий момент, кНм, по формуле (60), будет равен:

М_диф1 = Р_δ1(Х_δ1 – Х_f), (60)

Осадки бортами аварийного судна после приема балласта в балластную цистерну, по формулам (61) и (62), м, составят:

d_п/δ1 = d_сp2 + В·θ₂° / 2-57,3°, (61)

d_л/δ1 = d_сp2 - В·θ₂° / 2-57,3°, (62)

где d_сp2 - средняя осадка судна после приема первого балласта, м, по формуле (63), будет равна:

d_сp2= (d_н1+d_к1)/2, (63)

1.11.4. Дифферентование аварийного судна

Дифферентование судна используется в случаях, когда оно сидит на незначительной по площади части корпуса, причем касание грунта произошло носовой или кормовой частью.

Продольная метацентрическая высота после приема балласта:

Н = Н_○ + Р_δ·(d_ср + Δd_p1 / 2 – Z_Б) / (Р + Р_δ), (64)

где Н_○ - начальная продольная метацентрическая высота, м:

Δd_p1 - приращение осадки аварийного судна после приема балласта, м:

d_ср - средняя осадка аварийного судна после приема балласта, м:

Р_δ - вес принимаемого балласта, кН;

Z_Б - аппликата Ц.Т. балласта, м;

Р - весовое водоизмещение судна, кН.

Осадки носом и кормой аварийного судна после приема балласта в балластную цистерну, по формуле (65), м, составят:

_{Тн.к = Р·Х (0,5L – Xf)/D·H, (65)}

где Р - объем заполненной балластной цистерны, т:

X - отстояние от мидель-шпангоута центра тяжести балластной цистерны, м;

L - длина судна, м;

Х_f - абсцисса Ц.Т. действующей ватерлинии, м;

D - водоизмещение судна, м;

Н - продольная метацентрическая высота, м.