2.3. Нормирование скорости движения одиночных судов
Под нормированной скоростью движения судна понимается его техническая скорость относительно берега. Техническая скорость зависит от паспортных скоростных характеристик судна, загрузки и условий плавания.
Нормированная техническая скорость устанавливается для каждого типа самоходных грузовых судов, по характерным участкам пути, по направлениям движения (вверх или вниз) и по загрузке.
В общем виде техническая скорость ( в км/ч или в км/ сут.) одиночных судов (грузовых теплоходов, танкеров, грузопассажирских) определяется по формуле
U = V ± w , (54)
где: V – расчетная скорость судна на глубокой спокойной воде, определяемая
техническими параметрами судна и его загрузкой, км/ч. или км/сут.;
w - приращения (+) или потери (-) расчетной скорости, зависящие от
направления движения (вверх или вниз), характеристик судового хода
(скорости течения, уклона, извилистости) и изменения режима
движения судна при встречах, обгонах, на перекатах, закруглениях
судового хода, км/ч. или км/сут.
Паспортная скорость относительно воды принимается: из технической характеристики судна (в техническом паспорте) или диспетчерского справочника. Паспортная скорость замеряется на ходовых испытаниях после постройки судна на участках с отсутствием течения и с большой глубиной.
Паспортная скорость (в км/ч.) может быть определена и по известной формуле
V
=
,
(55)
где: ף - пропульсивный к.п.д. судна, характеризующий потери мощности от
двигателя до движителя включительно;
Ni - индикаторная мощность главных двигателей, л.с.;
R'
- приведенное сопротивление воды
движению судна,
.
Значения потерь (приращений) скорости судов и составов устанавливаются бассейновыми управлениями пути на основе исследований и публикуются в диспетчерских справочниках. В табл. 4 приведены эти нормы потерь (приращений) из «Диспетчерского справочника технических норм по эксплуатации флота в Центральных и Северо-Западных бассейнах».
Таблица 4
Типовые нормы потерь (приращений) скорости судов и составов, км/ч.
Участки водного пути и направления движения |
Одиночные суда |
Составы с числом барж |
|||
1 |
2 |
3 и более |
|||
Центральные участки водохранилища |
вверх |
- 0,9 |
- 1,0 |
- 1,2 |
-1,4 |
вниз |
+ 0,6 |
+ 0,7 |
+ 0,8 |
+ 1,0 |
|
Зоны выклинивания водохранилища |
вверх |
- 1,8 |
- 1,9 |
- 2,1 |
- 2,3 |
вниз |
+ 1,5 |
+ 1,6 |
+ 1,8 |
+ 2,0 |
|
Глубоководные участки рек |
вверх |
- 2,6 |
- 2,7 |
- 2,8 |
- 2,9 |
вниз |
+ 2,3 |
+ 2,3 |
+ 2,4 |
+ 2,5 |
|
Потери (приращения) скорости составов больше, чем одиночных самоходных судов из-за различных значений составляющей изменения режима движения на одном и том же участке.
Расчетная скорость грузового самоходного судна на глубокой спокойной воде с полным грузом или порожнем (в балласте) является его паспортной характеристикой и указывается в справочнике по серийным судам. Значения расчетной скорости при различной осадке и эксплуатационной загрузке (промежуточной) приводятся в диспетчерских справочниках по флоту (табл.5).
Таблица 5
Шкала скорости грузового теплохода при различных осадках, км /ч.
Номер проекта судна |
Осадка , м |
|||||||
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3.0 |
|
576 |
19,77 |
19,45 |
19,14 |
18,82 |
18,51 |
18,20 |
17,88 |
17,56 |
Промежуточные значения скорости при различных осадках могут
быть отображены и на специальном графике (рис.12)
V км/ч
20,8
20,6
20,4
20,2
20,0
1,0 2,0 3,0 4,0 Тэ м
Рис.12 Зависимость скорости грузового теплохода (проект № 507)
от осадки.
Промежуточные значения скорости Vэ при различных осадках
могут быть определены методом интерполяции (при допущении линей-
ной зависимости скорости от осадки) по одной из следующих формул
Vэ=
(56)
или
Vэ
=
,
(57)
где: Vp , Vo -паспортная скорость судна в полном грузу и порожнем;
ΔV -изменение скорости судна, приходящееся на 1 см
изменения осадки ;
Тр , То -регистрационная осадка судна в полном грузу и порожнем;
Тэ -эксплуатационная осадка.
При
этом
2.4. Нормирование скорости движения составов
Общее выражение для определения технической скорости состава то же, что и для одиночных судов
U = V c ± w ( 58 )
Однако определение скорости состава относительно воды Vс является более сложной задачей.
Движущая сила, развиваемая судовой силовой установкой у одиночных судов (самоходных грузовых и пассажирских) преодолевает сопротивление воды движению корпуса судна; а у буксирных судов и толкачей, следующих с составами из несамоходных барж, суммарное сопротивление буксируемого (толкаемого) состава, включающего несколько несамоходных судов, и сопротивление корпуса самого буксировщика или толкача.
Расчетная скорость состава зависит от сопротивления воды его движению и тяговых характеристик толкача (буксировщика). В свою очередь сопротивление воды движению состава зависит от числа барж (секций) в составе, их загрузки, формы счала.
Таким образом, начало движения судна (состава) характеризуется непрерывным изменением величины движущей силы и сил сопротивления воды движению судна (или толкача-буксира и состава).
Установившееся движение судна (состава) характеризуется равенством этих сил, а математическое выражение такого состояния движения называется уравнением равномерного движения судна или состава
для одиночного судна Р n = R (59)
для состава Pn= R + Rc (60)
Сказанное поясняется схемой на рис. 13.
а) Одиночное судно
Рn = R
б)
Буксировщик
с составом
Pn R+Rc
Pn= R + Rc ; Fr = Rc.
Рис.13. Схема установившегося движения.
а – одиночного судна, б – буксировщика с составом
Рn – движущая сила; R - cопротивление воды движению одиночного судна (или буксировщика );
Rc –сопротивление воды движению состава;
Fг - сила тяги на гаке, расходуемая непосредственно на преодоление сопротивления воды движению буксируемого состава.
Для дальнейшего изложения метода определения скорости движения состава введем понятия: приведенного сопротивления баржи, приведенного сопротивления состава, приведенной силы тяги на гаке.
Напомним вначале, что абсолютное сопротивление воды движению баржи прямо пропорционально квадрату скорости движения, т.е. с увеличением скорости оно возрастет в квадратичной зависимости от этой скорости.
Приведенное сопротивление баржи - это сопротивление данной баржи, приведенное к скорости в I м/сек по формуле
,
(61)
где:
R'б
- приведенное сопротивление баржи ,
Rб - абсолютное сопротивление баржи, кгс.
Приведенная сила тяги на гаке - это сила тяги на гаке, приведенная к скорости в I м/сек по формуле
,
( 62 )
где: F 'r - приведенная сила тяги на гаке, ;
Fг - абсолютная сила тяги на гаке, кгс.
Приведенное сопротивление. состава - это сопротивление состава при скорости I м/сек. Здесь следует подчеркнуть, что приведенное сопротивление состава не равно сумме приведенных сопротивлений отдельных барж, входящих в данный состав, из-за эффекта попутного потока. Каждая баржа в составе использует попутный поток впереди идущей баржи, и поэтому ее приведенное сопротивление в этом случае несколько уменьшается по сравнению с движением этой биржи отдельно. Строго говоря, у первой баржи состава приведенное сопротивление также несколько уменьшится из-за уменьшений вихревого сопротивления в кормовой части этой баржи.
Это явление уменьшения приведенного сопротивления состава сравнительно с суммой приведенных сопротивлений барж, входящих в состав, учитывается специальным коэффициентом.
Поэтому приведенное сопротивление состава определяется в общем случае по формуле
Rc'
= Kсч
,
( 63)
где: К сч - коэффициент счала (отношение приведенного сопротивления состава к сумме сопротивлений барж, входящих в состав);
n - число барж в составе (n = 1, 2, …., n) ;
R'бi - приведенное сопротивление каждой баржи, входящей в состав.
Значение коэффициента счала зависит от числа судов в составе, их размеров, осадки, а также от формы счала, т.е. порядка расположения барж в составе.
В табл. 6 приводятся значения коэффициентов счала для различных составов из диспетчерского справочника.
Таблица 6
Коэффициенты счала составов
Формула счала состава |
Состав |
|||
толкаемый ( Т) |
буксируемый (Б) |
|||
в полном грузу |
Порожнем |
в полном грузу |
порожнем |
|
Т(Б)+1 |
0,90 |
0,97 |
1,00 |
1,00 |
Т(Б)+1+1 |
0,78 |
0,92 |
0,85 |
0,96 |
Т(Б)+1+1+1 |
0,68 |
0,90 |
0,75 |
0,94 |
Т(Б)+2 |
0,86 |
0,94 |
1,05 |
0,98 |
Т(Б)+2+1 |
0,80 |
0,92 |
0,86 |
0,98 |
Т(Б)+2+2 |
0,74 |
0,90 |
0,84 |
0,98 |
Т(Б)+1+2+1 |
0,72 |
0,90 |
0,78 |
0,96 |
Все названные тяговые характеристики буксирного судна рассмотрены
на графике совместно с характеристиками сопротивления воды движению судна и состава (рис.14).
Для буксирных судов и составов на основе уравнения установившегося
движения и графика тяговых характеристик могут решаться три типа тяговых
задач.
1) Определение скорости движения буксирного состава, если известны буксировщик и баржи в составе.
2) Подбор состава из барж для известного буксировщика при заданной скорости движения.
Подбор буксировщика для известного состава из барж при заданной
скорости движения.
В диспетчерских справочниках тяговые характеристики судов и приведенное сопротивление барж даются в табличной форме.
Рассмотрим сначала более подробно решение первого типа задачи - по определению нормы расчетной (относительно воды) скорости движения составов. Порядок ее решения следующий:
I)Находят приведенное сопротивление каждой баржи по соответствующей таблице диспетчерского справочника (табл. 7) и суммированием этих величин определяют общее приведенное сопротивление барж состава
R
Рn
Rc
Fr
F'r
Vc
Vо
V
Рn R Rc R'с Fr F'r
(64)
Р
Рn - движyщая сила (полезная тяга движительного комплекса);
Rc - абсолютное сопротивление состава;
R'с - приведенное сопротивление состава (на графике горизонтальная линия);
R - cопротивление буксировщика;
Fг -абсолютная сила тяги на гаке;
F'г – приведенная сила тяги на гаке.
Если эксплуатационная осадка баржи не совпадает с табличным значением, то приведенное сопротивление при данной осадке определяется методом интерполяции по формуле
R
' = R
' max
-
.
(65)
где: R ' max , R' min , Tmax , Tmin - большее и меньшее табличные значения соответственно приведенного сопротивления и осадки, указанные в таблице последовательно, между которыми находятся Тэ и R '.
2) По данным таблицы коэффициентов счала состава подбирают коэффициент, соответствующий заданной формуле счала состава (см.табл.5) и определяют приведенное сопротивление состава по формуле (63)
R'с
= Ксч
3) Определяют искомую норму расчетной скорости движения состава с соответствующим буксиром-толкачем для случая, когда буксир-толкач используется в качестве буксировщика, по диспетчерскому справочнику в таблице приведений силы тяги на гаке буксирных судов при движении с составом (табл.8).
При этом имеется в виду, что при установившемся движении приведенная сила тяги на гаке буксира-толкача равна величине приведенного сопротивления состава, т.е.
F'г = R'с (66)
Поэтому в таблице 7 определяют, при какой скорости значение F'г равно определенному ранее R'с .
Если приведенное сопротивление состава не совпадает с табличным значением приведенной силы тяги, то расчетная скорость движения состава определяется методом интерполяции по формуле
Vс
= Vmin
+
( F'r
max
- R'c),
(67)
где: Vmax,Vmin - табличные значения скоростей движения, соответствующие
табличным значениям F'г min и F'r max ;
F'r max , F'г min - большее и меньшее значения силы тяги на гаке,
указанное в таблице последовательно, между
которыми находится величина F'г, равная R'с .
4) Для случая вождения состава методом толкания найденную расчетную скорость для буксировки умножают на коэффициент эффекта толкания Кт , т.е.
Vт = Кт Vc (68)
Таблица 7.
Приведенное сопротивление несамоходных судов при различных осадках
Номер про- екта |
Грузо- подъем- ность, т |
Осадка, м |
Приведенное сопротивление ( кгс с2/м2 ) при осадках, м |
|||||||||||||
в пол- ном грузу |
по- рож- нем |
в полном грузу |
порож- нем
|
0,6 |
0,9
|
1,2 |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
2,4 |
2,7 |
3,0 |
3,3 |
3.6 |
||
1787-У |
4440 |
3,50 |
0,52 |
432 |
293 |
297 |
311 |
325 |
339 |
353 |
367 |
381 |
395 |
409 |
423 |
437 |
Р-79 |
3800 |
3,70 |
0,64 |
353 |
265 |
- |
272 |
281 |
289 |
298 |
307 |
315 |
324 |
333 |
341 |
350 |
461-Б |
3000 |
3,20 |
0,40 |
440 |
194 |
209 |
233 |
257 |
283 |
309 |
337 |
364 |
393 |
422 |
449 |
- |
Значения коэффициента эффекта толкания, учитывающего использование попутного потока, зависит от числа барж в составе и их типа. В диспетчерском справочнике приведены следующие значения Кт
при толкании одной баржи -1,03;
то же двух барж -1,04
-« - трех барж -1,05
-« - четырех и более барж - 1,06
-« - секционных составов - 1,08
Решение второго типа задачи (подбор состава для заданного буксировщика и заданной скорости движения) выполняется в следующем порядке:
1) Для заданной скорости буксировки находится приведенная сила тяги заданного буксира по таблице диспетчерского справочника и к ней приравнивается приведенное сопротивление состава (на основе уравнения установившегося движения)
R'с = F'г
2) Определяется суммарное приведенное сопротивление барж состава в соответствии с подобранным коэффициентом счала по заданной формуле состава на основании формулы (63).
3) Подбирается нужное количество барж по диспетчерскому
справочнику в таблице приведенного сопротивления несамоходных судов с таким расчетом, чтобы сумма их приведенных сопротивлений равнялась (или была максимально близкой) к определенной выше величине на основании формулы (64)
R'б
1
+ R 'б
2
+ …… + R' б
n
=
Примечание: Для случая вождения состава методом толкания заданную скорость для толкания нужно сначала разделить на коэффициент эффекта толкания и получить скорость для буксировки на основании формулы (68)
Vc
=
После этого задача решается в соответствии с пунктами 1, 2 и 3.
Решение третьего типа задачи (подбор буксира-толкача для заданного состава и заданной скорости движения) выполняется в следующем порядке.
1) Определяется суммарное приведенное сопротивление барж состава в соответствии с формулой (64)
R'б
I
= R'б
1
+ R'б
2
+ …… + R'б
n
,
где: R'б 1 , Rб 2 , R''б n - приведенное сопротивление каждой баржи, определяется по диспетчерскому справочнику при заданной осадке.
2) Определяется приведенное сопротивление буксируемого состава путем умножения суммарного приведенного сопротивления барж состава на соответствующий коэффициент счал в соответствии с формулой (63)
R'с = Kсч
Таблица 8
Приведенная сила тяги на гаке буксирных судов при движении с составами, кгс · с2/м2
Номер Проекта |
Мощность, л.с. |
Скорость буксировки, км/сут; км/час; м/сек
|
|||||||
160 6,67 1,85 |
170 7,08 1,97 |
180 7,5 2,09 |
190 7,92 2,2 |
200 8,32 2,33 |
210 8,75 2,43 |
220 9,16 2,55 |
230 9,58 2,67 |
||
428 |
2000 |
6200 |
5900 |
5600 |
5250 |
4900 |
4500 |
4150 |
3800 |
153 |
1500 |
9949 |
8277 |
6931 |
5943 |
5003 |
4410 |
3816 |
3324 |
758 АМ |
800 |
3223 |
2698 |
2250 |
1948 |
1712 |
1525 |
1374 |
1240 |
Продолжение табл. 8
Скорость буксировки, км/сут; км/час; м/сек |
||||||||||
240 10,0 2,78 |
250 10,43 2,9 |
260 10,84 3,01 |
280 11,66 3,25 |
300 12,5 3,48 |
320 13,33 3,71 |
340 14,15 3,93 |
360 15,0 4.17 |
380 15,8 4.39 |
400 16,65 4.62 |
420 17,5 4,86 |
3400 |
3050 |
2700 |
2150 |
1800 |
1450 |
1150 |
835 |
710 |
550 |
500 |
2945 |
2594 |
2320 |
1843 |
1501 |
1239 |
1067 |
872 |
748 |
641 |
551 |
1110 |
977 |
866 |
720 |
570 |
457 |
360 |
270 |
200 |
130 |
70 |
3) Подбирается буксир-толкач по диспетчерскому справочнику в таблице приведенной силы тяги на гаке буксирных судов при заданной скорости с таким расчетом, чтобы его приведенная сила тяги была равна (или была максимально близкой) приведенному сопротивлению состава (на основе уравнения установившегося движения), т.е.
F 'ч = R'с
Примечание: Для случая вождения состава методом толкания заданную скорость для толкания нужно сначала разделить на коэффициент эффекта толкания и получить скорость буксировки, т.е.
Vс
=
После этого решается пункт 3-й задачи.
Пример задачи первого типа.
Требуется определить расчетную скорость движения толкача проекта № 758 АМ (800 л.с.) с составом из двух барж проекта № 461 Б (3000 т) при загрузке их по 2870 т и соответственно осадке 3,1 м для случая вождения состава в кильватерном счале толканием.
Решение:
1) Приведенное сопротивление каждой баржи по данным табл. 7 при отсутствии в таблице осадки 3,1 м определяется по формуле (65)
R'б
= 449 –
(3,3- 3,1) = 444
Суммарное приведенное сопротивление барж (по формуле (64))
R'i
= 444+444 = 888
2) Приведенное сопротивление состава (при К сч = 0,78 из табл.6) по формуле (63)
Rًс
= 0,78 ∙ 888 = 693
3) Расчетная скорость при буксировке определяется методом интерполяции по данным таблицы 8 и по формуле (67)
V
с
= 250 +
(720 – 693) = 253,6 км/сут.
4) Расчетная скорость при толкании ( Кт = 1,04) определяется по формуле (68)
V т = 1,04 · 253,6 = 263,7 км/сут.