12.3 Расчет усилий, необходимых для снятия судна с мели

Нижеприведенные математические выражения могут быть использованы для определения силы реакций грунта на корпус судна, севшего на мель, количества груза для снятия или перемещения, с целью изменения посадки судна и дадут достаточную точность в пределах небольших изменений осадки судна.

Сила реакций грунта R_Г:

при посадке судна на мель без затопления отсеков

R_Г= -9.81γ S_В(∆d+X_f ∆Ψ); (12.1)

при посадке судна на мель с затоплением отсеков

R_Г= -9.81(γ S_В(∆d+X_f ∆Ψ) + ∑Р_I) (12.2)

где R_Г - сила реакции грунта, kН;

γ – плотность забортной воды,т/м³;

S_В= αLB - площадь действующей ватерлинии до посадки на мель,м²;

α- коэффициент полноты ватерлинии;

L,B - длина и ширина судна, м;

изменение средней осадки судна после посадки на мель, м;

∆d_Н- изменение осадки носом, м;

∆d_К – изменение осадки кормой, м;

X_f – абсцисса центра площади действующей ватерлинии, м;

- изменение дифферента судна, рад.;

∑P_I – масса воды, влившейся в отсеки судна, т.

При посадке судна на отдельную банку малых размеров, когда длина касания днища о грунт не превышает ширины судна и судно можно считать сидящим на мели в одной точке (без затопления отсеков), то сила реакции грунта рассчитывается по формуле:

; (12.3)

где D – массовое водоизмещение судна до посадки на мель, т;

H₀ – продольная метацентрическая высота судна до посадки на мель, м; - абсцисса точки приложения силы реакции грунта (отстояние центра касания днищем грунта от миделя), м.

Если расчеты покажут, что F_М > P_З.Х , то сняться с мели дачей заднего хода невозможно. Для снятия судна с мели необходимо использовать другие способы, а именно произвести расчеты перемещения или снятия груза.

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:

(12.4)

где h_R – поперечная метацентрическая высота после посадки на мель м;

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

d – средняя осадка судна до посадки на мель, м.

Поправка метацентрической высоты при перемещении груза на судне:

(12.5)

где ∆h – поправка метацентрической высоты, м;

Z₁, Z₂ – аппликаты точек перемещения груза, м.

Поправка метацентрической высоты при приеме или снятии малого груза ( до 10 – 12% водоизмещения)

(12.6)

где ∑P_I – масса принятого или снятого груза, т;

- аппликата центра тяжести принятого или снятого груза, м.

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

12.4 Способы снятия судна с мели собственными силами и с посторонней помощью.

Снятие судна с мели собственными силами

Снятие с мели работой своей машины без посторонней помощи возможно только при следующих условиях:

• когда судно следовало с очень малой скоростью, например при плавании в районах с ограниченными глубинами и в результате посадки незначительно уменьшило осадку носом;

• когда при плавании на мелководье судну был сделан дифферент на нос, например при плавании по реке против течения, чтобы при касании грунта можно было перекачкой балласта уменьшить осадку носом.;

• Снятие с мели без посторонней помощи может быть осуществлено при преднамеренной посадке на мель, когда после касания грунта носовой частью днища увеличивают опорную реакцию грунта принятием балласта в носовые танки и перекачкой пресной воды в опорожненный перед посадкой форпик. Таким приемом пользуются иногда капитаны судов на акваториях рек Юго-Восточной Азии перед прохождением тайфуна. Посадка носовой частью на мягкий грунт и перекачка балластной воды и топлива в носовые танки могут дать большую гарантию не быть выброшенным лагом на берег, чем попытка отстояться при тайфуне на двух якорях;

• Если судно село на мель во время наступления малой воды в районе с большой амплитудой приливно-отливных явлений и ко времени наступления полной воды погода (ветер и волнение) не ухудшила положение судна на мели, съемка своими силами возможна.

Снятие с мели работой машины без посторонней помощи возможно и при других обстоятельствах посадки, но при условии, что экипаж сможет обеспечить «облегчение» судна за счет освобождения от балласта или изменить дифферент перебалластировкой и перегрузкой, если имеется возможность увеличить осадку кормой с тем, чтобы уменьшить давление на грунт носовой части до значения, при котором упор винта сможет преодолеть сопротивление сил сцепления корпуса с грунтом.

Если нет опасений, что корпус поврежден, работой машины на задний ход пытаются снять судно в направлении, обратном курсу перед посадкой. Если судно в момент посадки изменило курс или стало разворачиваться при работе машины на задний ход, нужно давать ход на непродолжительное время, наблюдая за изменением курса и останавливая машину, если винт задевает за грунт. Когда несколько попыток снять судно с мели при работе машины на полный задний ход не дают видимого результата, прибегают к попытке раскачать судно на мели попеременными ходами. При работе машины на задний ход руль ставят прямо, а на передний ход — перекладывают руль на оба борта.

Работа машины на задний ход при посадке на мягкий грунт может повлечь за собой засорение системы охлаждения главного двигателя, а при длительной работе винта на задний ход привести к намыву грунта под днищем судна.

Задача по снятию с мели собственными силами усложняется и не дает положительного результата, если при условиях посадки, показанных выше, будет нарушена водонепроницаемость корпуса и через пробоины поступит забортная вода и затопит отсеки или трюмы.

В таком случае давление корпуса на грунт увеличится соответственно объему влившейся воды, а первоочередной работой экипажа становится заделка пробоин и осушение помещений, в которые поступила забортная вода.

Морская практика прошлых лет давала рекомендации по использованию судовых якорей при снятии судна с мели путем завоза их на шлюпках в направлении стягивания судна. Современные суда не снабжаются верпами, а завозка становых многотонных якорей на современных шлюпках с закрытой палубой вряд ли может быть осуществлена.

Становые якоря можно использовать при попытке самостоятельного снятия судна, севшего на мель носовой частью, на судах, оборудованных грузовыми стрелами или кранами следующим образом.

Грузовой гак носовой грузовой стрелы закладывают в строп, заведенный в скобу якоря, и выбирают шкентель, потравливая якорную цепь. Когда якорь зависнет на шкентеле носовой стрелы, закладывают в строп гак следующей к корме грузовой стрелы. Перемещая, таким образом якорь и якорную цепь от носа к корме, можно выполнить две задачи по снятию судна с мели: облегчить носовую часть (уменьшение опорной реакции грунта) и придать дополнительную силу к упору винта работой брашпиля по выбиранию цепи отданного у кормы якоря.

Нетрудно подсчитать, что два якоря массой 5 т, перенесенные к корме, и несколько смычек вытравленной якорной цепи (масса одной смычки равна примерно половине массы якоря) уменьшат реакцию грунта в носовой части на 200—300 кН, а тяга брашпиля обеспечит усилие к упору винта в несколько десятков килоньютонов.

Если первые попытки снять судно с мели, только работой машины на задний ход оказались безуспешными, следует повторить их при повышении уровня воды. Выполнив к этому времени работы по обследованию места посадки, составлению планшета глубин и произведя расчеты по определению опорной реакции грунта и необходимого стягивающего усилия, по перебалластировке или перемещению груза.

Расчеты при снятии судна с мели:

Расчет усилия ГД при работе его на задний ход

Усилие ГД при его работе на задний ход численно равно упору винта на задний полный ходи (эмпирическая формула):

F_ГД = 0,14k_pρn²D_в⁴(3,76 + Bd_cpβ_м/D_в²), [H]

где k_p – коэффициент упора винта (определяется по специальным диаграммам);

β_м – коэффициент полноты площади мидель-шпангоута.

Для практических расчетов используют еще такую формулу:

F_ГД =10k_сР_indk_зх, [кH]

где k_с – коэффициент, равный 0,01 для судов с ВПВФШ;

Р_ind – индикаторная мощность, л. с.;

k_зх – коэффициент заднего хода, равный 0,8 для грузовых судов с ВПВФШ.

Расчет изменения осадки от прилива

После посадки на мель определяем потерю (изменение) осадки:

Δd_м = d_cp – d_cpм.

Затем определяем по таблице приливов величину подъема уровня воды за 1 час, для чего величину прилива b делим на продолжительность роста (падения) уровня при правильном полусуточном приливе:

Δd^пр_ср = b/t_p.

Рассчитываем остаточную, не компенсированную подъемом уровня воды потерю осадки:

Δd^ост_ср = Δd_м – Δd^пр_ср.

Определяем усилие, необходимое для снятия с мели в момент полной воды:

F_пв = 10fΔd^ост_срq, [кH].

Расчет изменения осадки от дифферентования перемещением груза

1. При известном количестве перемещаемого груза и известных абсциссах перемещения изменение осадки носом и кормой при дифферентовании определится:

_∆d_К=-_∆d_Н

где Р_i – перемещаемый груз, т;

х₂; х₁ – абсциссы отсеков, м;

L_{┴ ┴} – длина судна между перпендикулярами, м

D – водоизмещение с полным грузом на момент посадки, т;

Н – продольная метацентрическая высота, м.

Определяем новые значения осадок:

d'_нм = d_н + Δd_н; d'_км = d_к + Δd_к,

где d_н и d_к – осадки судна к моменту посадки на мель.

Сравнив получившиеся осадки, определяем результат дифферентования.

2. Если не известно количество груза для дифферентования, то при известных абсциссах отсеков:

– рассчитываем изменение осадки судна при посадке на мель:

Δd_н = d_н – d_нм; Δd_к = d_к – d_км;

– определяем дифферентующий момент на 1 метр: m = DH/L_{┴ ┴}, [т].

– рассчитываем количество груза, которое необходимо переместить по судну, чтобы оно оказалось на плаву:,

[т]

где x_A – абсцисса внешней кромки мели;

– определяем осадки носом и кормой после перемещения груза:

d''_н = d_н – Р_гр(х₁ – х₂)/(2m); d''_к = d_к + Р_гр(х₁ – х₂)/(2m).

Сравнив получившиеся осадки, определяем результат дифферентования.

Расчет изменения угла крена и осадки от кренования

Оценить перемещение ЦТ какого-то количества перевозимого груза затруднительно, поэтому обычно прибегают к перекачке топлива, воды или балласта. Угол крена при этом:

, град.,

где h – поперечная метацентрическая высота, м.

После этого рассчитывается изменение осадки бортов:

Сравнивая потерю осадки от выхода на грунт с рассчитанной, оцениваем эффективность кренования.

Частичная или полная разгрузка судна

Задаваясь значением Δd^ост_ср, которая не была скомпенсирована приливом, определяем необходимое количество груза, необходимого для снятия, чтобы в момент полной воды попытаться с помощью двигателя сняться с мели:

Р_i = Δd^ост_ср q , т.

Затем рассчитываем получаемый угол дифферента:

, град.,

где х – абсцисса ЦТ отсека;

х_f – абсцисса ЦТ площади действующей ватерлинии (из кривых элементов теоретического чертежа).

После этого определяем изменение осадок носом и кормой:

Δd_н = ± Δd^ост_ср + ψ(L_{┴ ┴}/2 – x_f);

Δd_к = ± Δd^ост_ср – ψ(L_{┴ ┴}/2 – x_f), м.

Поскольку приходится разгружать довольно значительное количество груза, обязательно необходимо определить изменение метацентрической высоты от снятия груза:

Δh = – P(d_ср – Δd^ост_ср/2 – h – z_p)/(D – P), м,

где Р – количество снимаемого груза;

h – метацентрическая высота до начала выгрузки;

z_p – отстояние ЦТ от основной плоскости.

Завоз якорей и расчет тягового усилия гиней

Расчет производится в следующем порядке:

– определяем держащую силу якоря F_я = 10k_яМ_я, [кН],

где k_я – коэффициент держащей силы якоря;

М_я – масса якоря, т;

– рассчитываем минимальную длину якорного троса:

, м,

где k_тр = 1,2 – для стального троса;

q_тр – вес одного метра троса в воде (q_тр = 0,87q_{тр(возд)}), т;

– определяем тяговое усилие гиней:

,кН

где F_лоп – тяговое усилие в ходовом лопаре, создаваемое палубным механизмом;

n – число шкивов в гинях;

k – коэффициент троса (для стального – 10);

– рассчитываем число якорей: n_я = F_гн/F_я, округляя до целого числа.

Снятие судна с мели с посторонней помощью

Когда попытка самостоятельного снятия с мели не дала положительного результата или судно оказалось на мели вследствие шторма или село на мель с повреждением корпуса, т. е. во всех случаях, когда требуется посторонняя помощь, экипаж аварийного судна обязан выполнять все подготовительные работы по промеру глубин в районе аварии для безопасного подхода судов-спасателей, завести браги для крепления буксирных тросов, а также выполнить другие работы по указанию капитанов судов-спасателей.

Выбор способа снятия судна с мели, и план работы разрабатывают на основании собранных данных с учетом погодных условий. Если предполагается стягивание с мели буксировкой, тщательно промеряют глубины по направлению снятия аварийного судна.

Наиболее сложным этапом при подготовке к стягиванию с мели буксировкой является подход и подача буксирного троса. Если в качестве судна-спасателя оказывается обычное транспортное судно, то маневрирование его для подачи буксирного троса возможно только при условии благоприятной погоды, когда нет крупного волнения и нет ветра. Став на якорь, судно-спасатель подает проводник для буксирного троса на аварийное судно на своей шлюпке или на шлюпке судна, сидящего на мели. Подаче проводника может предшествовать подача линя с помощью линеметательной установки. После закрепления буксира на обоих судах судно-спасатель выбирает свою якорную цепь до обтягивания буксирного троса втугую и дает ход машине, постепенно увеличивая обороты винта. Экипажи обоих судов должны соблюдать меры предосторожности на случай обрыва буксирного троса.

Когда в спасательной операции принимает участие несколько судов и среди них имеется судно с высокими маневренными качествами, расстановку судов и подачу буксиров осуществляют с помощью такого судна. Суда-спасатели становятся на якоря так, чтобы с началом работы машин создать наибольшее тяговое усилие и избежать попадания буксирного троса под корпусы или на винты других судов. Все спасатели должны иметь возможность отойти от снимаемого с мели судна при резком ухудшении погоды. Для координации действий судов-спасателей и аварийного судна один из капитанов назначается старшим по согласованию с другими капитанами или по указанию береговых служб.

Если статические тяговые усилия буксирующими судами, гинями, лебедками, брашпилями оказались недостаточными для снятия судна с мели, прибегают к динамическому рывку буксировщика. 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.

При выборе буксирного троса учитывают его основные характеристики: прочность, жесткость и относительную массу. Штатные буксирные тросы на всех морских судах снабжены сертификатами, в которых указана их прочность, т. е. разрывное усилие и рекомендованная рабочая нагрузка для различных случаев применения. Так же указана относительная масса или линейная плотность буксирного троса.

Если имеется возможность выбора троса для буксира при снятии судна с мели рывком, необходимо иметь в виду требования к их прочности и жесткости.

Разрывное усилие таких тросов должно составлять 95—100 % для стальных и 200 —250 % для синтетических от допустимой нагрузки на кнехт, битенг или другую конструкцию, за которую крепится буксирный трос. Каждый из этих двух видов тросов имеет свои преимущества и недостатки при использовании их для рывка. Стальной трос вследствие большой жесткости (удлинение перед разрывом 2—3 %) создает резкий кратковременный рывок. Предельное относительное удлинение синтетических канатов достигает 45-50 %, что позволяет не так резко передавать накопленную энергию буксировщика для создания усиленного натяжения буксирной линии.

Кинетическая энергия спасателя при рывке аккумулируется упругим канатом и переходит в работу упругих сил по стягиванию аварийного судна с мели. Величина энергоемкости каната зависит не только от его упругих свойств, но и от длины. Чрезвычайно низкая энергоемкость стальных тросов вынуждает использовать их для рывка только при большой длине, так как при приложе-нии упругих сил в течение времени 2—3 с увеличивается вероятность обрыва троса или разрушения конструкций, к которым закреплен трос.

Степень использования кинетической энергии буксировщика при рывке синтетическим тросом во много раз выше, чем при рывке равнопрочным сталь-ным. Среди капроновых отечественных тросов наибольшими демпфирующими свойствами обладают плетеные восьмипрядные, которые в сравнении с трехпрядными кручеными тросами такой же толщины имеют демпфирующие свойства -на 20 % больше.

Если снять судно с мели буксировкой не удается, то могут быть использованы другие способы снятия судна с мели:

• Размывание грунта под корпусом;

• Промывание каналов в грунте;

• Использование подъемных приспособлений (понтонов, специальных подъемных судов и т.д.)

• Локальные взрывы при посадке судна на каменную плиту.