8.4 Скорость. Дальность плавания. Автономность
Скорость — важнейшее эксплуатационное качество судна, определяющее быстроту транспортных операций. Для морских судов ее измеряют в узлах, для речных — в километрах в час.
Узел — единица скорости, равная одной морской миле в час (1,852 км/ч, или 0,514 м/с).
Чем выше скорость судна, тем больше его провозная способность, хотя и больше расходы на топливо, так как повышение скорости требует увеличения мощности главных механизмов и, следовательно, количества топлива. Поэтому при проектировании новых судов скорость выбирают, основываясь на экономических расчетах, которые позволяют определить наиболее выгодное ее значение. Обычно скорость транспортных судов несколько выше, чем это требуется по экономическим соображениям.
Скорость морских транспортных судов неизменно растет. Если до второй, мировой войны скорость сухогрузных судов равнялась 9—14 уз, то теперь она составляет 16—19, а у быстроходных сухогрузных лайнеров — 22—26 уз. Еще выше скорость крупнейших пассажирских лайнеров — 30—36 уз. Скорость современных крупных контейнеровозов — 24—30, танкеров — 16—18, судов для навалочных грузов — 15—17, лесовозов — 13—16 уз. Однако в связи с резким возрастанием в последние годы цен на топливо, в конце 90-х гг. наметилась (тенденция некоторого уменьшения скорости транспортных судов примерно на 10—20 %.
Дальностью плавания называют расстояние, которое судно может пройти с заданной скоростью без пополнения запасов топлива, котельно-питательной воды и масла. Дальность плавания зависит от назначения судна. В настоящее время в связи с развитием международной торговли и связанных с этим межконтинентальных рейсов значительно повысилась дальность плавания транспортных судов — она достигает 15 000—20 000 миль.
Автономность — это длительность пребывания судна в рейсе без пополнения запасов топлива, провизии и пресной; воды, необходимых для жизни и нормальной деятельности находящихся на судне людей (экипажа и пассажиров).
Автономность судна также определяется его назначением. У небольших промысловых, речных и рейдовых судов, а также морских транспортных судов, обслуживающих короткие линии, она составляет лишь 3—5 сут; большие транспортные суда могут находиться в море без захода в порт до 1—2 месяцев; специальные суда — ледоколы, научно-исследовательские и гидрографические суда, промысловые базы и т. д. — имеют автономность до одного года.
При определении количества запасов провизии и воды обычно исходят из суточной нормы потребления. На одного человека она составляет 3—4 кг провизии, 40 л питьевой воды, включая нужды камбуза, мытье посуды и т. д., 60 л мытьевой воды. На судах с большой автономностью плавания или с большим числом людей запас воды берут на несколько суток и пополняют его с помощью специальной опреснительной установки.
9 Мореходные качества судна
9.1 Плавучесть
Плавучестью называют способность судна плавать в определенном положении относительно поверхности воды при заданном количестве находящихся на нем грузов.
Рис. 146. Действие на судно силы тяжести и силы поддержания:
xg, хс — расстояния от плоскости мидель-шпангоута до центра тяжести и центра величины
По закону Архимеда вес или водоизмещение (масса) плавающего тела равны весу или массе вытесненной им воды:
Р = γV или D = ρV,
где Р — вес судна, т; V — объем подводной части судна (объемное водоизмещение), м3; γ — удельный вес воды, кг/м3; D — масса судна, т; ρ — плотность воды (для соленой морской воды принимают обычно р = 1,025 т/м3).
Рис. 147. Грузовой размер
Так как вес плавающего судна Р равен его водоизмещению D, а объем подводной части судна выражается произведением его длины на ширину, осадку и коэффициент общей полноты, то уравнение плавучести принимает вид
Р =D = γδLВТ.
Вес судна Р определяется как сумма весов всех его частей (корпуса, механизмов, оборудования, запасов, груза, экипажа и пр.). Равнодействующая сил веса приложена в центре тяжести (ЦТ) судна и направлена вертикально вниз.
Равнодействующая сил давления воды (сил поддержания) на погруженную поверхность судна, равная водоизмещению судна D, приложена в ЦТ погруженного объема корпуса, называемом центром величины (ЦВ), и направлена вертикально вверх.
Если центр тяжести G и центр величины С находятся на одной вертикали, то судно плавает без крена и дифферента (рис. 146).
Если ЦТ и ЦВ расположены в ДП, но не на одной вертикали, то судно плавает с дифферентом на корму (если ЦТ расположен в корму от ЦВ) или на нос (если ЦТ расположен в нос от ЦВ).
Если ЦТ расположен не в ДП, то судно плавает с креном на тот борт, в сторону которого смещен ЦТ.
Определение плавучести судна сводится к сопоставлению расчетов нагрузки масс (в результате которых по массе и местоположению отдельных составляющих масс судна определяют суммарную массу и положение ЦТ судна) с расчетами водоизмещения, выполненными по теоретическому чертежу (последние позволяют определить объем погруженной части корпуса, массу вытесненной им воды и положение ЦВ).
Если для разных осадок определить объем погруженной части корпуса и соответствующее этим осадкам водоизмещение судна, то можно построить график, называемый грузовым размером (рис. 147). По грузовому размеру можно легко определить, какой будет осадка при заданном водоизмещении судна и, наоборот, каким должно быть водоизмещение судна при заданной осадке. А так как водоизмещение состоит из неизменяемой части (водоизмещение порожнего судна) и переменной части (дедвейт), то, определив с помощью грузового размера водоизмещение судна при данной осадке, можно узнать общую массу принятых судном грузов и запасов. Точно так же по количеству принимаемого груза (включая запасы) можно узнать, какой будет осадка судна.
Осадки и соответствующие им водоизмещения обычно сводят в таблицу, называемую грузовой шкалой (рис. 147), которая позволяет по осадке определять сразу и водоизмещение, и дедвейт. С помощью грузового размера или грузовой шкалы можно также легко установить, как изменится средняя осадка судна при приеме или расходовании известного количества груза. Таким образом, грузовая шкала и грузовой размер позволяют решать большое количество практических задач и являются важнейшими документами, которыми должен располагать капитан судна.
При приеме или снятии малого груза, т. е. груза, вес которого не превышает 5—10 % водоизмещения, изменение осадки можно приближенно определить по формуле
ΔT = ρ/γS,
где ΔT — изменение осадки, м;
ρ — вес принимаемого или снимаемого груза, т;
ρ — удельный вес воды, т/м3;
S — площадь грузовой ватерлинии, м2 .
Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно обладать запасом, плавучести, который представляет собой объем водонепроницаемого корпуса выше грузовой ватерлинии (рис. 148).
Рис. 148. Схема к определению запаса плавучести
Этот объем образуется помещениями под водонепроницаемой (обычно верхней) палубой, а также надстройками, имеющими водонепроницаемые закрытия. В случае попадания воды внутрь корпуса при аварии судно погрузится глубже (увеличится осадка), но благодаря запасу плавучести останется на плаву. Обычно на транспортных сухогрузных судах запас плавучести составляет 30—50 % водоизмещения, на танкерах — 15—25 (до 40 — 45 % на супертанкерах с чистобалластными танками), на пассажирских судах —до 100 %, на речных судах — 10—15 %. На гражданских судах запас плавучести обеспечивается назначением судну минимально допустимой высоты надводного борта и нанесением на борту грузовой марки.