1.2 Влияние шероховатости корпуса на сопротивление воды движению судна

Технологическая шероховатость, обусловленная окраской, и эксплуатационная шероховатость, вызванная разрушением краски, коррозией корпуса и его обрастанием, представляют собой случайные, сугубо нерегулярные процессы, которые анализируются в форме профилограмм или по результатам измерений. Эти процессы исследованы на опытных установках и судах и обработаны статистическими методами.

Технологическая шероховатость обшивки корпуса характеризуется высотой микронеровностей свежевыкрашенной поверхности, то есть равномерным распределением по поверхности микровыступов и микровпадин. К технологической шероховатости следует отнести сварные швы. Шероховатость свежеокрашенных поверхностей изменяется от 100 до 350 мкм. В результате испытаний судов установлено, что каждые 10 мкм шероховатости свежеокрашенного корпуса свыше 165 мкм увеличивают сопротивление корпуса или потребную мощность судна для достижения заданной скорости на 1%. При шероховатости более 230 мкм ее увеличение на каждые 10 мкм требует увеличения мощности на 0,5 %.

Коррозия и разрушение краски снижают скорость хода судов, увеличивают потребную мощность, повышают расход топлива. В среднем разрушение краски и коррозия приводят к уменьшению скорости хода на 10-25%.

Статистикой установлено, что вследствие этих причин при плавании в умеренных зонах потери скорости составляют 0,0008 уз. в сутки.

Фактическое влияние шероховатости корпуса различно для различных судов. Увеличение мощности СЭУ для поддержания скорости крупнотоннажных судов несколько ниже, чем на других судах. Для судов с острыми обводами ухудшение этих характеристик составляет 3-4%. Для крупнотоннажного танкера увеличение шероховатости на 40 мкм приводит к потере семи дней ходового времени в последующие два года.

Средняя шероховатость двух однотипных судов может колебаться. Шероховатость корпусов вновь построенных судов составляет 90-125 мкм с ежегодным ее увеличением на 25 мкм [ 2 ].

Рис. 3 Увеличение мощности и шероховатости корпуса в зависимости от срока эксплуатации судна t : - шероховатость корпуса в мкм; -приращение мощности при увеличении шероховатости корпуса для удержания скорости хода, соответствующей = 125 мкм; 1-верхний предел шероховатости (качественно окрашенные суда); 2- нижний предел шероховатости (некачественно окрашенные суда).

Несмотря на очевидную важность проблемы учета влияния шероховатости, обусловленной коррозией и разрушением краски, на увеличение гидродинамических коэффициентов сопротивления трения в области теоретического исследования этого вопроса для целей практики достигнут относительно малый прогресс.

Обрастание подводной части обшивки корпуса судна живыми организмами и водорослями является основной причиной естественного снижения скорости судна, повышения расхода топлива и, соответственно, источником больших эксплуатационных потерь. Зафиксированы колебания потерь скорости вследствие обрастания от 1,5 до 5 уз.

Результаты наблюдений В.В. Ревина за потерями скорости судов показывают, что ежегодно 15 % судов Балтийского морского судоходства через 8-12 месяцев эксплуатации теряют до 2 уз. скорости от умеренного и сильного обрастания. Аналогично потери скорости хода через 12 месяцев имеют около 30-45 % судов Черноморского и Дальневосточного бассейнов. Отмеченные потери скорости хода возникают в результате преимущественного плавания данных судов в умеренной и тропической зонах Мирового океана. Обрастанию также подвержены суда, плавающие и в более высоких широтах, если плавание их не сопряжено с регулярным “самоочищением ” во льдах. Потери скорости хода таких судов не превышают обычно 0,0017 уз. за сутки. Слабообрастающие суда от общего числа обрастающих судов Черноморского бассейна составляют приблизительно 25%.

Учитывая разнообразие обрастателей, которых насчитывается много видов, из которых в 614 - растительных, 1344 –животных важна их классификация и количественная оценка, позволяющая осуществлять учет влияния обрастателей на эксплуатационные качества судов.

В ряде работ степень обрастания характеризуется тремя категориями [ 3 ], [4 ]: 1-обрастание в виде бактериальной слизистой пленки и водорослей длиной до 100 мм; 2 – обрастание ракушками высотой до 10 мм и водорослями до 200 мм; 3 – обрастание ракушками высотой от 10 до 30 мм и водорослями длиной свыше 200 мм.

При качественно- количественном оценивании степени обрастания в отличие от рассмотренных методов необходимо учитывать как особенности формирования обрастания на отдельных участках корпуса, так и его влияние на сопротивление воды движению судна и потери скорости хода.

Используя классификацию обрастания и накопленный материал по потере скорости получены расчетные значения, характеризующие среднесуточные потери скорости в зависимости от степени обрастания корпуса, уз/сут:

при слабом обрастании………………………………….0,00014 - 0,0009

при умеренном обрастании……………………………...0,001 – 0,0017

при сильном обрастании…………………………………0,0019 – 0,0023.

Для снижения обрастания используются специальные антиобрастающие краски и устройства, принцип действия которых основан на создании ультразвуковых колебаний. Такими в частности являются установки типа “Протектор” английской фирмы “ Маркони”. Ультразвуковая защита от обрастания является эффективным, дешевым и безопасным для экипажа средством борьбы с обрастанием.

Изложенное свидетельствует о том, что с момента спуска судна на воду при постройке в процессе эксплуатации вследствие изменения шероховатости корпуса, вызванного коррозией, вспучиванием краски и обрастанием, повышается сопротивление движению судна и уменьшается скорость его хода, возрастает расход топлива. Увеличение вязкостной составляющей сопротивления зависит от степени шероховатости корпуса.

Рис. 4 Снижение относительной скорости хода судов в течение двухлетнего междокового периода вследствие коррозии и обрастания: 1 – снижение скорости, вызванное коррозией; 2 –снижение скорости, вызванное обрастанием.

На рис. 4 показан пример снижения скорости хода судна в течение 2- летнего междокового периода вследствие коррозии и обрастания. Пропульсивные качества судов ухудшаются с увеличением их возраста. Это объясняется необратимым процессом увеличения шероховатости обшивки корпуса вследствие некачественной подготовки корпуса перед окраской при очередных докованиях и вследствие усиления коррозии обшивки со сроком службы судна. Подводные очистки и очередные докования не восстанавливают полностью ходовых качеств судна.

Для защиты подводной части корпусов судов от коррозии обрастания также используются противокоррозные и противообрастающие покрытия.