3. Якорно-швартовные механизмы и устройства якорно-швартовные механизмы

1. Общие сведения

Стоянка судов на рейдах и в открытых бухтах обеспечивается с по­мощью якорей. Подвешенный на цепи якорь отдают за борт и благо­даря сцеплению его лап с грунтом дна судно противостоит действию течения воды, ветра, волн и т. п. и удерживается на месте.

Постановка судна на якорь, стоянка на якоре и снятие с него, а так­же выполнение швартовных операций осуществляются с помощью якор­но-швартовных механизмов, которые делятся на шпили и брашпили. Шпили имеют вертикальную ось вращения тяговых органов, брашпи­ли — горизонтальную. У шпиля — одна цепная звездочка и один швартовный барабан (если шпиль звездочки не имеет, он называется швартовным), у брашпиля обычно 2 звездочки и 2 швартовных бара­бана.

По роду используемой энергии якорно-швартовные механизмы под­разделяются на ручные, электрические, с приводом от двигателей внутреннего сгорания и гидравлические. Подавляющее большинство судов оборудовано электрическими или электрогидравлическими шпилями и брашпилями.

Ручные механизмы применяют на небольших судах. Мотошпилями и брашпи­лями обычно оборудуют несамоходные буксируемые баржи.

Рис. 116. Схема проводки якорной цепи

На рис. 116 показана проводка якорной цепи на судне с электриче­ским брашпилем.

Якорное устройство состоит из:

- брашпиля 1,

- стопор 2,

- цепь 3,

- клюз 4,

- якорь 5 ,

- цепной ящик 6.

Якорная цепь, сходящая со звездочки брашпиля, хранит­ся в цепном ящике. Стопор служит для закрепления якорной цепи, что требуется для удержания якоря в походном положении, при окраске цепи и т.д. Якорные цепи изготовляют в виде отдельных концов (смы­чек) длиной по 25 м, которые соединяются между собой специальными звеньями или скобами. Коренной конец якорной цепи должен иметь устройство для его крепления и отдачи. Современные якорно-швартов­ные механизмы обычно снабжают устройством для дистанционной от­дачи якоря.

Якоря бывают различных типов. Основными из них являются яко­ря: адмиралтейский, Холла и Матросова.

Рис. 117. Основные типы якорей

Адмиралтейский якорь (рис. 117, а) состоит из скобы 1, штока 2, веретена 3, лап 4 и рогов 5.

Для хранения шток складывают параллельно веретену.

Держащая сила всякого якоря практически пропорциональна его массе. Эта сила у адмиралтейского якоря больше, чем у всех прочих систем якорей и составляет (12÷15) gm_Я (т_Я — масса якоря, кг).

Однако уборка адмиралтейского якоря сложна и отнимает много вре­мени. Кроме того, находящаяся над грунтом лапа якоря на мелководье представляет опасность для проходящих мимо судов и за нее может зацепиться якорная цепь соседнего судна, стоящего на якоре. По этим причинам адмиралтейский якорь на транспортных судах в настоящее время не применяется.

Чаще всего сейчас применяются бесштоковые якоря с поворотными лапами, например, системы Холла (рис. 117, б). Основ­ными деталями его являются: скоба 1, веретено 3, лапы 4 и коробка 7. Головная часть якоря отлита заодно с лапами и может вращаться на штыре, пропущенном через отверстие в веретене. Для разворачивания лап при волочении якоря по грунту и для ограничения угла поворота их головная часть имеет приливы. У данного якоря обе лапы входят в грунт одновременно. Держащая сила его в зависимости от характера грунта равна (2,4÷3,75) gm_Я. Якорь Холла можно легко отдать, быстро убрать и втянуть в клюз, причем в настоящее время эти операции обычно делают дистанционно.

На катерах, СПК и судах малого водоизмещения достаточно широ­кое применение получил якорь Матросова (рис. 117, в). Якорь состоит из скобы 1, веретена 3, лап 4 и коробки 7. Лапы соединены с веретеном осью, в качестве опор которой в коробке лап предусмотре­ны полукруглые чаши. Для увеличения держащей силы якоря на ко­робке лап литой конструкции имеются лопатообразные утолщения (приливы), одновременно служащие для ограничения разворота лап. В нижней части лап примерно на расстоянии одной трети их длины до основания проходит шток с фланцами на концах, предохраняющими якорь от опрокидывания. Якоря Матросова обладают повышенной дер­жащей силой, равной (6÷12) gm_Я.

Сколько и каких якорей должно иметь судно определяется Правилами Регистра. Для большинства судов это два якоря в носу. Для речных судов также требуется кормовой якорь.

Для каждого судна вычисляется характеристика снабжения N_С, в зависимости от которой по таблице определяется необходимые:

- количество и масса якорей;

- длина и калибр цепей;

- количество, длина, и разрывное усилие швартовных тросов.

Характеристика снабжения N_С всех судов, кроме плавучих кранов и буксиров, определяется по формуле:

N_С = Δ ^2/3 + 2Bh + 0,1A,

где Δ — объемное водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию (ЛГВЛ), м³;

В — ширина судна, м;

h — высота от ЛГВЛ до верхней кромки настила палубы самой высокой рубки, м;

А — площадь парусности, считая от ЛГВЛ, м².

Якорные механизмы предназначены для отдачи и подъема становых якорей и для удержания на них судна при отданных якорях.

Шпиль

1 - электродвигатель; 2 - редуктор (чер­вячный); 3 -

вертикальный вал; 4 - гру­зовой вал; 5 - цепная звездочка;

6-швартовный барабан; 7 - колодочный тормоз.

Привод может быть:

- электрическим;

- электрогидравлическим;

- гидравлическим;

- паровым (применялись раньше).

Основные характеристики якорного устройства:

- масса якоря, кг;

- калибр цепи, мм;

- длина цепи, м.

Например, для судна класса Волго-дон мах (длиной ок. 140 м, дедвейт ок. 7000 т, Δ ок. 9500 т):

- масса якоря 1710;

- калибр цепи 36 мм / категория 3;

- суммарная длина цепи 467,5 м.

Основные требования Правил Регистра к якорным механизмам

1. Должен обеспечивать непрерывное выбирание в течение 30 мин одной якорной цепи со скоростью не менее 0,15 м/с при тяговом усилии Р, Н, на звездочке не менее:

Р=аd²,

где а = 36,8 - для цепей категории 1;

а = 41,7 - для цепей категории 2;

а = 46,6 - для цепей категории 3;

d - калибр якорной цепи, мм.

2. При подходе якоря к клюзу привод должен обеспечивать скорость выбирания цепи не более 0,17 м/с. Рекомендуется скорость втягивания якоря в клюз не более 0,12 м/с.

3. Привод должен обеспечить усилие для отрыва якоря от грунта не менее 1,5 расчётного в течении 2 мин без требований к скорости.

4. Правила РРР требуют наличие резервного ручного привода, обеспечивающего скорость выбирания не менее 2,5 м/мин при номинальном тяговом усилии. При этом усилие на рукоятке должно быть не более 160 Н.

5. Каждая цепная звездочка должна иметь тормоз, обеспечивающий удержание при усилии в цепи 0,8 её разрывной нагрузки.

6. Цепные звездочки должны иметь не менее пяти кулачков. Для звездочек с горизонтальным расположением оси угол охвата цепью должен быть не менее 115°, а с вертикальным расположением оси — не менее 150°.

7. Звенья не должны перескакивать через кулачки:

- при работе механизма от основного привода;

- при стоянке судна на якоре;

- при травлении якоря свободным падением со скоростью 4 м/с.

8. Максимальная скорость травления при дистанционном управлении 3 м/с.

9. Тормоз звездочки должен обеспечивать остановку якорной цепи при ее травлении плавно за время не более 5 с и не менее 2 с.

Усилия, возникающие в якорной цепи

При выборе механизма и расчете мощности якорного устройства определяющим является режим его работы при снятии судна с якоря. Условно такой режим можно разделить на следующие периоды:

1 выбирание цепи с грунта;

2 подтягивание судна к якорю;

3 отрыв якоря от грунта;

4 выбирание висящей цепи с якорем;

5 втягивание якоря в клюз.

При снятии судна с якоря преодолеваются сопротивление корпуса судна от действия течения на месте стоянки, ветровое сопротивление движению судна, сопротивление застопоренного винта; кроме того, развивается сила, необходимая для подъема висящей за бортом цепи.

Сила перед клюзом при выбирании цепи с грунта

T = R + R_Ц, Н,

где R – сопротивление движению судна, Н;

R_Ц – сила натяжения, обусловленная массой цепи, Н;

R = R_Т + R_В + R_ЗВ, Н,

где R_Т – сопротивление корпуса судна, Н

R_В – ветровое сопротивление, Н;

R_ЗВ – сопротивление застопоренного винта, Н.

Сопротивление трения подводной части корпуса судна может быть определено по формуле:

R_T = k₁ ω (v_Т + v_П)², Н,

где k₁ – коэффициент, Hc²/м⁴;

ω – поверхность подводной части корпуса, м²;

v_Т – скорость течения, м/с;

v_П – скорость подтягивания, м/с.

Ветровое сопротивление может быть определено по формуле:

R_В = k₂ S v_В², Н,

где k₂ – коэффициент, Hc²/м⁴;

S – площадь поперечной проекции надводной части судна, м².

v_В – скорость ветра, м/с.

Сопротивление застопоренного винта может быть определено по формуле:

R_T = k₃ A₁/A D² (v_Т + v_П)², Н,

где k₃ – коэффициент, Hc²/м⁴;

A₁/A – дисковое отношение винта;

D_В – диаметр винта, м;

v_Т – скорость течения, м/с;

v_П – скорость подтягивания, м/с.

Сила натяжения, обусловленная массой цепи:

R_Ц = 0,87 m_Ц g h_max , Н

где 0,87 - коэффициент учитывает выталкивающую силу воды;

m_Ц – масса цепи длиной 1 м, кг/м;

z_max – наибольшая возможная глубина якорной стоянки, м.

Эмпирически установлено, что во время подтягивание судна к якорю сила натяжения на звездочке:

T_З1 ≈ 4 m g, Н

где m – масса якоря, кг.

При отрыве якоря от грунта сила натяжения на звездочке:

T_{З max} ≈ 8 m g, Н

где m – масса якоря, кг.

Основные положения ПТЭ якорных устройств

1. Должно содержаться в постоянной готовности к действию.

2. При подъеме и отдаче якоря все соединительные скобы якорной цепи должны ложиться на звездочку плашмя.

3. Необходимо систематически контролировать состояние ленточного тормоза брашпиля, своевременно ремонтируя накладки.

4. Если в зимнее время брашпиль, якорная цепь, клюзы и якорь обледенели их необходимо околоть или оттаять горячей водой или паром. (Брашпиль после оттаивания (околки) рекомендуется стронуть с места подергиванием якорной цепи брашпилем, чтобы убедиться, что он и цепь не прихвачены льдом).

5. При подготовке к действию брашпиля и шпиля необходимо:

.1. убедиться в отключении ручного привода;

.2. проверить положение ленточного тормоза и, если нужно, затянуть его;

.3. проверить действие кулачковой (фрикционной) муфты;

.4. проверить правильность положения якорной цепи на цепном барабане;

.5. подготовить к действию привод брашпиля (шпиля);

.6. при отключенном цепном барабане провернуть брашпиль (шпиль) вхолостую в обе стороны на несколько оборотов, наблюдая за показаниями амперметра;

.7. при наличии дистанционного управления проверить действие исполнительных механизмов при управлении со всех постов;

.8. доложить на мостик о готовности брашпиля (шпиля) к действию;

6. При отдаче якоря без включения двигателя необходимо:

.1. зажать ленточный тормоз и отключить цепной барабан от вала привода;

.2. отжать ленточный тормоз и произвести травление якоря; для уменьшения скорости травления зажимать ленточный тормоз плавно, без рывков;

.3. после вытравливания заданного числа смычек якорной цепи зажать полностью ленточный тормоз.

7. Для подъема якоря необходимо:

.1. включить муфту, сообщающую цепной барабан с валом;

.2. ослабить ленточный тормоз и одновременно пустить двигатель брашпиля;

.3. обмывать водой цепь при подъеме;

.4. вести наблюдение за состоянием якорной цепи и положением якоря при подходе к клюзу;

.5. после подъема якоря затянуть ленточный тормоз до отказа;

.6. взять якорную цепь на стопор;

.7. передать нагрузку с ленточного тормоза на стопор, для чего ослабить тормоз и снова затянуть его;

.8. отключить цепной барабан.

8. При включенном приводе брашпиля (шпиля) следить, чтобы колодки тормозов были достаточно отжаты.

9. При работе электрического привода следить за показаниями амперметра.

10. Во время травления якорной цепи или работы на турачку необходимо находиться в стороне от линии движения якорной цепи или швартовного троса и не прикасаться к движущимся частям.

11. Запрещается оставлять на турачках заведенные на них тросы.

Швартовные устройства

Предназначены для удержания судна во время стоянки у причала, у борта другого судна или плавучего сооружения.

В состав швартовных устройств входят:

- швартовные механизмы;

- швартовы (стальные, раститель­ные или синтетические тросы);

- кнехты (тумбы для закрепления швартовов);

- клюзы (отверстия для пропускания швартовов);

- роульсы (вращающийся на оси барабан);

- киповые планки (деталь для пропуска швартова, открытая сверху);

- утки (двурогая планка, для крепления свободных концов канатов небольшого диаметра);

- вьюшки (катушка для хранения тросов).

Типы швартовных механизмов:

- брашпили (якорно-швартовные);

- шпили;

- лебёдки.

Шпили позволяют подать канат с любого направления.

Шпили могут быть одно- и двухпалубные.

Однопалубные шпили могут быть безбаллерные, у которых электродвигатель и редуктор расположены в головке шпиля.

1 электродвигатель 2 швартовный барабан 3 корпус редуктора 4 редуктор

Рис. Швартовный безбаллерный шпиль.

Швартовные лебёдки могут быть:

- автоматические;

- неавтоматические.

Автоматическая лебёдка поддерживает натяжение швартова в заданных пределах.

1 гидродвигатель 2 турачка 3 редуктор 4 канатоукладчик 5 грузовой барабан

Рис. 7.5. Автоматическая швартовная лебедка

Электрогидравлическая автоматическая швартовная однобарабанная лебедка ЛЭГША-6 (рис. 7.5) имеет два канатоукладчика 4. Индивидуальный гидропривод обеспечивает плавное бесступенчатое регулирование скорости выбирания каната, бесшумность работы, надежное предохранение механизма от перегрузок. С помощью лебедки можно подавать канат на оба борта. Два гидродвигателя 1 посредством двухступенчатого цилиндрического редуктора 3 вращают грузовой барабан 5 и турачку 2, позволяя выбирать швартовный канат независимо от нагрузки со скоростью 0,03—0,5 м/с. При постановке судна на швартовы лебедкой управляют с пульта управления. В ручном режиме лебедка работает от насосного агрегата, гидропривод действует по замкнутому контуру насос — гидродвигатель. В автоматическом режиме лебедка работает от аккумуляторной станции по схеме аккумулятор — гидромотор — пневмобак.

Рис. 163

На рис. 163 показана схема гидравлического привода лебедки. В схему включены насосный агрегат 6 и гидромотор 5. Ручное управление лебедкой осуществляется распределителем 4; переключение распределителя из одного положения в другое позволяет реверсировать гидромотор и осуществлять выбирание или стравливание троса. При увеличении гидравлического сопротивления распределителя увеличивается давление нагнетания насоса, регулятором постоянной мощности уменьшается его подача, что приводит к уменьшению скорости движения троса, и наоборот, при уменьшении гидравлического сопротивления распределителя увеличивается подача насоса, а следовательно, и скорость движения троса.

При автоматическом управлении лебедкой выбирание троса производится при включении гидроагрегатов привода, аналогичном включению при ручном управлении, т. е. с помощью насоса. Во время работы лебедки в этом режиму распределитель 4 находится в положении, указанном на рис. 163. Стравливается трос в результате переключения взвешивающим пружинным устройством посредством тяги А переключателя режимов 7 во второе положение. После такого переключения насос переводится на нулевую подачу. Рабочая жидкость гидромотором, работающим под действием натяжения троса в режиме насоса, перекачивается через переключатель режимов 7, предохранительно-перепускной клапан 1, проходной клапан 2, охладитель 3 и снова в гидромотор.

Основные требования Правил Регистра к швартовным устройствам

1. На каждом судне должно быть швартовное устройство, обеспечивающее подтягивание судна к причальным сооружениям и надежное крепление судна к ним.

2. Количество, длина и разрывное усилие швартовных тросов определяются по таблице в соответствии с характеристикой снабжения.

3. Номинальное тяговое усилие Q не должно превышать 1/3 разрывного усилия швартовного троса F_Т.

4. Скорость выбирания троса при номинальном тяговом усилии должна быть:

- с помощью швартовной лебёдки не менее 0,25÷0,13 м/с (по таблице в зависимости усилия);

- с помощью швартовной головки не более 0,3 м/с.

5. Привод швартовного механизма должен обеспечивать в течение 2 минут тяговое усилия не менее 1,5 расчетного. (По Правилам РРР – в течении 15 с 2 расчетного).

6. Швартовный механизм должен иметь автоматический тормоз, удерживающий швартовный трос при тяговом усилии, равном не менее 1,5 расчетного.

Определение габаритов барабана шпиля

1. П о характеристике снабжения N_С определяют разрывное усилие троса F_Т, кН.

2. По разрывному усилию выбирают диаметр троса d_Т, мм.

3. Средний диаметр швартовного барабана

D_б.ср = (8÷10) d_Т, мм.

4. Количество витков троса на барабане

,

где Q = 1/3 F_Т – номинальное тяговое усилие, кН;

q = 150÷160 кН – усилие, прикладываемое к сбегающему концу троса для создания силы трения;

f – коэффициент трения;

f = 0,15÷0,20 – для стальных тросов;

f = 0,20÷0,25 – для растительных тросов;

f = 0,15 – для капроновых тросов.

5. Рабочая высота барабана h=d_Т (n_в+1), мм.

6. Конструктивная высота барабана H=3h, мм.

Определение мощности привода шпиля

1. Момент на барабане шпиля M_б = (Q-q)(R_б.ср +r_Т), кНм

2. Мощность на барабане N_б = M_б ω = M_б 2πn_б, кВт

3. Частота вращения барабана n_б=v/2π(R_б.ср +r_Т), об/мин

где v= 18 м/мин (0,3 м/с) - скорость выбирания троса.

4. Мощность электродвигателя (потребляемая из сети)

, экВт,

где - – к.п.д. передач шпиля;

- к.п.д. электродвигателя.

5. Частота вращения электропривода

n_эд= i n_б, об/мин

где - i – передаточное отношение редуктора.

Основные положения ПТЭ швартовных устройств

1. Кнехты, клюзы и пр. должны быть достаточно гладкими. Ролики и роульсы должны легко вращаться.

2. Хранению швартовного имущества должно быть уделено особое внимание. Все концы, тросы, кранцы, маты, бросательные лини надо своевременно просушивать, металлические детали - очищать и смазывать.

3. На танкерах с температурой вспышки паров < 60 °С пользоваться стальными тросами в грузовой зоне запрещается. Применять тросы из искусственного волокна можно только по специальному разрешению Регистра (при разрыве этих тросов возможно образование искр).

4. При стоянке судна на швартовах

.1. Запрещается оставлять швартовные концы на барабанах брашпилей и шпилей (так как при натяжении или рывках швартов валы механизмов могут быть погнуты).

.2. Во время погрузки и выгрузки необходимо проверять, чтобы все швартовы были одинаково обтянуты (не имели излишней слабины или не были слишком тугими. Особенно внимательно надо следить за швартовами в портах, где имеют место колебания уровня воды).

.3. При наличии зыби швартовы должны иметь некоторую слабину с целью уменьшения их напряженности при раскачивании судна.

.4. Во время дождя швартовы из растительных тросов необходимо периодически потравливать, так как намокая, они укорачиваются на 10 - 12% (и могут лопнуть).