14.1.4.2 Отбойные устройства

Отбойные устройства могут быть разделены на следующие основные группы: из дерева или металла, гидравлические и гидропневматические, пружинные, гравитационные, из резиновых элементов заводского изготовления, комбинированные метало-резиновые и пр.

Жесткие отбойные устройства выполняются обычно из дерева. Наиболее простым видом отбойного устройства из дерева являются рамы. Лицевые брусья отбойной рамы делаются вертикальными при значительных колебаниях уровня, остальных случаях горизонтальными (рис.)

Опыт многолетней эксплуатации таких рам показал, что при швартовке судов под действием многократных нагрузок вертикальные стойки в местах жесткого болтового соединения скалываются и выходят из строя. Даже небольшие повреждения конструкций создают опасность для швартующихся судов из–за выступающих болтов, уголков и других крепежных деталей. Ремонт таких отбойных рам весьма затруднен и практически невозможен без вывода причала из эксплуатации.

Навесные конструкции отбойных устройств можно изготовлять на заводе с последующей навеской готовых элементов. Навесные устройства позволяют осуществлять быструю замену при их изменяющейся эксплуатационной обстановке, например, при необходимости приемки судов с параметрами, отличными от расчетных для данного причала, характеризующихся увеличенной кинетической энергией.

Для уменьшения жесткости деревянных отбойных устройств их дополняют автопокрышками, бывшими в употреблении. Деревянный щит из нескольких горизонтальных брусьев, сболченных меду собой, подвешивают к стенкам причалов. Между щитом и стенкой укрепляют несколько (в зависимости от длины щита) автопокрышек, подвешенных на тросах или цепях либо жестко закрепленных к деревянному щиту с внутренне его стороны (рис.).

Отбойные устройства этого типа обеспечивают удовлетворительную защиту сооружения на значительном участке и позволяют распределить на большую площадь нагрузку от судов благодаря включению в работу одновременно нескольких амортизаторов – покрышек. Деревянные щиты с покрышками устанавливаю по всей длине причала с небольшими разрывами. Подобные отбойные устройства наиболее часто применяют на речных причалах и реже на морских.

Мощные отбойные устройства удалось получить, нанизывая автопокрышки на оси из бревен, фишин или резных труб таким образом, что плоскости автопокрышек оказались перпендикулярными плоскости стенки. Подобные отбойные устройства иногда применяются на причалах для крупных судов (рис.). Отбойные устройства этого типа получили широкое распространение в Западной Европе (Германия, Швеция и др.). Эти отбойные устройства часто устраивают плавучими.

В настоящее время их применяют наряду и совместно с самыми современными отбойными устройствами заводского изготовления. При этом на причалах, расположенных на недостаточно защищенных акваториях, необходимо следить за тем, чтобы при надвигающемся шторме плавучие отбойные устройства были отбуксированы к месту отстоя или извлечены из воды, что довольно значительно осложняет эксплуатацию причалов. Если плавучие отбойные устройства при шторме остаются у причала, они могут его повредить, а сами будут разбиты. Следует отметить, что эффективность применения отбойных устройств из пустых автопокрышек не велика. Целесообразнее применять автопокрышки, туго набитые обрезками резины, которые помещают в специальные мешки, имеющие форму камеры автомобильного колеса.

Металлические отбойные устройства выполняют из стальных труб диаметром 5…6^//, сваренных в плоские рамы, которые подвешиваются на цепях к причальным сооружениям (рис.).

В отечественной практике металлические отбойные устройства применяют в речных портах. Жесткость таких отбойных устройств, так же как и деревянных, можно уменьшить, помещая между рамой и стенкой причала в качестве амортизаторов старые автопокрышки или специальные резиновые элементы. Некоторыми конструкциями предусматривается возможность смещения рамы при навале судна (рис.)

В этом случае раму с прикрепленными к ней бетонными блоками подвешивают на цапфах. При навале судна цапфы, а вместе с ними и рама с блоками размещаются по наклонным направляющим вверх. При этом совершается работа, на которую расходуется энергия швартующегося судна.

Этот тип отбойных устройств является переходным к отбойным устройствам гравитационного типа, работа которых основана на принципе превращения кинетической энергии подходящего к причалу судна в потенциальную энергию массивного тела, смещающегося одновременно в горизонтальном и вертикальном направлениях, что обеспечивается специальной системой их крепления к причалу (рис.).

Гравитационные отбойные устройства по сравнению с деревянными или резиновыми более дорогие. Поэтому используются на причалах, обслуживающих только крупнотоннажные суда.

Для смягчения удара при подходе судов малого водоизмещения лицевую грань гравитационных отбойных устройств целесообразно снабжать более податливыми амортизаторами. Форма блоков и способы их подвески или опирания могут быть различными. Так, например, в порту Находка железобетонная рама отбойного устройства бункеровочного причала состоит из лицевой балки сечением 1,8 х 0,5 м, тыловой балки сечением 0,7 х 0,7 м, и трех поперечных балок, из которых две крайние имеют сечение 0,8 х 0,55 м, а средняя 0,6 х 0,6 м. Длина продольных балок 10 м, поперечных 6,5 м. Рама подвешена горизонтально на четырех цепях, прикрепленных к крайним поперечным балкам. Масса рамы около 55 т (рис.) при навале судна отбойное устройство может сместиться по горизонтали на 0,7 м и по вертикали на 0,35 м. Энергия, которая может быть погашена при смещении рамы в предельное положение, равна 200 кДж. В местах возможного соприкосновения рамы с причалом установлены охранные деревянные брусья.

На причале Биньоли в Неаполе отбойное устройство состоит из железобетонного массива длиной около 5 м и массой 16 т, подвешенного на двух подвесках (рис.). Позади массива установлена чугунная плита. В предельном положении массив опирается на два резиновых цилиндра, реакция которых совместно с горизонтальной составляющей веса массива уравновешивает передающееся на отбойное устройство усилие в 53 т энергия, которую может поглотить отбойное устройство, равно примерно 250 кДж.

Наряду с перечисленными типами отбойных устройств, которые, как правило, изготавливаются силами самих портов или строительных организаций, широко используются отбойные устройства типа амортизаторов заводского изготовления разнообразных конструкций: с резиновыми элементами различной конфигурации, пневматические, гидропневматические и др.

Наибольшее распространение в портах мира, в том числе отечественных, получили амортизирующие устройства, основанные на принципе использования деформаций резиновых элементов. Широкое применение резины для этой цели обусловлено ее физико–механическими свойствами: сжимаемостью, большой упругостью, энергоемкостью, способность сохранять свои характеристики в большом диапазоне температурных колебаний, стойкостью в отношении химических и бактериальных воздействий.

Во многих случаях достаточно эффективными и долговечными оказываются амортизирующие элементы, имеющие трубчатую, трапецеидальную или другую специальную форму (рис.).

Наиболее широкое распространение получили трубчатые амортизирующие элементы с наружным диаметром 0,4…1,0 м, внутренний диаметр их обычно равен половине наружного, а поглощаемая энергия составляет 15…90 кДж/м. В настоящее время применяются трубчатые элементы диаметром 3 м, длиной 6 м, массой 25 т. Способы подвески трубчатых амортизаторов показаны на рис. Ведутся работы по совершенствованию способов подвески трубчатых амортизаторов.

Необходимо отметить, что рассмотренные амортизаторы все же обладают большой жесткостью и передают на борт судна значительные удельные давления. В связи с этим нужно применять специальные устройства для передачи давления на большую площадь обшивки судна (рис.). Следует отметить, что обычные амортизаторы трапецеидального поперечного сечения (рис.) могут быть использованы только для судов определенного тоннажа – до 30…50 тыс. т. Для судов большего тоннажа их амортизирующая способность недостаточна, а для судов малого тоннажа они являются слишком жесткими. В настоящее время используются трапецеидальные амортизаторы особой формы, имеющие на лицевой поверхности утолщение с канавкой (рис.). При воздействии судов малого тоннажа этот амортизатор обладает высокой податливостью. Когда зазор между лицевой поверхностью причала и амортизатором будет выбран, жесткость амортизатора возрастет, и он может поглощать большую энергию, но при возросшем усилии. Зависимость деформаций от усилий для амортизатора этого типа характеризуется наличием двух ступеней, что свидетельствует о возможности ограничения усилий при судах малого тоннажа и обеспечения достаточной энергопоглащающей способности, при судах крупного тоннажа.

При обслуживании самых крупных судов применяют еще более мощные отбойные устройства (рис.), в которых использованы трапецеидальные амортизаторы.

За рубежом широкое распространение получили амортизаторы Рейкина (рис.). Амортизирующий элемент изготовляют путем последовательной склейки металлических пластин и резиновых прокладок. В амортизаторе резина работает на сдвиг и сжатие, поэтому кривая зависимости деформаций от усилий также характеризует более эффективное гашение энергии по сравнению с трубчатыми элементами. Амортизаторы Рейкина хорошо воспринимают усилия, действующие не только по нормали к лицевой поверхности причала, но и касательные, позволяют гасить энергию значительной величины при сравнительно небольших усилиях. Подобные амортизаторы изготовляет ряд зарубежных фирм.

В морских портах нередко применяют амортизаторы пневматического типа. Простейшие из них представляют собой специальные баллоны, закрепленные на пустотелой металлической оси длиной до 11 м с помощью металлических фланцев с подшипниками, допускающими их свободное вращение (рис.). Диаметр амортизаторов может достигать 3 м (при использовании авиационных или специально изготовляемых покрышек), а внутреннее давление – 0,35 Мпа. Допускаемая статистическая нагрузка на один подобный амортизатор составляет около 1000 кН, поглощаемая энергия - 450 кДж. Устройства этого типа могут быть установлены между судном и причалом или между двумя судами при перегрузке, выполняемой на плаву.

В настоящее время широко применяются пневматические кранцы Йокогама (рис.), размеры которых и поглощаемая энергия варьируются в широких пределах.

Наибольшие пределы кранца D = 4,5 м, L = 9,0 м, при этом поглощаемая энергия составляет 3600 кДж, воспринимаемое усилие 500 кН. Для поглощения энергии танкера дедвейтом 100 тыс. т, подходящего к причалу со скоростью 0,2 м/с, достаточно трех амортизаторов диаметром 3,3 м.

Таким образом, эти амортизаторы могут использоваться на причалах для самых крупных судов. Наружный и внутренний слои оболочки амортизатора изготовляют из натуральной резины, внутренний армирующий слой – из нейлона. Для предотвращения прямого удара судна о сооружение при разрыве оболочки в баллон помещают синтетическую губчатую массу. На конце амортизатора устанавливают предохранительный клапан, служащий для выпуска в воздуха из амортизатора при нагрузках, превышающих проектные. Амортизатор ABF (Air Block Fendor), который неподвижно устанавливают на причальном сооружении.

Пневматические амортизаторы дают большую отдачу (отход судна от причала после удара). Деформации значительны. Эти недостатки устраняются применением гидравлических амортизаторов. Под нагрузкой от навала судна поршень гидравлического амортизатора сдвигается в металлическом корпусе и выжимает масло в специальный резервуар, а в первоначальное положение возвращается под действием специальной пружины. Энергия, поглощаемая гидравлическим отбойным устройством, зависит от массы подходящего судна и его скорости.

Гидродинамические струйные амортизаторы гасят энергию подходящего судна энергией потока воды, создаваемого насосами.