книги из ГПНТБ / Антонов, А. А. Устройство морского судна учебное пособие для подготовки специалистов в мореходных школах

сила поддержания, соответствующая по закопу Архимеда мас­ се BbiTeciieHiioiI судном воды γlΛ Она приложена в центре величи­

ны судна C (центре тяжести подводной части) и направлена

вверх.

Чтобы плавающее судно находилось в равновесии, эти две си­

лы должны быть равны по величине и направлены в противопо­

ложные стороны по одной вертикали.

При плавании в штормовую погоду, а также в случае пробои­ ны, течи судно принимает значительное количество воды, увели*

чнвающей его массу. Поэтому судно должно иметь определенный

запас плавучести.

Запас плавучести — это непроницаемый для воды объем кор­ пуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. Этот

объем образует помещения, ограниченные верхней водонепрони­

цаемой палубой, а также надстройки при условии, что они водо­

непроницаемы, т. е. имеют водонепроницаемые двери и другие

Мерой запаса плавучести является отношение над­ водного объема корпуса к объемному водоизмещению судна.

Для сухогрузных судов запас плавучести составляет 25—50%

водоизмещения, для наливных—10—25% и пассажирских —до

100%.

Необходимый для безопасного плавания судна запас плавуче­

сти обеспечивается приданием судну в процессе проектирования

достаточной высоты надводного борта, устройствбм водонепрони­ цаемых закрытий и делением судна на отсеки прочными водоне­ проницаемыми переборками и палубами. При отсутствии перебо­

рок и палуб любое повреждение подводной части судна при не­

возможности заделать его приводит к полной потере запаса пла­ вучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта—-чем

выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Минималь­

ная допустимая высота надводного борта определяется Правила­ ми Регистра СССР в зависимости от типа судна. Для контроля

за ее сохранением на обоих бортах судна наносят особую грузо­

вую марку (см. § 7).

Остойчивость — это способность судна противостоять силам, вызывающим его наклонение, а после прекращения действия этих

сил возвращаться в первоначальное положение равновесия.

Положение центра тяжести (ц. т.) при качке судна на волне остается неизменным, если не происходит перемещения груза.

Центр величины (ц. в.) —это геометрический центр подводной ча­ сти судна, и при крене судна он изменяет свое положение.

Различают поперечную и продольную остойчивость.

Поперечная остойчивость проявляется при крене судна, т. е.

при наклонениях его на борт. Продольная остойчивость действует

при наклонениях судна на нос или корму, т. е. при килевой кач­

20

ке. Если силы, вызывающие наклонение судна, действуют медлен­

но, то различают статическую остойчивость, а если быстро,— то-

динамическую, при которой надо учитывать инерцию судна.

Наклонения судна возможны по разным причинам: от действия

волн, ветра, из-за перемещения пассажиров на один борт и т. д.

Предположим, что остойчивое судно накренилось под действи­ ем внешних сил (рис. 13,6). Центр тяжести судна остается в точ­

ке G, но центр величины из-за изменения формы подводной части переместится в новую точку C,. Силы веса D и поддержания уѴ

теперь уже действуют не на одной прямой, а образуют восстанав­

до тех пор, пока не наступит равенство кренящего и восстанавли­

вающего моментов (Mκp = Mn). Такое положение возможно только

при медленном (статическом) действии кренящей силы.

Если же крен судна увеличивается быстро, что будет, напри­

мер, при шквальном ветре, сильном рывке буксирного троса и

в некоторых других случаях, то возникнет динамический кре­

нящий момент. В этом случае крен судна будет увеличиваться до определенного предела и после достижения равенства кренящего

и восстанавливающего моментов, ибо будут действовать силы инерции. Креи этот обычно в два раза больше крена от статиче­

ского действия такого же кренящего момента. Это положение учи­ тывается при определении остойчивости судна по Нормам остой­ чивости морских судов Регистра СССР назначением большего

плеча остойчивости.

При увеличении крена величина восстанавливающего момента

сначала увеличивается, достигает максимума, а потом со входом палубы в воду начинает уменьшаться. Когда восстанавливающий момент становится равным нулю, судно теряет остойчивость, т. е.

опрокидывается. Этот предельный угол крена не должен быть

меньше 60°. Учитывая, что в формуле Nl3=Dl, величина водоиз­ мещения D остается неизменной, это произойдет при уменьшении

плеча остойчивости I до нуля и далее, когда изменится знак I на

минус (отрицательная остойчивость). В случае установления ра­

венства кренящего и восстанавливающего моментов при медлен­

ном наклонении судна наступит равновесие.и судно будет сохра­

нять постоянный крен.

Такое положение мы наблюдаем на шлюпке, идущей под па­ русами при устойчивом боковом ветре, но стоит только изменить­

ся силе или направлению ветра, или гребцам пересесть ближе к одному из бортов, как немедленно изменится и крен шлюпки. Это

равновесие будет очень динамичным из-за большого количества

факторов, влияющих на него.

Для сравнения остойчивости судов недостаточно знать остой­

чиво оно или нет, нужно уметь измерить это свойство количест­

венно.

Точка пересечения линии действия силы поддержания с диа­ метральной плоскостью судна (точка Λi) называется метацентром.

21

Плечо остойчивости I будет показателем остойчивости судна,

ио им пользуются для этих целей при больших углах крена. При

крена будет мерой начальной остойчивости.

Остойчивость судна не остается неизменной. Она зависит от взаимного расположения ц. т. и ц. в., которые перемещаются при

приеме, выгрузке груза, его перемещении в трюмах и от других

причин. Чем больше метацентрическая высота, тем больше вос­ станавливающий момент и остойчивее судно, однако при большой

остойчивости судно имеет резкую качку. Поэтому у большинства

типов судов метацентрическая высота бывает в пределах 0,5-1,2 м

и лишь у ледоколов достигает 4,0 м.

Факторы, влияющие на остойчивость судна. Прием и выгрузка

грузов. При приеме и выгрузке грузов поперечная метацентриче­

ская высота судна может сильно изменяться. При низком распо­

ложении в трюмах тяжелых грузов (металл, руда) понижается

центр тяжести всего судна и увеличивается метацентрическая вы­

сота.

и, следовательно, уменьшается метацентрическая* высота. Такие

же изменения происходят при вертикальном перемещении грузов,

приеме балласта (жидкого или твердого). Таким образом, при

понижении центра тяжести судна остойчивость увеличивается, а

при повышении — уменьшается.

Самопроизвольное перемещение грузов. При качке большую

опасность для судна представляет перемещение плохо закреплен­

ного или неправильно уложенного груза (бочек, листового метал­

ла и др.) к одному из бортов. Появление большого постоянного

крена при бортовой качке может привести к потере остойчивости. Подобное положение может возникнуть и при перемещении сыпу­ чих грузов (зерна, рудных концентратов), которые перевозятся в

трюмах насыпью. Это случается, когда в трюме есть свободное пространство, а угол крена будет достаточно большим.

Каждый сыпучий груз имеет свой угол естественного откоса,

например, льняное семя приближается по этим свойствам к жид­

кости.

Для предупреждения возможного пересыпания зерна в трюмах устанавливают прочные временные продольные переборки (шиф-

тиигбордсы). Если зерно заполняет весь трюм, то делают питате­

ли для пополнения трюма зерном, так как оно при качке подвер­

жено усадке. Если зерно не заполняет весь трюм, его выравнивают

и сверху укладывают несколько рядов мешков с зерном,

22

При перевозке других сыпучих грузов, например рудных кон­ центратов, следует учитывать их влажность, которая резко меняет их подвижность.

Немногие случаи опрокидывания судов, имевшие место в миро­ вой практике мореплавания, происходили чаще всего из-за несоб­

людения правил перевозки сыпучих грузов.

Влияние жидкости на остойчивость судна. Вода и жидкое топ­

ливо, имеющиеся на всех судах обычно в большом количестве

(сотни тонн и более), в случае неполного заполнения танков пред­ ставляют серьезную опасность для судна, так как жидкость, имею­ щая свободную поверхность, при качке переливается в сторону

крена, уменьшая этим остойчивость. Остойчивость уменьшается

тем быстрее, чем больше площадь свободной поверхности жидко­ сти и общее ее количество.

Снижение остойчивости из-за наличия на судне жидкости пре­ дупреждается несколькими путями: запрессовкой танков (т. е. за­

полнение их доверху, когда жидкость не будет переливаться),

установкой продольных переборок, сужением верхней части танков.

Обледенение. При плавании зимой в северных и умеренных ши­

ротах случается обледенение судов. Это возникает при штормовом

волнении и морозном ветре, когда брызги воды, попадая на над­

водные части судна, замерзают, покрывая слоем льда верхние па­

лубы, борта, надстройки, мачты, шлюпки и пр. Толщина льда до­

вающий момент Мв, возрастает и достигает максимума примерно при крене 30°, а затем начинает уменьшаться и при крене 60—70°

становится равным нулю, т. е. судно полностью теряет остойчи­

вость. Поэтому очень большой крен, даже кратковременный, опа­ сен для всякого судна.

Непотопляемость — это способность судна после затопления

части судовых помещений сохранять плавучесть, остойчивость и частично другие мореходные качества.

Непотопляемость обеспечивается делением корпуса на водоне­

проницаемые отсеки, устройством двойного дна, оборудованием

судна специальными системами для удаления и перепуска воды и мощными водоотливными насосами. Основное из этих средств —

деление корпуса на отсеки водонепроницаемыми переборками, так

как даже при небольшой пробоине количество поступающей внутрь воды будет столь велико, что справиться с нею насосы не в со­

стоянии. Водоотливные насосы ставят в основном для удаления

воды после заделки пробоины, или воды, поступающей через не-

23

плотности в соединениях. Количество поперечных водонепроницае­

мых переборок устанавливается по Правилам Регистра такое, что­

бы грузовые суда оставались иа плаву при затоплении одного любого отсека, а пассажирские — при затоплении двух любых смежных отсеков.

Непотопляемость судна зависит не только от конструктивных особенностей, учитываемых в период проектирования и постройки

судна, но в значительной мере от умения экипажа судна правиль­

но эксплуатировать его.

Ходкость — это способность судна развивать заданную

скорость при наименьших затратах мощности главного дви­

гателя.

При движении судно преодолевает сопротивление воды и воз­ духа. Величина сопротивления зависит от скорости судна, его раз­ меров, формы и состояния подводной части корпуса.

Для улучшения ходкости корпусу судна придается соответст­ вующая обтекаемая форма, многие суда имеют особые бульбовые

наделки в носовой части. Большую роль в обеспечении ходкости

играет регулярная очистка подводной части корпуса от обраста­

ний морскими организмами и покраска ее ядовитыми красками, препятствующими обрастанию. Такая очистка и окраска произ­

водится при доковании: для судов, плавающих в северных шпро­

тах, не реже одного раза в один-два года, а для судов, плавающих

в южных широтах, не реже одного раза в полгода-год (в зависи­

мости от типа судна).

При увеличении скорости сопротивление движению судна и по­

требная мощность двигателя возрастают примерно в кубической

зависимости. Например, если судно имеет двигатель мощностью

1000 л. с. и развивает скорость 9 узлов, то для получения скоро­ сти 18 узлов (увеличение в 2 раза) потребуется двигатель мощ­

ностью '8000 л. с. (увеличение в 8 раз), расход топлива увеличится

тоже в 8 раз. Этой зависимостью объясняется сравнительно не­

большая скорость судов обычного водоизмещения.

Сопротивление движению судна, одпако, можно резко снизить

путем приподнятия корпуса над водой с помощью подводных

крыльев или воздушной подушки (см. § 2). Другой способ сни­

жения сопротивления — подводное плавание судна, когда исчеза­

ет затрата мощности на образование волн, преодоление воздуш­ ного сопротивления, а также устраняется вредное влияние иа ско­

рость волнения моря. Этот способ в гражданском флоте пока не находит применения.

Управляемость — это способность судна быть послушным ру­

лю. Управляемость складывается из двух качеств: устойчивости

ние движения.

Оба эти свойства предъявляют к судну противоположные тре­

бования, поэтому при проектировании судна предпочтение отдают тому качеству, которое для данного судна более важно. Hanpn-

24

PqJMQ> качни

Рис. 14. Элементы циркуляции судна:

важна поворотливость, тогда как для транспортного судна важнее

устойчивость на курсе.

Устойчивость на курсе повышается при увеличении относитель­

ной длины судна, увеличении площади руля, при некотором диф­

ференте судна на корму. Судно считается устойчивым на курсе,

если число перекладок руля в минуту не превышает 4—6, а откло­

нения — 3—5°. Судно, не устойчивое на курсе, называется рыск­

ливым.

Поворотливость судна улучшается при уменьшении относи­ тельной длины судна и увеличении площади руля. Основной ха­

рактеристикой поворотливости является диаметр установившейся

циркуляции D0, равный у большинства судов четырем — шести дли­

нам судна (рис. 14).

Кроме рулей, для управляемости судна используют поворот­

ные насадки, подруливающие устройства, крыльчатые и водомет­

ные движители, а у двухвинтовых судов — вращение винтов в разные стороны.

Качка — это колебания судна под действием внешних сил. Кач­

ка ухудшает работу механизмов, снижает скорость, увеличивает дополнительные напряжения в корпусе судна, которые могут вы­ звать его разрушение, ухудшить самочувствие людей.

Различают качку бортовую (вокруг продольной оси), килевую

(вокруг поперечной) и вертикальную (вдоль вертикальной).

Качка судна характеризуется а'мплитудой, размахом и перио­ дом. Амплитуда — это наибольшее отклонение судна от исходного положения в градусах. Сумма двух последовательных амплитуд

называется размахом качки (рис. 15). Период качки — время, в

течение которого судно совершает полный цикл колебаний. Принято различать два вида колебаний судна на качке: сво­

бодные, которые происходят по инерции после прекращения дей­

ствия сил, их вызвавших, и вынужденные, которые вызываются

внешними периодически приложенными силами, например морски­ ми волнами.

25

M

Рис. 16. Скуловые кили:

и— расположение;

б— конструкция

Наибольшую опасность при качке судна в море представляет

явление резонанса, когда совпадают периоды собственных коле­

баний судна и периоды волны (время, через которое повторяются

вданной точке моря элементы волны, например вершина волны).

Вэтом случае амплитуда качки резко возрастает. Чтобы избежать

резонанс, иногда приходится изменять скорость и курс судна от­

носительно волн.

Для уменьшения размахов качки применяют различные успо­

25—30%. На пассажирских судах получают распространение ак­

тивные бортовые рули (рис. 17), которые управляются автомати­

чески с помощью специального прибора. Эти рули поворачивают­

ся одновременно и в разные стороны — один вверх, другой вниз, создавая тем самым пару сил, препятствующую крену судна.

Имеются и другие успокоители качки, например успокоитель­

ные цистерны, гироскопические устройства, однако они применя­

ются реже.

§ 7. МАРКИ УГЛУБЛЕНИЙ. ГРУЗОВАЯ И ТОННАЖНАЯ МАРКИ

Марки углублений (рис. 18). Для быстрого определения осадки

судна на носу и в кормовой части судна наносят арабские или римские цифры — марки углублений.

На судах заграничного плавания марки углублений наносят:

на правом борту в дециметрах и обозначают арабскими цифрами,

высота цифр и интервалы между ними равны 1 дм; на левом бор­ ту— в футах и обозначают римскими цифрами, высота цифр и ин­ тервалы между ними равны 1∕2 фута. На судах внутреннего плава­ ния марки углублений наносят в дециметрах. Нижние кромки

цифр соответствуют той осадке, которую они обозначают.

Марки углублений иакернивают при постройке судна и нано­

26

позволяет решать и обратные задачи, например, как изменится осадка при при­ еме известного количества груза и т. п. Такая шкала является одним из важ­ нейших судовых документов.

Грузовая марка (рис. 19) показывает минимальный допустимый надводный борт с учетом района плавания судна и времени года.

Грузовые марки наносятся в соответствии с требованиями

Международной конвенции по охране человеческой жизни на море

и Правил Регистра СССР о грузовой марке. Суда загранплавания

должны иметь Международное свидетельство о грузовой марке, а

каботажные суда, плавающие во внутренних водах,— свидетельст­ во Регистра СССР, учитывающее более легкие условия плавания

между' портами СССР.

Марка наносится (накрашивается) следующим образом. На обоих бортах судна в средней части на уровне верхней (главной)

палубы надводного борта наносят горизонтальную линию длиной

300 мм, которая называется палубной линией. От ее верхней кром­ ки вниз откладывают высоту минимального летнего надводного

борта и наносят горизонтальную линию длиной 450 мм. Из сере­

дины этой линии, как из центра, описывают окружность диамет­ ром 300 мм. Если грузовую марку наносят по Правилам Регистра

СССР, то по бокам круга наносят буквы «Р» и «С» высотоіі

115 мм и шириной 75 мм. На расстоянии 540 мм от центра круга

(диска Плимсоля) в нос проводят вертикальную линию, а перпен­

дикулярно ей — марки (горизонтальные линии длиной 230 мм, так

называемую «гребенку»).

Летняя марка—-это верхняя кромка линии, проходящей через

маркой ЗСА (WNA). Эта марка наносится только на судах дли­ ной не более 100,5 м. Осадка судна в пресной воде указывается маркой П (F), в пресной воде в тропиках — ТП (TF).

Суда, перевозящие лесные грузы на палубе, могут иметь мень­ шую высоту надводного борта, которая определяется «лесной гре­

27

бенкой», расположенной в корму от диска Плимсоля. Перед бук­

вами сезонных марок добавляется буква Л (L) — лесная.

Грузовые марки иакерииваются или навариваются, а затем

наносятся на черном фоне белой или желтой краской, на светлом фоне — черной краской. Толщина всех линий равна .25 мм.

Тоннажная марка служит для определения регистровой вмести­

мости судов, имеющих две палубы или более. Она принята Ассам­

блеей Межправительственной Морской Консультативной Органи­ зации (ИМКО) в 1963 г. и введена на советских морских судах заграничного плавания с 1965 г.

Введение тоннажной марки связано с распространением в мировом флоте шельтердечных судов открытого типа (рис. 20). Это особые двухпалубные суда, у которых главной считается вторая сверху палуба, до нее и измеряется над­ водный борт. Верхняя палуба, называемая шельтердеком, образует дополни­

не имеющие надежных водонепроницаемых закрытий. Благодаря этому объем верхнего твиндека, как недостаточно защищенного от непогоды, не включается

на обмерные отверстия, при этом льготные условия обмера остаются прежние. Эти льготы распространены и на все другие суда с двумя и более палубами, если их осадка в данный момент не выше тоннажной марки.

Знак тоннажной марки (рис. 21) наносится на оба борта в корму от грузовой марки на расстоянии от нее не менее 540 и не

более 2000 мм. Ои состоит из горизонтальной линии длиной

Рис. 20. Шельтердечное судно:

I — обмерный люк; 2— обмерные отверстия в переборках; 3 — шельтер-твшідек

28

никогда не может быть выше грузовой марки, которую она не за­

меняет.

В мерительном свидетельстве судна, имеющего тоннажную мар­

ку, указывается по два значения валовой и чистой регистровой вместимости. Если тоннажная марка не погружена в воду, то

пользуются вместимостью без учета объема верхнего твиндека,

если находится под водой, то учитывают и объем этого твиндека.

Глава III. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СУДОВ

§ 8. ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Общие сведения. Двигатели, с помощью которых судно приво­ дится в движение, называются главными. Главные двигатели вме­

сте с оборудованием, необходимым для их работы, составляют

главную энергетическую установку судна.

На морских судах в качестве главных двигателей устанавли­

вают двигатели внутреннего сгорания (дизели), реже — паровые и газовые турбины. На судах старой постройки сохранились паро­

вые машины. Все перечисленные двигатели являются тепловыми,

т. е. вырабатывают механическую энергию из тепловой. Теплота выделяется при сгорании нефтяного топлива или, в атомных уста­

новках, при делении атомных ядер.

Тепловые двигатели различают по роду рабочего тела, при рас­

ширении которого теплота превращается в работу. В двигателях

внутреннего сгорания и газовых турбинах рабочим телом служит смесь газов, получаемая при сгорании топлива. В паровых маши­

нах и турбинах рабочим телом служит водяной пар.

Судовые дизели. Двигатель, в котором топливо сгорает непо­

средственно внутри рабочего цилиндра, называется двигателем

29