книги из ГПНТБ / Рабей И.Л. Грузовые операции на нефтеналивных судах

Иными словами, для перетекания нефтепродукта из танка 4 в танк 6 вели­ чина перепада уровней должна быть менее 1 см.

Перепад уровней между танками 2 и 4 при числе Рейнольдса Re = 530 и ко­ эффициенте расхода ц=0,78 составит

Пример 3. Необходимо вывести судно на ровный киль. Условия задачи те же, что и в примере 2, но в начале загрузки порожнее судно имеет дифферент на корму, определяемый углом ф = 0,0154. Предположим, что груз удельным весом Y=0,96 т/м3 принимают на первом этапе в носовые и средние четыре танка при

закрытых переборочных клинкетах кормовой группы танков. В этот период при приеме груза следят за тем, чтобы перепад уровней между наполненными и сво­ бодными танками составлял по условиям прочности величину а.

Площадь носовых и средних танков равна

Объем принятого груза составит

а время приема груза

йс.н. В связи с этим задача решается методом подбора принятого груза: %2, АzK,

AZC.H находим из решения системы приведенных уравнений. В результате ариф­ метических вычислений получим, что для выхода танкера на ровный киль потре­ буется принять G2=2500 г , при этом перепад уровня в средних и кормовых тан­ ках остается равным 0,75 ж, а высота груза составит Дгк2 = 3,7 ж= Дгс.н2.

66

Перепад между кормовыми и средними танками составит 0,4 м.

На последнем четвертом этапе регулировкой кормовых клинкетов танкер под­ держивается на ровном киле до выравнивания уровней во всех танках. Иногда на практике остаток груза принимается с дифферентом в нос при перепаде уров­ ней, достигнутом в конце второго этапа. В этом случае после окончания погруз­ ки судно выводят на ровный киль путем небольшого перепуска продукта в кор­ мовые танки.

Расчет наклонения корпуса и уровней груза в танках

Исходные положения. Процесс разгрузки нефтеналивного судна связан с не­ прерывным изменением как количества и расположения груза в танках, так и положения корпуса в воде и уровня груза в шахте (танк, из которого произво­ дится откачка при выгрузке), что в свою очередь влияет на условия работы насосной установки.

Характер этого влияния состоит в следующем.

1. Изменяется отметка уровня груза в шахте Дш относительно уровня воды

расположения шахты, м.

Это вызывает изменение высоты всасывания

Н вс = Дн — Дш,

где Дн — отметка положения насоса, и оказывает влияние на производительность насоса, так как B0= f ( H вс).

2. При малых значениях величины уровня груза в шахте возможно резкое снижение производительности выгрузки вследствие прорыва воздуха во всасы­ вающий трубопровод через воронки, образующиеся на поверхности груза у при­

т. е. hmia =f(Bo).

Как известно, при клинкетной грузовой системе балластировка грузом обра­ зует избыток груза в балластных танках над средним уровнем груза во всех танках, что становится источником. сил PQ, образующих кренящий и дифферен-

тующий моменты.

Величины избыточного груза и моментов непрерывно изменяются по мере вы­ грузки и поэтому

М = f (Д) или М = / (д).

т. е. hm=f(d).

Изменения количества и расположения груза, а также посадки корпуса вызывают изменение изгибающего момента Мизг и таким образом влияют на

общую прочность. Это обстоятельство может препятствовать желательному для оптимальной технологии выгрузки размещению балластного груза.

Посадка корпуса судна при изменяющемся водоизмещении описывается «ледующими уравнениями моментов:

Ш

Влевой части уравнений (32) и (33) даны кренящий и дифферентующий моменты, представленные суммой моментов относительно центра тяжести систе­ мы, в правой — момент сил поддержания.

Вформулах (32) и (33) обозначено R u r — продольный и поперечный мета-

Здесь L и В — длина и ширина корпуса, м.

Эти приближенные формулы пригодны для 5=0,94-0,3 и дают погрешность, не превышающую 3%.

Величина поправок на влияние свободной поверхности груза в значительной мере зависит от того, являются ли переборки, образующие отсеки (танки), не­ проницаемыми. При непроницаемых переборках величины поправок уменьшаются пропорционально второй степени числа переборок. Переборки, образующие бал­ ластные танки, следует учитывать как непроницаемые.

мыми переборками, а второй — с непроницаемыми.

Распределение танков на такие группы в каждом случае основывается на конструктивной и технологической схемах.

Желательные для улучшения условий разгрузки максимальные значения Мкр и Мд достигаются, если уровень груза в балластных танках во время разгрузки будет иметь начальную величину, т. е. he =h„ (где Ан — начальный уровень в

полном грузу).

Возможность использования максимальных моментов ограничивается в свя­

3) по условиям общей прочности корпуса изгибающий момент не должен превышать некоторого предельного момента, обусловленного допускаемыми на­ пряжениями в связях корпуса,

■Миз ^ ^ир*

69

Как показывает анализ многих расчетов, выполненных для ряда судов и разнообразных условий, первое ограничение не имеет места, второе может быть устранено несложным подкреплением переборок и потому в основном ограниче­ нием следует считать третье.

Вычисление значений уровня груза в танках. Значения Л1кр и Мд, а также

Миз связаны с размещением груза, в том числе и балластного.

Характерными этапами, изменяющими Мкр, Мд и Миз в процессе разгрузки,

миделя хе и диаметральной плоскости уб-

Если часть балластных танков сообщается с грузовыми, то параметры соот­ ветственно изменяются.

Параметры балластных и грузовых танков связаны общим уравнением балан­

тивными элементами судна и должны рассматриваться как постоянные в про­ цессе грузовых операций.

Уровни груза в танках в отдельные моменты и по участкам процесса опре­ деляются:

1 ) при 5=1 (т. е. в полном грузу) уровень во всех танках принимается одинаковым и равным начальному

где ЯГр — средний уровень в грузовых танках, м; Ав' и Лб" — уровень груза в бал­ ластных танках по группам, м; Лн — начальный уровень, м;

2 ) при д = дкр

ЙкрДи Д о ~~ ЛнИб

* Здесь и далее объем груза в танках принимается численно равным массе, отнесенной к плотности, что справедливо при угр«уводы (например, мазут). В других случаях следует вносить соответствующую поправку.

70

(рис. 13); б — коэффициент полноты водоизмещения, так как ö=f(T) и T=f(d),

то a=f(d) .

Здесь Т — текущее значение средней осадки корпуса.

0,125Z.rP — a(,S I хе I

(42)

0,5 — a6

71

груза из балластных танков; хе; Хб'; Хб" и хк — координаты центра тяжести гру­ за относительно миделя.

нии линейных изменений уровня между отдельными точками, можно составить графическое описание h=}(д) (рис. 14).

Принято, как это обычно бывает в действительности, что грузовые танки в носовой части корпуса, а также порожний корпус в целом расположены симмет­ рично относительно ДП, следовательно,

Уб^б — у"6 (а б — ctg)

танков в начале разгрузки и на заключительном этапе.

Можно принимать xH=0,125Lrp и остальные координаты ц. т. по формулам:

0 , 125Лгр осбХб

(50)

0 ,5 — Об

конкретному проекту из элементов теоретического чертежа. Для общего анализа и приближенных расчетов можно принимать средние значения этих величин (по 3). В связи с тем что указанные выше величины для корпусов нефтеналив­ ных барж колеблются в незначительных пределах, а также с тем, что неточности и

72

оценке величин вызывают несущественную погрешность конечного результата, можно рекомендовать для их оценки следующие формулы:

Для дальнейших расчетов и анализа их результатов удобно представить эти функции графически (рис. 15).

Вычисление высоты уровня груза в шахте. Формулы для вычисления значе­ ний высоты уровня груза в шахте получены из анализа геометрических фигур, сумма объемов которых составляет объем груза в танках. При этом совокупность

где ßrp — ширина корпуса по грузовым танкам.

Интересующая нас высота уровня груза в шахте кш вычисляется при помо­

кретный характер.

Характеристикой этапов для определения точек дискретного изменения функ­ ции объема груза служит проекция поверхности груза на плоскость днища.

73

По мере разгрузки наступает момент, когда плоскости поверхности груза и днища пересекаются в одной точке (вершине прямоугольника днища). Этим за­

Рис. 17. Положение поверхности уров­ ня груза в момент начала и оголения днища

Переход от 3-го этапа к 4-му определяется тем, что проекция поверхности груза на плоскость днища представляет собой треугольник.

Этим этапам соответствуют приведенные ниже формулы и уравнения для

вычисления h — наибольшего уровня груза у одной из граней призмы.

Первый этап

а) математическое описание условий существования

Здесь и дальше значения (hrр; Ѳ; A)—f(d) берутся из полученных ранее

функций (см. рис. 14 и 15).

Второй этап

а) математическое описание условий

а Д }

74

где Lrp — длина корпуса по грузовым танкам; хш и ут — координаты центра

тяжести шахты относительно миделя и ДП.

Анализ результатов расчета. Условия разгрузки характеризуются отноше­ нием действительного уровня груза в шахте к минимальному уровню, при кото­ ром через образующиеся на поверхности груза воронки прорывается воздух в приемную трубу и выгрузка с номинальной производительностью насосной уста­ новки становится невозможной (снижается). Это можно записать так:

Аш — ДА

ф > 1 ,

^min

где ДА — учитывает сопротивление клинкетов.

Приняв ф = 1, можно получить предельное значение д0, при котором насту­ пает ограничение производительной выгрузки, и построить график <50 = f(AA; Amin) (рис. 22). Под величиной д0 понимаем относительное водоизмещение, определяе­

мое количеством груза (в том числе балластного), когда завершается выгрузка основного груза и начинается зачистка грузовых танков.

В наиболее обобщенной форме оценку эффективности процесса разгрузки

ß c p

можно сделать с помощью коэффициента о = —— > представляющего собой от-

BQ

75