книги из ГПНТБ / Буксирные суда (проектирование и конструкция)

При определении необходимой тяги ведущего буксира опти­ мальным будет случай, когда угол между ДП судна и направле­ нием силы тяги кормового буксира а2 окажется равным 45°, т. е. когда Z2sin a2 = Z2Cos игРешение приведенных уравнений для <12=45° дает следующие значения величин:

Перемещение судна лагом. В этом случае при расчете необхо­ димой тяги считают, что указанный маневр осуществляется двумя буксирами, развивающими одинаковые усилия тяги, приложенные к оконечностям судна перпендикулярно его ДП. Течение и ветер направлены в сторону, противоположную движению судна, так же перпендикулярно ДП.

На рис. 22, в приведена схема действующих сил при переме­ щении судна лагом.

В случае равномерного прямолинейного движения

лагом. Испытания, проведенные в опытовом бассейне ЛКИ [25] и Гамбургском опытовом бассейне [83], показали, что независимо от обводов судна ^ = 1 ;

р — массовая плотность воды;

V— скорость движения судна относительно воды, м/с; L — длина судна между перпендикулярами, м;

Т — осадка судна, м.

Величина ѵ складывается из скорости судна относительно непод­ вижной точки ѵс и скорости течения Птеч-

72

типа судна. Величина £в принимается по данным испытаний, про­

рт. ст., равная 0,125 кг--- ; м4

ѵв — скорость ветра, м/с. Как указано выше, расчетная сила ветра принимается равной шести баллам, т. е. 12,4 м/с;

А — площадь проекции надводной части судна на ДП, м2. Определив значения указанных величин, получим выражение

тяги, необходимой для буксировки судна лагом,

давления ветра не создает момента, влияющего на вращение, по­ этому не учитывается.

где Мг— момент сил сопротивления воды при вращении судна во­ круг ЦТ;

73

торой с достаточной точностью может быть принята рав­ ной произведению LT.

Подставив значения определенных величин в правые части вы­ ражения Мх, получим величину необходимой тяги одного буксира для вращения судна вокруг ЦТ

22, д) влияние давления ветра на необходимую тягу буксира нужно учитывать, а направление его принимать противоположным направлению движения оконечности судна.

Движение судна вокруг неподвижной оконечности можно рас­ сматривать как движение половины длины вдвое более длинного судна вокруг ЦТ. В этом случае вращающий момент, создавае­ мый тягой буксира,

Подставив в правые части уравнений значения известных ве­ личин и приравняв их, после необходимых преобразований, полу­ чим тягу буксира, необходимую для выполнения разворота судна вокруг неподвижной оконечности, без учета влияния ветра

Сравнивая полученные значения тяги, необходимой для раз­ ворота судна вокруг ЦТ и вокруг неподвижной оконечности без учета действия ветра, видим, что в первом случае требуется ис­ пользование двух буксиров с суммарной тягой, равной тяге одного буксира, необходимого для разворота судна вокруг неподвижной оконечности.

Давление ветра при вращении судна вокруг неподвижной око- 2]_

нечности создает дополнительный момент M B= RB-^-.

Таким образом, при равномерном вращении судна вокруг не­ подвижной оконечности, момент сил сопротивления воды и ветра

будет равен

р 2L

М ~ М у + М В= См со2 - 16L4T + £в А У

74

Поскольку Mz = 2ZlL = M, то

2

Z1 = CM-^~ co28L3r + CB— А.

Подставив известные величины, получим

Сравнение полученной величины Z4 с величиной тяги, необхо­ димой для перемещения судна лагом, показывает, что эти вели­ чины практически одинаковы. При развороте судна вокруг око­ нечности угол между ДП судна и направлением течения и ветра будет изменяться, в результате чего силы сопротивления воды и ветра уменьшатся, тогда как при перемещении судна лагом дан­ ные величины останутся неизменными. Поэтому в случае переме­ щения судна лагом потребуется большая величина необходимой тяги буксира, чем при развороте вокруг неподвижной оконечности. Сравнение силы тяги, требующейся для линейного перемещения судна, с тягой, необходимой для выполнения остальных рассмот­ ренных маневров, показало, что она является наименьшей, и по­ этому линейная буксировка судна не принимается за расчетный маневр при определении тяги буксира-кантовщика.

Вкачестве расчетного маневра принимают перемещение судна

содерживанием, для выполнения которого в большинстве случаев требуется наибольшая тяга. Это видно из сравнения данных, при­ веденных в табл. 15 и 16. Полученный в результате анализа воз­ можных случаев маневр, требующий наибольшей тяги, прини­ мается расчетным. По нему определяются тяга и мощность бук­ сирного судна.

Пересчет величины тяги буксирного судна на мощность, по­ требную для обеспечения этой тяги, с достаточной для первого приближения точностью может быть выполнен по данным удель­ ной тяги, указанной для каждого типа буксирных судов в § 8. Ве­ личину Zo/N для нулевой скорости (на швартовах) следует пере­ считать на рабочую скорость буксировки или толкания. Например, для буксиров-кантовщиков при перемещении судна с одержива­ нием значение Z0jN пересчитывается для режима буксировки со скоростью 5 уз. Для буксиров с винтовыми движителями она со­ ставит 12,3 кгс/л. с., для буксиров с крыльчатыми движителями —

8,3 кгс/л. с. Расчет потребной мощности буксиров-кантовщиков с упомянутыми движителями приведен в табл. 17, а зависимость мощности буксира от водоизмещения кантуемого судна показана на рис. 23.

Для определения потребной мощности буксиров-кантовщиков можно воспользоваться эмпирическими зависимостями мощности буксира от водоизмещения кантуемого судна.

При проектировании винтовых буксиров, предназначенных для кантовки сухогрузных судов, а также танкеров водоизмещением

75

Таблица 16

Расчет необходимой тяги для перемещения судна лагом

76

Таблица 17

Расчет мощности буксира-кантовщика

* Тяга соответствует маневру перемещения судна лагом, поскольку в этих случаях она является максимальной.

до 10 тыс. т с достаточной для практики точностью справедлива формула

В случае использования на буксире крыльчатых движителей мощность его можно выбирать по формуле

Для судов танкерного флота по сравнению с сухогрузными су­ дами требуются буксиры относительно меньших мощностей.

Мощность буксиров, обслуживающих эти суда, при 10 тыс. т < < D ^ 6 3 тыс. т может определяться по формулам:

винтовые буксиры

буксиры с крыльчатыми движителями.

77

Для ледовых условий плавания потребная мощность буксиров должна приниматься в 1,2—1,4 раза больше расчетной.

Мощность линейных буксиров и толкачей обычно определяется (или задается) исходя из грузоподъемности буксируемых или тол­ каемых составов, характерных для того или иного района плава­ ния и экономически обоснованной скорости их движения.

Морская и речная практика буксировки и толкания судов и со­ ставов выработала достаточно установившиеся экономически оп­ равданные значения мощности буксиров и толкачей в зависимости

N , л. с.

Рис. 23. Зависимость потребной мощности буксиров-кантовщиков от водоизме­

от грузоподъемности составов. Эта зависимость обычно характе­ ризуется величиной нагрузки по грузоподъемности на единицу мощности буксирных судов.

Мощность энергетической установки буксиров для свободного хода с заданной скоростью можно приближенно оценить по фор­

мидель-шпангоута, м2.

Значения С ѵ и по построенным судам приведены в табл. 18.

Использование адмиралтейских коэффициентов целесообразно для

78

Таблица 18

79

оценки мощности по прототипу при одинаковой с ним скорости движения.

Эффективность использования мощности энергетической уста­ новки буксирного судна, в соответствии с его классом, в значитель­ ной мере предопределяет тип движительно-рулевого комплекса. От правильного выбора последнего зависят способность осуществ­ лять сложные маневры на ограниченных акваториях, устойчиво держаться на курсе, а для толкачей — способность управлять тол­ каемыми составами судов, во много раз превосходящими толкач по размерам и водоизмещению.

Основным типом движителя современных буксирных судов всех типов является гребной винт фиксированного шага (ВФШ). Греб­ ные винты имеют от 3 до 6 лопастей. Однако наиболее широкое распространение получили четырехлопастные винты. Большее число лопастей принимается с целью предотвращения или сниже­ ния вибрации, но вероятность повреждения таких винтов при ра­ боте в насадках со стабилизаторами выше, чем четырехлопаст­ ных. Гребные винты в направляющих насадках нашли широкое применение. Буксирных судов с открытыми винтами мало. Объяс­ няется это тем, что насадка увеличивает тягу на гаке до 40—50% в швартовном режиме и до 20—30% при буксировке составов со скоростью 5—6 уз (9—11 км/ч). Кроме того, насадка предохра­ няет винт от повреждений при навалах, от намотки буксирного каната, снижает вероятность попадания воздуха к винту при дви­ жении на волнении. В последние годы широкое применение нашли поворотные насадки со стабилизаторами, обеспечившими высо­ кую поворотливость судов и составов и управляемость буксирных судов на заднем ходу — качества, необходимые для буксирных су­ дов всех типов. Пропульсивные качества поворотных насадок со стабилизаторами значительно выше комплекса неповоротные на­ садки— рули переднего и заднего хода (см. § 8).

Винты регулируемого шага (ВРШ), несмотря на их высокие тяговые характеристики при работе буксирного судна с разными по сопротивлению составами, еще не получили большого распро­ странения вследствие высокой, по сравнению с ВФШ, стоимости, сложности и меньшей живучести, повышенного износа механизма поворота лопастей при работе в речных условиях и, наконец, ввиду несколько меньшего значения к. п. д. на основном режиме работы. Поэтому ВРШ могут быть рекомендованы к установке на морских портовых буксирах в сочетании с поворотными насадками.

Водометный движительный комплекс широко применяется на мелкосидящих толкачах и буксирах с осадкой до 0,9 м, используе­ мых на малых реках. Водометные буксиры имеют полуподводный или подводный выброс струи. Величина удельной тяги их мало отличается от удельной тяги гребных винтов. Маневренные каче­ ства буксиров с водометными движителями — высокие.

В зарубежной практике на толкачах малой и средней мощно­ сти все чаще применяют поворотные движительно-рулевые колонки (ДРК). Колонки устанавливают при мощности до 1000 л. с. Винты

80