Отраслевая экономика, все лекции / Лекция 22. Тяговые и скоростные характеристики флота

Лекция 22. Тяговые и скоростные характеристики флота.

1. Понятие о судовых тяговых расчётах.

Тяговые и скоростные характеристики судна определяются взаимодействием в работе корпуса судна, его двигателя, его движителя и руля. Тяговые и скоростные характеристики судна зависят также от характеристик водного пути. Например, скорость движения судна на глубокой воде больше, чем на мелководье. Повышение тяговых и скоростных характеристик судов является важнейшим резервом в увеличении провозной способности флота.

Тяговые и скоростные характеристики судов влияют на расчётную скорость их движения ( норму скорости движения судов относительно воды ).

За норму скорости v принимают пройденное судном расстояние в километрах, метрах за единицу времени ( сутки, час, секунду ).

Расчётную скорость определяют посредством тяговых расчётов. При производстве тяговых расчётов устанавливают зависимость между движущей силой, развиваемой судовой силовой установкой, и силами сопротивления воды движению судов. Это позволяет точнее рассчитывать нормы скоростей движения одиночных судов, толкаемых и буксируемых составов.

2. Движущая сила судна и сопротивление воды движению судов и составов. Основные понятия.

При движении судна в результате взаимодействия движителя с водой возникает сила упора Р_е . Сила упора Р_е представляет собой силу реакции воды на движитель судна. Если разложить силу упора Р_е на две составляющие силы – горизонтальную и вертикальную, то горизонтальная составляющая будет называться движущей силой F_g.

Вертикальная составляющая Q силы упора Р_е для речных судов обычно незначительна и уравновешивается массой судна.

Движущая сила F_g перемещает судно. Размер движущей силы F_g зависит от мощности двигателя судна, конструкции и коэффициента полезного действия движителя судна. Движущая сила судна F_g определяется по данным динамометрических испытаний судов.

Движущая сила F_g , развиваемая судовой силовой установкой, затрачивается на преодоление сопротивления воды движению судна R . У одиночных судов движущая сила F_g преодолевает сопротивление воды движению корпуса судна, а у буксирных судов ( толкачей ) – суммарное движение воды движению буксируемого ( толкаемого) состава, включающего несколько несамоходных судов и буксировщик ( толкач).

Различают три основных режима движения судов : ускоренное - при F_g > R ;

установившееся - при F_g = R; замедленное - при F_g < R. В общем движении хода судов и составов преобладает установившееся движение. Поэтому все тяговые расчёты производят применительно к этому режиму движения ( при F_g = R ).

Суммарное сопротивление воды движению судна или состава разделяют на сопротивление трения, вихревое и волновое сопротивление. Зная движущую силу и сопротивление воды движению судна, можно аналитическим путём определить расчётную скорость установившегося движения судна, что является главной задачей судовых тяговых расчётов.

3. Сила тяги на гаке буксировщика и сила упора толкача.

При движении буксируемого ( толкаемого ) составов, кроме движущей силы F_g и сопротивления воды движению буксира ( толкача ) R , возникают силы сопротивления воды движению буксируемых ( толкаемых ) несамоходных судов

( R₁ , R₂ и т.д.), а также возникает сила тяги на гаке буксировщика F_г (сила упора толкача F_Т ).

Суммарное сопротивление воды R_с движению барж, входящих в состав, определяется по формуле: R_с = k_сч ( R₁ + R₂ + … + R_n ) ,

где k_сч - коэффициент счала ( берётся из табличных данных );

R₁ , R_{2 ,} … R_n - сопротивление воды движению соответственно первого, второго, … , n –го несамоходного судна.

Коэффициент счала k_сч определяет качество счаливания состава и эффективность использования скорости попутного потока воды.

Сила тяги на гаке буксировщика F_г ( сила упора толкача F_т ) совершает полезную работу ( преодолевает сопротивление состава ). Эта сила F_г меньше движущей силы F_g на значение сопротивления воды R движению корпуса буксировщика (толкача ) : F_{г (т)} = F_g - R .

Значение движущей силы F_g с учётом сопротивления воды и суммарному сопротивлению воды движению барж R_с определяется по формуле:

F_g = R + R_с .

4. Расчётная скорость движения судов и составов на спокойной и глубокой воде.

Скорость движения грузового самоходного судна при его разной загрузке, а также скорость движения толкаемого ( буксируемого ) судна рассчитывается на основании данных о сопротивлении воды движению судна, движущей силе и силе упора толкача ( силе тяги на гаке буксировщика ).

Скорость движения одиночного судна определяется по специальной шкале, которая устанавливает зависимость скорости движения судна от величины его загрузки. Для расчёта скорости движения толкаемого ( буксируемого ) судна необходимо:

а) установить силу упора толкача ( силу тяги на гаке буксировщика ) и установить сопротивление воды движению толкаемого ( буксируемого ) состава при различных скоростях движения;

б) построить совмещённый график сил упора толкача ( тяги на гаке буксировщика ) и сопротивления воды движению состава.

Действительное сопротивление воды движению несамоходного судна зависит от его осадки и увеличивается пропорционально квадрату скорости движения этого судна.

Для упрощения графического способа определения скорости движения толкаемого судна введено понятие приведенного сопротивления воды.

Приведенным сопротивление воды r называется действительное сопротивление воды движению судна, приведенное к скорости движения, равной 1 м/с. :

r = R / v² .

Значения приведенного сопротивления r даются в таблице. Суммарное приведенное сопротивление воды движению состав из двух и более несамоходных судов вычисляется с учётом коэффициента счала по формуле:

r _c = k_сч ( r₁ + r₂ + … + r _n )

где k_сч – коэффициент счала для расчётного состава;

r₁, r₂, … , r_n - приведенное сопротивление воды движению соответственно первого, второго, … n-го несамоходного судна расчётного состава.

Приведенной силой упора F_{г пр} ( силой тяги на гаке ) называется действительная сила упора F_г ( сила тяги на гаке) толкача ( буксировщика ), приведенная к скорости движения 1 м/с : F_{г пр} = F_г / v² .

Значения приведенной силы тяги на гаке по основным типам буксирных судов представляют в табличной форме. Скорость движения состава из любого числа барж рассчитывается следующим образом:

1. Находится из таблицы приведенное сопротивление воды движению каждой баржи.

2. Из таблицы подбирается коэффициент счала состава k_сч при буксировке или толкании.

3. Вычисляется приведенное сопротивление воды движению состав r _с .

4. Приравняв приведенное сопротивление воды движению состав к приведенной силе тяги на гаке расчётного буксирного самоходного судна, определяют скорость буксировки этого состава.

Скорость движения состава, движущего при помощи толкания, определяется:

v _т = k_т v_б , где k_т – коэффициент увеличения скорости. V_б - скорость буксировки. ------