4 курс 1 семестр (7-й семестр) / Литература / Конспект лекций по УС

получим, что изменение количества движения буксировщика при рывке равно импульсу действующей на него силы, т.е.

Предположим, что скорость буксировщика в конце рывка равна нулю, а сила реакции полностью ушла на упругое растяжение буксирного троса, тогда формула (3.20) примет следующий вид

Для нахождения пути буксировщика за время рывка t представим ускорение в дифференциальном уравнении (3.18) следующим образом

Умножим обе части уравнения (3.22) на dS , получим выражение теоремы об изменении кинетической энергии в дифференциальной форме

42

Скорость перед рывком можно определить из графиков разгона буксировщика на передний ход, а также из аналитических зависимостей V f t или V f S , если пренебречь весом буксирного троса в воде при его спрямлении.

Как видно из формул (3.21; 3.24), для того, чтобы уменьшить силу рывка необходимо либо уменьшить скорость перед рывком, либо увеличить время или путь самого рывка и наоборот. Именно в этом заключается задача определения дозирования рывка, обусловленная разрывной прочностью буксирного троса.

Продолжительность и длина пути рывка будут зависеть от величины упругого растяжения стального или синтетического буксирного троса. Стальной трос растягивается не более чем на 2-3%. Синтетический трос может растягиваться до 30%. Для «смягчения» рывка, т.е. увеличения его продолжительности, часто используют в буксирной линии синтетическую вставку. Разрывная прочность такой синтетической вставки должна быть в 1,5 раза больше разрывной прочности стального буксирного троса.

Примем величину относительного растяжения стального буксирного троса, равной 2%. При скорости 2 м/с проходимый путь после рывка в метрах и длительность рывка в секундах будут численно равны. Рассмотрим пример.

Пример 1. Буксир Руп (Япония) водоизмещением 195 т имеет тяговое усилие на гаке 240 кН и стальной буксирный трос диаметром 44,5 мм, разрывная прочность которого равна 600 кН. Капитан буксировщика планирует произвести рывок со скорости 2 м/с для снятия другого судна с мели. Длина буксирного троса равна 50 м, относительное удлинение троса равно 2%, тогда упругое удлинение будет составлять 1 м. Продолжительность рывка t = 1 c.

По формуле (3.24), получим

При других значениях Vn такого соотношения у Fs и Ft не будет.

43

Вданном примере сила рывка меньше разрывной прочности буксирного троса и дозированный рывок при скорости 2 м/с будет вполне безопасным.

Пример 2. Буксир спасатель Велфорд (Япония). Водоизмещение судна, D= 3043 т. Тяговое усилие на гаке 1232 кН. Диаметр стального буксирного троса 63,5 мм, его разрывная прочность - 1570 кН.

Вданном примере буксир спасатель не должен использовать рывок, поскольку тяговое усилие на гаке соответствует разрывной прочности буксирного троса.

Вопросы для самоконтроля

1.Действия экипажа при возникновении опасности посадки судна на мель.

2.Расчет силы взаимодействия судна на грунт и потерянного водоизмещения.

3.Определение массы забортной воды, поступившей внутрь корпуса. Коэффициент проницаемости отсеков и коэффициент полноты отсека.

4.Определение тягового усилия, необходимого для снятия судна с мели.

5.Определение тягового усилия, создаваемого главным двигателем.

6.Определение дополнительного тягового усилия при завозке якоря.

7.Определение массы груза, необходимой для выгрузки с судна на мели.

8.Перемещение груза или балласта для уменьшения давления на грунт.

9.Способы снятия судна с мели.

10.Самостоятельное снятие судна с мели.

11.Снятие с мели с помощью другого судна.

12.Снятие судна с мели методом дозированного рывка.

44

РАЗДЕЛ 4.

УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ В УЗКОСТИ, НА МЕЛКОВОДЬЕ И В КАНАЛЕ

4.1.Характеристики узкости, мелководья и канала

Сточки зрения управления судном понятие «узкость» определяется соотношением между маневренными характеристиками судна (с учетом его размеров) и шириной водного пространства, в пределах которого судно может безопасно следовать.

Сточки зрения ширины, акватории делят на открытые и каналы. Открытые акватории делят на глубокие, мелководные и углубленные морские пути. Открытой и глубокой называется такая акватория, на которой дно и берега не оказывают влияния на маневренные качества судна. Ширина открытой акватории определяется диаметром циркуляции. Принято, что для выполнения самостоятельной циркуляции при отсутствии ветра и течения необходимы следующие размеры акватории: b>8L, где b-ширина акватории, м; L-длина судна, м. Эта зависимость действительна для всех плавсредств.

Судоходный канал – искусственно созданный водный путь, оснащенный современными средствами навигационного оборудования, обеспечивающими безопасность плавания судов.

4.2.Влияние мелководья на скорость и другие маневренные характеристики судна

На мелководье резко ухудшается эксплуатационная устойчивость на курсе, повышается рыскливость; заметно ухудшается поворотливость судов; резко уменьшаются углы дрейфа, угловая скорость поворота и, соответственно, увеличивается радиус установившейся циркуляции. Исследования А.Д. Гофмана показали, что ухудшение поворотливости на мелководье носит закономерный характер. Для определения радиуса установившейся циркуляции на мелководье, RМ им получена следующая зависимость

где Rглуб .в – радиус установившейся циркуляции на глубокой воде, м. d / H - отношение осадки к глубине акватории.

Для расчета выдвига циркуляции на мелководье, l можно применить зависимость

45

Ll 2,38 0,36 DLT ,

где L – длина судна, м.

DT - тактический диаметр циркуляции, м.

Влияние мелководья начинает проявляться при глубине (в метрах), определяемой по формуле Павленко

H 4T 3v 2 , g

где Т – средняя осадка неподвижного судна, м; v – скорость судна, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

Наиболее ощутимо мелководье сказывается при отношении Н/Т < 2. Поэтому плавание на таких глубинах осуществляют с повышенной осторожностью. Особенно тщательно следует учитывать проседание судна во время движения с большой скоростью, а также увеличение осадки при крене и качке на волнении. Рекомендации о сохранении запаса глубины под килем при мягких грунтах не менее 0,3 м, при плотных – не менее 0,4 м могут быть приемлемы только на хорошо обследованных подходных каналах и фарватерах, а также при условии, что скорость будет уменьшена, а маневрирование для расхождении с другими судами сведено к минимуму.

Степень влияния мелководья зависит от скорости судна, v , выраженной в виде числа Фруда по глубине:

FrH v

gH

При Fr < 0,3 влияние мелководья несущественно при любых значениях Н/Т. Однако трудности, связанные с управлением судна на таких малых скоростях, не всегда позволяют двигаться на мелководье, не превышая при этом значения числа Фруда = 0,3.

Волнообразование, изменение посадки и другие явления на мелководье резко возрастают при числе Фруда > 0,8. Они достигают максимальных значений при Fr = 1, т.е. при наступлении «критической скорости»

Vкр = gH

46

Угол раствора волн, образуемых при движении судна, постепенно увеличивается и с наступлением критической скорости образует с ДП судна прямой угол.

Обычно водоизмещающие суда эксплуатируют в докритической зоне. Попытки увеличить скорость за счет небольшого резерва мощности ГД положительного эффекта не дадут и приведут лишь к избыточному расходу топлива, увеличению проседания и ухудшению устойчивости на курсе.

Потерю скорости (в %) на мелководье, при плавании в зоне докритических скоростей, можно рассчитать по эмпирической формуле

где H – глубина, м;

T – средняя осадка, м;

g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

Значение V должно получиться со знаком минус, если же будет плюс, то потерю скорости следует считать равной нулю.

Пример. H =16; T =8; V =10 м/с.

V = 4,4 х 2 - 27 = -18,3%

Как уже отмечалось, радиус циркуляции судна с уменьшением глубины возрастает и при отношении Н/Т = 1,5 примерно на 30% больше, чем на глубокой воде.

Тормозные пути на мелководье увеличиваются. Этому способствует ухудшение пропульсивных качеств гребного винта при работе на задний ход в условиях мелководья.

4.3. Расчѐт проседания судна при плавании на мелководье

Уменьшение давления воды на мелководье под днищем вызывает проседание судна, что в свою очередь создает угрозу касания грунта и деформацию обшивки корпуса.

Определять величину проседания судов при плавании на мелководье с достаточной для практики точностью позволяет универсальный метод Рѐмиша. Он учитывает основные параметры судна и может быть применен для судов различных типов и размеров.

Увеличение осадки судна на мелководье (в метрах) отдельно для носа и кормы рассчитывается по формуле

47

T 0,55CvC (H / T 0,4) 2 (H T ),

где H – глубина воды, м;

T – осадка (носа или кормы), м;

Cv – коэффициент, зависящий от скорости хода судна; С - коэффициент, зависящий от формы корпуса.

Коэффициент Cv рассчитывается по формуле

где v - скорость судна, м/с;

vкр – критическая скорость на мелководье, м/с, определяется в данном методе из выражения

Коэффициент С отдельно для носа и кормы определяется из следующих выражений

При C н > 1 проседание носа больше проседания кормы. У судов с

полными обводами и малым отношением L/В (например, у танкеров) больше проседает нос, а у судов с острыми формами больше проседает корма.

Пример. Исходные данные судна «А»: L = 156 м; В = 21,8 м, Тср = 9,7

м, коэффициент общей полноты = 0,653, Н = 15 м, V = 10 уз = 5,2 м/с. Расчитать проседание судна носом и кормой.

Вычисляем критическую скорость

48

Определяем увеличение средней осадки носом и кормой

Тн 9,7 0,6 10,3м

Тк 9,7 0,7 10,4м .

Таким образом, в данном случае средняя осадка судна увеличиться более чем на 0,5 метра.

Вопросы для самоконтроля

1.Понятие узкости и мелководья.

2.Радиус циркуляции и выдвиг судна на мелководье.

3.Глубина, при которой начинается влияние мелководья на судно.

4.Степень влияние мелководья в зависимости от числа Фруда.

5.Критическая скорость на мелководье и момент ее наступления.

6.Потеря скорости на мелководье и ее определение.

7.Проседание судна на мелководье. Универсальный метод расчета проседания судна на мелководье.

49

РАЗДЕЛ 5.

БУКСИРОВОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ

5.1. Основные требования к буксировке

Буксировка несамоходных судов, плавучих объектов малого (до 1000 т) и среднего (5000 – 10 000 т) тоннажа может выполняться одним буксировщиком мощностью соответственно 2000 – 3000 л.с. и 5000 л.с. на одном буксирном тросе длиной 500 и 700 , диаметром от 41 до 52 мм.

Крупнотоннажные суда, плавучие доки, буровые платформы и другие сооружения буксируют транспортными судами или буксирами-спасателями мощностью 9 000 – 12 000 л.с. и более на одном либо двух буксирных тросах диаметром 66 мм, длиной 1000 – 1500 м и более. Для обслуживания буксируемого объекта, экспедиции в целом, маневрирования в портах захода и в узкостях в состав экспедиции включают один – два вспомогательных буксира мощностью

2000 – 5000 л.с.

Для обеспечения безопасности перегона крупных плавучих объектов необходимо выполнить следующие основные требования:

1.Разрывное усилие стального буксирного троса должно быть не менее большего из значений натяжения троса на тихой воде или натяжения троса на предельно допустимом волнении.

2.Длина стального буксирного троса выбирается в зависимости от волнения:

3.При буксировке плавучего дока на двух параллельных буксирных тросах разрывное усилие каждого из них должно быть не менее 0,55 разрывного усилия, указанного в пункте 1. Длина каждого из двух тросов принимается равной длине одного троса.

4.Длина одного буксирного троса, выбранного, как сказано в пункте 2, может быть уменьшена до 350 м, если применяется вставка из синтетического троса. При этом суммарное разрывное усилие вставки должно составлять не менее 1,4 разрывного усилия стального буксирного троса, длина вставки должна быть не менее следующих значений:

50