Задание к разд. 2 курсовой работы:
Оценить возможности снятия судна с мели.
2.1. Силы, действующие на судно, сидящее на мели
Реакция грунта (сила давления судна на грунт). При посадке на мель уменьшается осадка судна, т.е. происходит как бы потеря его водоизмещения, которая приводит к нарушению равновесия между весом судна и силами поддержания воды.
Величина потерянного водоизмещения ?D определяется по формуле :
????????????????????D = q(Tcp - Tcp)= 200(-0,05-(-0,55) = 200*0,6 = 120
где q - число тонн на 1 м осадки (определяется по грузовой шкале с учетом плотности воды), по условию задания = 20т на 1см = 200т на 1метр осадки.
q = 200т ???
Средняя осадка до посадки на мель рассчитывается по формуле
Тср = (Тн + Тк)/2 = (7,75 - 7,85)/2 = -0,05
где Тн, Тк - соответственно осадки носом и кормой до посадки на мель.
Средняя осадка после посадки на мель рассчитывается по формуле.
Т'ср = (Т'н + Т'к)/2 = (7,10 - 8,20)/2 = -0,55
где Т'н, Т'к - осадки носом и кормой, снятые после посадки на мель.
Реакция грунта R, кН, рассчитывается по формуле
R=g*?D R = ???*120 =
где g - ускорение свободного падения.
При повреждении корпуса и поступлении воды внутрь судна сила реакции грунта увеличивается на величину веса влившейся воды.
Сила присасывания грунта - прилипание к корпусу частиц грунта, создающих тем больший эффект присасывания, чем большей вязкостью обладает грунт. Наибольшее присасывание наблюдается у вязкой глины.
Сила ударов волн при длительном воздействии приводит к разрушению корпуса. При снятии с мели, как правило, оказывает положительное влияние, раскачивая корпус и тем самым уменьшая силу присасывания и силу трения корпуса о грунт.
Сила давления ветра в зависимости от направления ветра увеличивает или уменьшает тяговое усилие, необходимое для снятия судна с мели.
2.2. Снятие с мели работой машины на задний ход
Прежде всего необходимо определить:
* стягивающее усилие F, необходимое для снятия с мели,
F = fR, F = 0.5*???
где f - коэффициент трения корпуса о грунт (зависит от характера грунта и выбирается из специальной литературы). Если характер грунта неизвестен, то f принимается равным 0,5;
* силу тяги винта на задний ход Рзх (из паспортной диаграммы тяги или расчетными методами).
Если стягивающее усилие соизмеримо с силой тяги винта, то снятие с мели возможно при работе машины на задний ход. В противном случае необходимо использовать один из методов уменьшения силы реакции грунта: дифферентование, кренование, частичную разгрузку.
2.3. Снятие с мели дифферентованием
Дифферентование используется при посадке судна на отдельную банку небольших размеров, когда место касания грунта расположено в оконечно-стях судна, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин. Наиболее простым способом изменения дифферента является перекачка бал-ласта или топлива из района посадки в противоположную оконечность.
Первоначально определяется величина потери осадки АБ в месте соприкосновения с грунтом (рис. 2.1):
Рис. 2.1. Схема посадки судна на мель
АБ = ?Тк+(?Тн - ?Тк)(1/2 +xa/L)
где ?Тн = Тн -Тн1; ?Тк = ТК -Tк1;
ха - абсцисса внешней кромки банки; = ???
L -- длина судна между перпендикулярами;
Тн,Тн1 -- осадка носом до и после посадки на мель;
Тк,Т к1 -- осадка кормой до и после посадки на мель.
У судна, находящегося на плаву с осадкой Тн и Тк в результате продольного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого расположен в точке с абсциссой x1, в точку с абсциссой x2 изменения осадок носом ?Т'н и кормой ?Т'к составят:
?Т'н = P(x2 - x1)L/2DH; ?Т'к = P(x2 - x1)L/2DH
где D - водоизмещение при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель;
Н - продольная метацентрическая высота;
L - длина судна между перпендикулярами.
Далее с учетом полученных значений ?Т'н и ?Т'к определяется величина уменьшения осадки в месте касания грунта аб (рис. 2.2),
аб = ?Т'к + (?Т'н - ?Т'к)(1/2 + xa/L)
Рис. 2.2, Схема изменения посадки судна при дифферентовке
Если аб > АБ, то судно после дифферентовки оказывается на плаву. В противном случае уменьшается значение силы реакции грунта. Новое значение силы реакции грунта после дифферентовки Rt можно примерно оценить по следующей формуле:
Rд - R (АБ - аб)/АБ
При приемке или снятии груза на судне, находящемся на плаву, для расчета изменения осадок носом и кормой используются следующие формулы:
?Тн =+P(xL/DH+1/q); ?Тк =-P(xL/DH-1/q),
где х - абсцисса центра тяжести груза.
При снятии груза его масса Р вводится со знаком (+), а водоизмещение судна уменьшается на величину снятого груза и, наоборот, при приеме груза его масса вводится со знаком (-), а водоизмещение судна увеличивается на величину принятого груза.
2.4. Снятие с мели кренованнем
Кренование применяется, когда судно село на мель одним бортом, а со стороны другого борта имеются достаточные глубины. Креновать судно можно перекачкой топлива, балласта или перемещением груза с борта, находящегося, на мели, на другой борт до тех пор, пока главная палуба не войдет в воду.
В результате поперечного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого располагается в точке с ординатой Y1, в точку с ординатой Y2 изме-нения осадок бортов при креновании ?Т'кp составят:
???????????????????????????????????Т'кp = +/- (P(y2 - y1)B)/2Dh
где D - водоюмещениа при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель;
h - поперечная метацентрическая высота;
В - ширина судна.
Величина???Т'кp будет отрицательной для борта, находящегося на мели, и положительной - для борта, находящегося на плаву.
Дальнейшие действия аналогичны дифферентовке судна.
2.5. Снятие с мели с использованием частичной разгрузки
Частичная разгрузка судна применяется при посадке на мель всем корпусом, а также в случае, когда дифферентовка и кренование судна не дают положительных результатов. Разгрузка является наиболее эффективной, а иногда и единственной мерой самостоятельного снятия судна с мели и чаще всего связана с потерей части груза. Поэтому, принимая решение о частичной разгрузке, необходимо учитывать, насколько велика опасность гибели судна, если на получение помощи в ближайшее время нельзя рассчитывать.
При частичной разгрузке определяется масса груза Р, подлежащего выгрузке, с тем чтобы судно могло самостоятельно сняться с мели работой машины на задний ход:
P = (F - Pзх)/fg; Рзх = 0,5Рпх
Порядок расчета Рпх = Рео дан в разд. 1 "Буксировка судов морем".
Рис. 2.3. Каргоплан судна
Абсцисса и ордината центра тяжести снимаемого груза должны совпадать или находиться близко к абсциссе ХR и ординате YR равнодействующей силы реакции грунта:
XR = DH/?DL(?Tн - ?Tk); yR = Dh/?D * sin?кр.
При снятии грузов, расположенных в различных местах (рис. 2.3), координаты их общего центра тяжести определяются из выражений:
X = (p1x1+ p2х2+... + pпхп)/(р1+ p2+... + рп);
Y = (p1y1+ p2y2+... + pпyп)/(р1+ p2+... + рп)
где р1,р2,…рn --массы отдельных грузов;
xn,yn --их координаты.
Примечание. При проведении перечисленных операций необходимо осуществлять контроль за изменением метацентрической высоты.
При снятии с судна водоизмещением D и осадкой Тср груза массой Рсн с точки (Хсн, Zсн) величина поперечной метацентрической высоты h1 определится следующим образом:
h1 = h - Рсн/(D - Рсн)(Тср - ?Tср/2 - h - Zсн)
где h - начальная метацентрическая высота, м.
Изменение средней осадки вычисляется по формуле
?Тср = Рсн/q
2.6. Использование якорного устройства при снятии с мели
Для создания дополнительного стягивающего усилия и уменьшения давления корпуса на грунт при посадке на мель носовой оконечностью судна можно использовать якорное устройство. Становые якоря при помощи грузовых стрел или кранов заводятся как можно дальше в корму. Во время снятия с мели сила тяги брашпиля дополняет силу тяги винта на задний ход. Завозка на шлюпках стоп-анкеров и верпов, особенно на современных крупнотоннажных судах, обычно не дает положительных результатов.
2.7. Снятие с мели с помощью других судов
Буксировка наиболее часто используется для снятия судна с мели с посторонней помощью. Рассчитывается необходимое стягивающее усилие и если оно соизмеримо с суммарной силой тяги винтов судов-спасателей, то снятие с мели возможно буксировкой. По возможности машина аварийного судна должна работать на задний ход: при этом кроме создания дополнительного стягивающего усилия, из-за вибрации уменьшается присасывание корпуса к грунту и уменьшается коэффициент трения корпуса о грунт.
Типичная схема буксировки при стягивании судна с мели приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Схема расположения спасателей при снятии судна с мели
При такой расстановке (см. рис. 2.4) стягивающее усилие F определяется по формуле:
F = (P1 + Pя1) + (Р2 + Ря2)cos?2 + (Р3 + Ря3)cos?3 + Рзх
где Р1, Р2, Р3, Рзх - силы тяги винтов судов;
Ря1, Ря2, Ря3 - силы тяги, создаваемые якорными устройствами судов-спасателей.
2.8. Якорное снабжение морских судов
Масса каждого станового якоря Q, кг, должна быть не менее
Q = kNc,
где к - коэффициент, равный 3,0; 2,75; 2,50 и 2,00,соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и ІІІ.
Суммарная длина обеих цепей l2, м, для становых якорей определяется
в виде
l2 =v 87r 4 Nc
где r - коэффициент, равный 1,00; 0,88; 0,76 и 0,64,соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III.
Полученное по формуле значение длины цепи должно быть округлено до ближайшего целого числа смычек и равно не менее 200 м для судов неограниченного района плавания.
Калибр цепей, мм,
d =v st Nc
где s - коэффициент, равный 1,00; 0,94; 0,88 и 0,82, соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III;
t - коэффициент, равный 1,75; 1,55; 1,35,соответственно для цепей обыкновенной, повышенной и особой прочности.
2.9. Снятие с мели буксировкой рывками
Буксировка рывками используется в случае, когда стягивающее усилие недостаточно для снятия аварийного судна с мели. При рывке возникают силы инерции, которые могут многократно превысить разрывную прочность буксирного троса. Чтобы этого не произошло, необходимо рассчитать допустимую скорость буксировщика к моменту начала рывка.
Во время разгона до скорости V буксировщик водоизмещением D накапливает кинетическую энергию:
Ek = DV2/2
которая переходит в потенциальную энергию упругой деформации буксирного троса Еп:
Еп = lтР2раз/8d2?
где lт - длина буксирного троса,
Рpаз - разрывное усилие троса;
d- диаметр троса;
? - упругость троса (? - 37 кН/мм2 ).
Приравнивая Ек и Еп находим допустимую скорость буксировщика, при которой усилия в буксирном тросе не превышают половины его разрывного усилия:
V = vРраз/2 lт/Dd2?
2.10. Снятие с мели устройством каналов и размывом грунта
Устройство каналов с размывом грунта используется на мягких грунтах, когда другие способы снятия судна с мели не дали положительных результатов.
Обычно для размыва грунта используются специалюированные /суда-спасатели, буксиры, ледоколы. Поскольку эффективность размыва находится в прямой зависимости от уклона гребного вала, на судне-спасателе создается максимально возможный дифферент на корму. Далее спасатель становится на якоря на безопасной глубине и заводит на аварийное судно стальные; швартовы. После обтягивания якорных цепей и швартовых он/дает ход, постепенно увеличивая обороты. Направление размыва грунта и ширина канала определяются перекладками руля и разворотами судна-спасателя с помощью якорей и швартовых. Во время работы промерами периодически контролируются глубины и ведется наблюдение за струей от винтов. Отсутствие в струе частиц грунта свидетельствует о том, что размыв на данном участке закончен.
Примечание. Необходимо отметить, что все перечисленные способы снятия судна с мели в сложных случаях посадки используются комплексно. Например, производят дифферентовку и частичную разгрузку судна, затем для увеличения стягивающего усилия заводят якоря. Буксировке судна для снятия с мели другими судами или спасателями обычно предшествуют все перечисленные ранее способы уменьшения силы реакции грунта, и в самых неблагоприятных случаях производится образование канала размывом грунта, если в направлении стягивания имеются недостаточные глубины. При наличии водотечности корпуса до начала работ по снятию с мели производится заделка пробоин и откачка воды из затопленных отсеков.
3. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ ПАЛУБНЫХ ГРУЗОВ
Таблица 3.1
Исходные данные для расчетов крепления палубных грузов | ||||
Исходные данные | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | |
Перевозится тяжеловес (ящик прямоугольной формы) весом 30 тонн, размером 5 * 2 * 3 м (длина,высота, ширина), установленный на палубе вдоль судна между комингсом люка и фальшбортом | ||||
Максимальный угол крена, ° | 30 | 35 | 35 | |
Максимальный угол дифферента, ° | 8 | 9 | 10 | |
Период бортовой качки, с | 20 | 18 | . 15 | |
Период килевой качки, с | 25 | 30 | 20 | |
Высота волны, м | 5 | 6 | 4 | |
Координаты центра тяжести груза, м: X Y Z | 15 7 12 | 25 7 10 | 30 8 11 | |
Допустимая нагруз-ка на палубу, кН/м2 | 45 | 45 | 45 |
Примечание. Номер варианта аналогичен номеру буксирующего судна.
Задания к разд. 3 курсовой работы:
1. Подобрать найтовы для крепления груза.
2. Проверить, является ли достаточной прочность палубы при перевозке груза во время качки.
Расчет крепления палубного груза выполняется в соответствии с рекомен-дациями ИМО
В приложении ИМО Кодекса безопасной практики размещения и крепления груза - «Методы оценки эффективности устройств крепления нестандартных грузов» - определен следующий порядок расчета сил, действующих на груз.
1. Расчет внешних сил, действующих на груз в продольном, поперечном и вертикальном направлениях, выполняется по формуле
F(x,y,z) = ma(x,y,z) + Fw(x,y) + Fs(x,y),
где F(x,y,z) - продольные, поперечные и вертикальные силы;
m - масса груза;
a(x,y,z) - продольное, поперечное и вертикальное ускорение (табл. 3.2);
Fw(x,y) - продольная и поперечная сила ветрового давления Рвет, кН,
Рвет = 1,5Sп
где Sn - площадь парусности груза (соответственно поперечная и продольная).
Fs(x,y) - продольная и поперечная сила удара волн.
2. Расчет силы ударов волн при заливании грузов,
F(x,y) = pS(x,y)
где S(x, у) - площадь заливания поверхности, перпендикулярная соответственно осям X, Y;
p = 7,4 кН - при высоте заливания 0,6м;
p = 19,6 кН - при высоте заливания 1,2м.
Если высота заливания находится в пределах от 0,6 до 1,2м, то величина p определяется методом линейной интерполяции.
Таблица3.2
Приведенные величины поперечных ускорений включают составляющие сил тяжести, килевой качки и подъёма судна на волне параллельно палубе. Приведенные величины вертикальных ускорений не включают составляю-щую статического веса.
Основные данные ускорений рассматриваются применительно к следующим условиям эксплуатации:
- неограниченный район плавания;
- любое время года;
- длина судна L = 100м;
- эксплуатационная скорость 15 уз;
- отношение B/GM > 13 (В - ширина судна, GM- метацентричес-кая высота).
Для судов, длина которых отличается от 100 м, а скорость - от 15 уз, величины ускорений корректируются коэффициентом, приведенным в табл. 3.3
Таблица 3.3 Коэффициент корректуры ускорений в зависимости от длины и скорости судна
Скорость, УЗ | Длина, м | |||||||||||
50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 | 200 | ||
9 | 1,20 | 1,09 | 1,00 | 0,92 | 0,85 | 0,79 | 0,70 | 0,63 | 0,57 | 0,53 | 0,49 | |
15 | 1,49 | 1,36 | 1,24 | 1,15 | 1,07 | 1,00 | 0,89 | 0,80 | 0,73 | 0,68 | 0,63 | |
18 | 1,64 | 1,49 | 1,37 | 1,27 | 1,18 | 1,10 | 0,98 | 0,89 | 0,82 | 0,76 | 0,71 | |
21 | 1,78 | 1,62 | 1,49 | 1,38 | 1,29 | 1,21 | 1,08 | 0,98 | 0,90 | 0,83 | 0,78 | |
24 | 1,93 | 1,76 | 1,62 | 1,50 | 1,40 | 1,31 | 1,17 | 1,07 | 0,98 | 0,91 | 0,85 |
Дополнительно для судов, у которых соотношение B/GM < 13, величины поперечных ускорений исправляются коэффициентом, приведенным в табл. 3.4.
Таблица 3.4 Коэффиииент короеютюы при B/GM<13
B/GM | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 и более | |
Верх палубы | 1,56 | 1,40 | 1,27 | 1,19 | 1,11 | 1,05 | 1,00 | |
Низ палубы | 1,42 | 1,30 | 1,21 | 1,14 | 1,09 | 1,04 | 1,00 | |
Твиндек | 1,26 | 1,19 | .1,14 | 1,09 | 1,06 | 1,03 | 1,00 | |
Трюм | 1,15 | 1,12 | 1,09 | 1,06 | 1,04 | 1,02 | 1,00 |
3.1. Усилия, возникающие в найтовы при бортовой качке(Fн)
Под действием опрокидывающих моментов, приведенных на рис. 3.1, составим уравнение моментов относительно точки N
Fн cos?*hк + Fн sin ?* b + Pzb/ 2 = Pyhg +P'yha + P"y hз,
откуда находим
Fн = (Pyhg + P'yhn + P"y hз - 0,5 Pzb)/(bsin? + hkcos?)
Рис. 3.1. Схема действия сил на палубный груз:
hk - расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;
b - ширина ящика;
hg - расстояние по вертикали от, палубы до середины ящика;
hn - половина высоты площади парусности;
h3 - половина высоты заливания.
Условно можно принять, что hn = h3 = hg равно половине высоты ящика.
Ру- силы инерции и тяжести по оси Y (Pу=m*а(у));
Рх - силы инерции и тяжести по оси Z (Pz=m*a(z));
Р'у - поперечная сила ветрового давления (Fw(y));
P"у - поперечная сила удара волн (Fs(y)).
Под действием сил, смещающих груз, составляем уравнения сил:
Fy = Ру + Р'у + P"у (1) Рz + Fн sin ??= N; (3)
Fy= Fн cos? + Fmp (2) Fmp = fN, (4)
где N - реакция опоры (палубы);
f - коэффициент трения-скольжения. Подставляя значения в уравнения (2) - (4), получим:
Fy = Fн cos ? + fPz + fFн sin ?.
Принимая коэффициент f равным 0,15 (сталь - сталь); 0,5 (сталь -дерево), находим:
Fн = (Fy - fPz)/(cos? + fsin?)
Из полученных значений Fн выбирается большее, которое и принимается за усилие, возникающее в найтовых при бортовой качке.
3.2. Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке
Учитывая небольшую по сравнению с бортовой амплитуду килевой качки, уравнения опрокидывающих моментовй можно не составлять. Необходимо составить только уравнения сил, смещающих груз аналогично бортовой качке, откуда определяется усилие, возникающее в найтовых:
Fн1 = (Fx - fPz)/cos? + fsin?)
где ? - угол между продольным найтовым и палубой.
3.3. Расчет крепления груза
Поперечные и продольные найтовы для крепления груза выбираются в соответствии с ГОСТ 7679-69 по разрывному усилию Fpаз которое
определяется по формуле:
Fpаз = Fнk
где k - коэффициент запаса прочности (для крепления палубного груза k = 3; для крепления груза в трюмах k = 2,5).
Если для крепления используется несколько найтовых n, то они выбираются по формуле:
Fpаз = Fнk/n
Дополнительная нагрузка на палубу при обтяжке найтовых принимается равной 10 -12% от суммарного разрывного усилия всех найтовых.
Страницы: 1, 2