2 СОДЕРЖАНИЕ с ВВЕДЕНИЕ 3 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 5 2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7 2.1. Расчёт посадки судна 7 2.2. Определение метацентрической высоты 10 2.3. Построение диаграммы статической остойчивости 11 2.4. Определение периода бортовой качки 12 2.5. Общие требования к остойчивости неповреждённого судна 12 2.6. Проверка остойчивости по критерию погоды 13 2.7. Требования к остойчивости повреждённого судна 16 2.8. Особенности расчёта остойчивости при 19 перевозке зерна навалом 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 24 3.1. Отход из порта Нойштадт (Германия) 24 3.2. Приход в порт Скиен (Норвегия) 28 3.3. Аварийная остойчивость 31 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34 3 ВВЕДЕНИЕ Грузовые планы бывают предварительными и исполнительными. Предварительный грузовой план составляется чаще всего до прихода в порт погрузки сразу после получения очередного рейсового задания с целью определить примерное количество и порядок размещения груза. При этом могут потребоваться следующие разновидности расчётов: Когда известны вид (виды) и точное количество груза, предназначенного к перевозке, причём это количество меньше или равно грузоподъёмности судна и (или) грузовместимости его трюмов. Требуется разместить этот груз (грузы) таким образом, чтобы обеспечить остойчивость, прочность корпуса и нужную посадку судна, а также удобство сепарации и крепления груза. В некоторых случаях требуется обеспечить сегрегацию (разделение) некоторых грузов (например, опасных или таких, которые при содержании в одном грузовом помещении могут повредить друг друга). Может также потребоваться выполнить некие особые требования (например, на контейнеровозе - поставить рефрижераторные контейнеры в такое место, где их можно подключить к электрическим розеткам и обеспечить контроль за температурой внутри контейнера). Когда известен только вид (виды) груза и требуется определить его максимальное количество, которое судно может принять при погрузке на заданную осадку (летнюю, зимнюю или другую, обусловленную глубинами на маршруте предстоящего перехода) при данных запасах (погрузка на максимальную грузоподъёмность в данных условиях). Разновидностью данного случая является погрузка на максимальную грузовместимость при погрузке «лёгкого» груза, обладающего большим удельным погрузочным объёмом, когда требуется определить максимально возможное количество (вес) груза, исходя из кубатуры грузовых помещений, а также – требований к остойчивости судна. Такая задача часто встречается, при перевозке, например, зерна навалом или лесных грузов. При составлении предварительного 4 грузового плана обязательно производятся расчёты посадки и остойчивости судна (а иногда – и прочности его корпуса). Предварительный грузовой план и соответствующие расчёты по нему могут быть выполнены в нескольких вариантах. Исполнительный грузовой план является окончательным и составляется после прихода судна в порт непосредственно перед погрузкой или уже в ходе неё. Чаще всего он составляется после совещания с представителями компании, производящей погрузку или представителями грузоотправителя, после уточнения всех данных по грузу (удельный погрузочный объём, размеры грузовых мест, особые требования к укладке и т.д.) и согласования методики укладки, сепарации и крепления груза. В этом случае выполняются расчёты посадки и остойчивости судна, а иногда (например, при перевозке стали в рулонах) – прочности корпуса судна с учётом окончательного варианта размещения груза. Грузовой план с результатами этих расчётов иногда предъявляется портнадзору в порту погрузки и служит одним из документов, необходимых для получения разрешения на отход судна в рейс. Чаще всего он требуется портнадзором при наличии на борту навалочного зернового или палубного груза. 5 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Теплоход «Исартал». Рейс: Нойштадт (Германия) – Скиен (Норвегия). Продолжительность перехода – 1 сутки. Расход топлива – 6 кубометров в сутки. Расход пресной воды – 1 тонна в сутки. Груз – ячмень навалом. Stowage factor 38 кубических футов на тонну. Топливо на борту: 30 кубометров в танке №8, и 40 кубометров в танке № 9. Плотность топлива: 0,85 т/кубометр. Пресная вода на борту: 30 тонн, распределённых в двух танках № 7 поровну. В процессе курсовой работы выполнить: Составить грузовой план, загрузив максимальное количество груза на лимитирующую осадку в 4,9 метра на выходе из порта погрузки. Плотность воды в порту погрузки – 1,005 тонны на кубометр. При необходимости – рассчитать места установки зерновых поперечных переборок. При необходимости – взять балласт для обеспечения остойчивости. Определить осадки на носовой и кормовой марках углублений на момент выхода из порта погрузки. обеспечены Построить диаграммы статической остойчивости. Проверить, ли требования «Международного зернового кодекса» к остойчивости судна в данном состоянии загрузки на моменты выхода из Нойштадта и прихода в Скиен. В том числе проверить остойчивость по основному критерию Определить период бортовой качки судна. Определить статически и динамически приложенные опрокидывающие моменты и соответствующие углы опрокидывания. Определить осадки на носовой и кормовой марках углублений на момент прихода в порт назначения в воде с плотностью 1,010 тонны на кубометр. Рассчитать аварийную остойчивость и посадку судна (повреждение обшивки корпуса судна в районе танков: форпик, диптанк и 3 днищевой 6 правого борта). Проверить, обеспечены ли требования Регистра в части аварийной остойчивости и посадки при данном повреждении корпуса судна. 7 2. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1. Расчёт посадки судна Посадкой судна называется его положение в воде, определяемое средней осадкой, осадками носом и кормой, осадками по правому и левому бортам или углами крена и дифферента. На практике чаще всего говорят об угле крена, а когда речь идёт о дифференте - об осадках носом и кормой, так как угол дифферента обычно невелик – в пределах нескольких градусов. При расчёте посадки судна помимо закона Архимеда, определяющего среднюю осадку, применимы следующие основные положения, определяющие крен и дифферент: 1. Та или иная посадка обеспечивается равенством кренящего и дифферентующего моментов соответствующим восстанавливающим моментам. 2. Колебания судна в продольном (дифферент) и поперечном (крен) направлениях (при «малых» углах крена) происходят относительно центра тяжести действующей ватерлинии. Рис.1. Определение осадок судна носом и кормой с применением документации судна иностранной постройки 8 Исходя из этих двух положений, выведены формулы, служащие для определения осадок судна правым и левым бортами, а также носом и кормой при данной загрузке. Порядок действий при определении осадок носом и кормой для судна иностранной постройки следующий: Определяется весовое водоизмещение судна, как сумма масс самого судна, находящегося на нём груза, запасов, балласта и т.д. По грузовой шкале определяется средняя осадка судна Dср . в воде соответствующей плотности. Как видно из рис. 1, дифферентующий момент создаётся парой сил, воздействующих на судно: равнодействующей сил тяжести и равнодействующей сил плавучести. Обе эти силы равны по величине весовому водоизмещению судна. Плечо дифферентующего момента равно l диф . LCB LCG (1) где LCB – отстояние центра величины от кормового перпендикуляра (longitudinal centre of buoyancy). Находится из таблицы гидростатических элементов судна по средней осадке. LCG – отстояние центра тяжести судна с грузом, запасами, балластом и т.д. от кормового перпендикуляра (longitudinal centre of gravity).Находится по формуле: LCG x g п xп m г x г m з x з mб xб п m г m з mб (2) Здесь mг - массы всех грузов, находящихся на судне; mз - массы всех видов запасов (в основном – топливо и пресная вода), находящихся на судне; mб - массы балласта, находящегося в различных танках. Они численно равны объёму балласта в каждом танке, умноженному на плотность балласта. 9 Объём балласта находится по калибровочным таблицам танков из судовой документации по замерам уровня балласта в танках. Если танк полный, то берётся объём танка также из судовой документации. x п , x г , x з , xб - абсциссы центров тяжести судна порожнём, различных грузов, запасов и балластных цистерн соответственно. На судах иностранной постройки они обозначаются LCG, отмеряются от кормового перпендикуляра и всегда положительны. На судах российской постройки они отмеряются от миделя к носу или корме и могут быть как положительными, так и отрицательными. Величина дифферентующего момента находится, как: M диф . LCB LCG (3) Дифферент, как разница осадок носом и кормой в метрах или сантиметрах находится по формуле: Dн Dк М диф . М (4) где М – момент, дифферентующий судно на один метр или один сантиметр соответственно. Находится из кривых теоретического чертежа судна по средней осадке. Так как эта разница осадок появляется на длине, равной расчётной длине судна LBP (length between perpendiculars – длина между перпендикулярами), угол дифферента можно найти по формуле: tg ( Dн Dк ) LBP (5) Так как угол дифферента является малым, тангенс можно заменить самим углом, взятым в радианах. Из треугольника АВЕ видно, что приращение осадки по корме вследствие дифферента будет равно: Dк tg LCF (6) где LCF – абсцисса центра тяжести действующей ватерлинии (longitudinal centre of flotation). 10 Осадка по корме: D к Dср . D к (7) Из треугольника EHK видно, что вследствие дифферента осадка по носу уменьшается на величину: Dн tg LBP LCF (8) Осадка по носу будет: D н Dср . D н 2.2. (9) Определение метацентрической высоты Начальная метацентрическая высота или GM0 определяет так называемую начальную остойчивость судна (она же - остойчивость на малых углах крена). GM0 KM KG (10) где KM находится из таблиц гидростатических элементов (они же – кривые (элементы) теоретического чертежа или кривые (элементы) плавучести и начальной остойчивости –в зависимости от средней осадки или весового водоизмещения судна. Если в каком-либо отсеке судна находится жидкость, имеющая свободную поверхность, то при крене судна эта жидкость смещается в сторону накренённого борта так, что её поверхность всегда остаётся параллельной ватерлинии. Это приводит к смещению центра тяжести объёма жидкости в отсеке (рис. 2) аналогично смещению центра тяжести подводного объёма судна при крене. То есть, при малых углах крена, траекторию центра тяжести жидкости в прямостенном отсеке можно считать окружностью радиусом r, ix v (11) 11 где i x - момент инерции свободной поверхности жидкости в отсеке, м4; v - объём жидкости в отсеке, м3. Направления линий действия веса жидкости в отсеке при малых углах крена пересекаются в одной точке m. Известно, что при расчёте момента от действия какой-либо силы, точку её приложения можно без ущерба для результата вычислений переносить вдоль линии действия силы. Таким образом, по влиянию на остойчивость эта жидкость эквивалентна твёрдому грузу, весом, размещённому в точке m. Здесь , - плотность жидкости в отсеке. То есть, высота центра тяжести судна с грузом возрастает, а его метацентрическая высота, соответственно, уменьшается на величину: r v , ix v , , i x GM v (12) Если на судне имеется несколько отсеков, в которых наличествует свободная поверхность жидкости, то поправки к начальной метацентрической высоте вычисляются по каждому из таких отсеков, а затем складываются. Начальная метацентрическая высота судна уменьшается на получившуюся сумму поправок. Именно исправленная метацентрическая высота и принимается к учёту при проверке соответствия загрузки судна критериям остойчивости. GM GM 0 GM 2.3. (13) Построение диаграммы статической остойчивости Задаются углы крена, обычно через 5-10 градусов и находят плечи восстанавливающего момента для каждого из этих углов. l GZ KA KG sin (14) 12 2.4. Определение периода бортовой качки 2C B (15) GM 0 где В – расчётная ширина судна. С 0.373 0.023 L B 0.043 WL D 100 (16) Здесь LWL - длина судна по ватерлинии; GM 0 - начальная метацентрическая высота. 2.5. Общие требования к остойчивости неповреждённого судна Аварии, происходящие по причине потери остойчивости судна, по своим последствиям относятся к самым тяжёлым (судно обычно опрокидывается в течение нескольких секунд и спастись при этом удаётся немногим или вообще никому из находившихся на его борту). Поэтому неудивительно, что международные и национальные органы, отвечающие в различных государствах за безопасность плавания и безопасность постройки и эксплуатации судов, приняли ряд документов, регламентирующих требования к их остойчивости. Судоводители должны знать и соблюдать эти требования как в процессе погрузки и выгрузки судна, так и в течение рейса. Основными такими документами являются конвенция СОЛАС и принимаемые в развитие её Международной морской организацией (ИМО) Международные Кодексы. В первую очередь речь идёт о так называемом «Международном кодексе по остойчивости судов в неповреждённом состоянии» («Intact Stability Code», одобренном резолюцией Морского комитета по безопасности ИМО (RESOLUTION MSC.267(85)) от 4 декабря 2008), вступившем в силу с 1 июля 2010 года. При перевозке различных специфических видов грузов (не зерновых навалочных, зерновых навалочных, лесных и т.д.) применяются специальные 13 требования к остойчивости, изложенные в соответствующих Международных Кодексах. Правила классификационных обществ, которым поднадзорны морские суда, строятся на базе упомянутых выше Кодексов и, в ряде случаев, применяют более жёсткие требования к остойчивости по сравнению с требованиями Кодексов. Требования Международного кодекса по остойчивости судов в неповреждённом состоянии: Величина начальной поперечной метацентрической высоты должна составлять не менее 0,15 м. Величина плеча статической остойчивости должна быть не менее 0,2 м при угле крена 30 градусов или более. Плечо статической остойчивости должно достигать максимума при угле крена не менее 25 градусов. 2.6. Проверка остойчивости по критерию погоды Судно должно быть способно выдерживать совместное воздействие от постоянного бортового ветра, шквала и качки от волнения. При этом направление ветра определённой силы считается перпендикулярным диаметральной плоскости судна. Сила ветра и соответствующее ей давление ветра на надводную часть судна берутся в зависимости от района плавания судна. Считается, что в момент, когда судно под воздействием волнения накреняется на наветренный борт на угол 1 , на него налетает шквал (рис.2). При этом динамическая остойчивость должна быть достаточной, чтобы судно выдержало совместное воздействие восстанавливающего момента, направленного на противоположный борт и совпадающего с ним по направлению кренящего момента от шквала. 14 Рис. 2. Проверка остойчивости по критерию погоды где I w1 - плечо кренящего момента от воздействия постоянного ветра; 0 - угол крена от воздействия постоянного ветра. Не должен превышать 16 градусов или 80% от угла входа палубы в воду, что меньше; 1 - угол крена «на ветер» от воздействия бортовой качки; 2 - угол заливания или 50 градусов, что меньше; I w 2 - плечо кренящего момента от воздействия шквала. Площадь фигуры b должна быть не менее площади фигуры a. Указанные на рис. 2 величины находятся следующим образом: l w1 P AZ 1000 g (17) где P - давление ветра. Для судов неограниченного района плавания Р=504 Па. Для судов ограниченного района плавания R1, поднадзорных Российскому морскому регистру Р=353 Па. Для судов ограниченных районов R2, R2-RSN, R3-RSN Р= 252 Па; А - боковая площадь парусности судна, м2; Z - плечо кренящего момента от ветра. Принимается равным расстоянию по вертикали от центра парусности до центра проекции подводной части судна на диаметральную плоскость (расположенного примерно на половине осадки), м; g - ускорение свободного падения, м/с2; - весовое водоизмещение судна, т. 15 l w 2 1,5 l w1 (18) 1 109 k X 1 X 2 r s (19) где k - коэффициент k 1 для судов с округлой скулой, не имеющих днищевого и скуловых килей; k 0,7 для судов с острой (прямоугольной) скулой. Для судов, имеющих скуловые и днищевой киль, k находится по табл. 1; X1 и X 2 - коэффициенты находятся по табл. 1. r 0.73 0.6 KG D D (20) где D - средняя осадка судна, м; KG - аппликата центра тяжести судна с грузом, запасами и балластом, м. Величина коэффициента S находится по табл. 1 в зависимости от периода бортовой качки (15). Таблица 1 Коэффициенты для расчёта остойчивости по основному критерию. BD X1 X2 Ak 100 Lwl B k s <2.4 1.0 <0.45 0.75 0 1.0 <6 0.1 2.5 0.98 0.5 0.82 1.0 0.98 7 0.098 2.6 0.96 0.55 0.89 1.5 0.95 8 0.093 2.7 0.95 0.6 0.95 2.0 0.88 12 0.065 2.8 0.93 0.65 0.97 2.5 0.79 14 0.053 2.9 0.91 >0.7 1.0 3.0 0.74 16 0.044 3.0 0.90 3.5 0.72 18 0.038 3.1 0.88 >4.0 0.70 >20 0.035 3.2 0.86 3.4 0.82 >3.5 0.80 где - коэффициент полноты водоизмещения; Ak - общая площадь килей, м2. 16 2.7. Требования к остойчивости повреждённого судна Наиболее опасны подводные пробоины, т.к. через них вода поступает в корпус наиболее интенсивно. Опасны и надводные пробоины, находящиеся вблизи ватерлинии. Их следует немедленно заделывать. Затопление любого отсека влечет за собой уменьшение запаса плавучести судна, но для того чтобы оценить влияние затопления на остойчивость требуется рассмотрение конкретного случая затопления. Остойчивость может ухудшиться, остаться неизменной или улучшиться. По специфике влияния затопления на посадку и остойчивость затопленные отсеки принято делить на три основных категории: ˗ отсек первой категории – отсек затоплен водой полностью, не зависимо от того, сообщается он через пробоину с забортной водой или нет. Принципиальным отличием такого отсека от других является отсутствие в нем свободной поверхности жидкости. Затопление отсека первой категории равносильно приему твердого груза весом, равным весу влившейся в отсек воды с центром тяжести, расположенным в центре объёма отсека. Возможность фильтрации воды из такого отсека в соседние представляет большую опасность – это может превратить один отсек первой категории как минимум в два отсека второй категории; ˗ отсек второй категории – отсек заполнен частично и имеет свободную поверхность жидкости, при этом не сообщается с забортной водой. Такое затопление может иметь место при намеренном частичном затоплении отсека либо в случае фильтрации воды из других отсеков, либо после заделки пробоины и частичной откачке воды. Затопление отсеков второй категории приводит к уменьшению остойчивости судна из-за наличия свободной поверхности воды в нём. Одновременно может наблюдаться увеличение или уменьшение остойчивости судна в зависимости от расположения центра тяжести влившейся в отсек воды 17 (ниже или выше нейтральной плоскости соответственно). При этом возможны случаи недейственной потери остойчивости из-за влияния свободной поверхности, когда оно не учитывается ввиду крайней малости или кратковременности воздействия (отсек заполнен на 5% и менее или на 95% и более, в этих случаях считается, что отсек либо сухой, либо полностью затоплен). Влияние отсеков первой и второй категории на посадку и остойчивость судна обычно рассчитывается методом приёма груза, в первом случае – без учёта влияния на остойчивость свободной поверхности влившейся в отсек воды, а во втором – с учётом; ˗ отсек третьей категории – отсек заполнен частично и имеет свободную поверхность жидкости, при этом он сообщается с забортной водой через пробоину. При затоплении отсека третьей категории оценка и расчет остойчивости и посадка судна после затопления отсека обычно производится методом постоянного водоизмещения, когда затопленный отсек исключается из объема подводной части судна. В результате потери части поддерживающей силы она перестаёт быть равной весовому водоизмещению и судно садится глубже, чтобы в воду вошёл дополнительный неповреждённый объём корпуса, который восстановит поддерживающую водоизмещение судна после силу. входа В в результате воду объёмное дополнительного неповреждённого объёма останется постоянным, отсюда и название метода. Так как уровень воды в таком отсеке постоянно равен уровню забортной воды, происходит также потеря части площади действующей ватерлинии, что приводит к смещению центра тяжести оставшейся её части и возникновению крена и дифферента судна. Заделка пробоины превращает отсек третьей категории в отсек второй категории. 18 Поступление забортной воды в корпус судна, в результате его повреждения или намеренного затопления отсеков, приводит к изменению характеристик плавучести и остойчивости, управляемости и ходкости. В общем случае согласно Правилам Регистра, которому поднадзорно судно, оно считается удовлетворяющим требованиям к посадке в поврежденном состоянии, если: 1. Начальная метацентрическая высота в конечной стадии затопления для не накренённого положения, определённая методом постоянного водоизмещения, должна быть не менее 0,05 м. Для не пассажирских судов по согласованию с Регистром она может быть и меньше, но в любом случае должна быть положительной. 2. Угол крена при не симметричном затоплении должен составлять не более 20 градусов до принятия мер по спрямлению и не более 12 градусов после принятия таких мер. 3. В конечной стадии затопления, а также после спрямления, протяжённость участка с положительными плечами должна составлять не менее 20 градусов. 4. Площадь участка с положительными плечами в пределах этих 20 градусов должна быть не менее 0,0175 м.рад. 5. Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно составлять не менее 0,1 м в пределах угла крена, равного статическому плюс 20 градусов. 6. В промежуточных стадиях затопления максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно составлять не менее 0,05 м, протяжённость положительной части – не менее 7 градусов. 7. Аварийная ватерлиния до, в процессе и после спрямления должна проходить как минимум на 0,3 м или 0,1 L1 10 150 м (что меньше) ниже отверстий в переборках, палубах и бортах, через которые возможно дальнейшее распространение воды по судну. 19 2.8. Особенности расчёта остойчивости при перевозке зерна навалом. Существующие правила по перевозке зерна навалом основаны на признании того факта, что в отсеке, заполненном зерном, всегда существует пустое пространство между поверхностью зерна и палубой загруженного отсека. Это пространство образуется даже в полном отсеке вследствие усадки зерна из-за вибрации и качки. Правила требуют доказательства того, что в течение всего рейса судно в неповрежденном состоянии будет иметь достаточную остойчивость, чтобы противостоять кренящему моменту от эквивалентного, условного смещения зерна в пустотах, находящихся непосредственно над поверхностями зерна. Расчёт количества зернового груза, которое судно способно принять к перевозке в данном рейсе, производится по объёму грузовых отсеков. Для этого используется такое понятие, как «Удельный погрузочный объём» (в английском варианте – Stowage Factor). Последний представляет собой вес кубического метра груза в тоннах или объём, который занимает тонна груза в кубических футах. Термин «Заполненный отсек» относится к любому отсеку, в котором уровень зерна после погрузки и штивки достигает возможно максимальной высоты. При расчёте условного кренящего момента угол условного смещения зерна для такого отсека принимается равным 15 градусам. Под «частично заполненным отсеком» понимается неполная загрузка отсека, когда угол условного смещения поверхности зерна принимается равным 25 градусам. Обычно все грузовые отсеки судна, куда насыпается зерно, стараются заполнить по максимуму. В крайнем случае, допускается оставление не более одного частично заполненного отсека. 20 Требования Международного зернового кодекса. Допускается перевозка зерна навалом без выполнения каких-либо мер, предотвращающих подвижку груза, при соблюдении следующих дополнительных требований: 1. Угол статического крена после приложения условного кренящего момента из-за смещения зерна не должен превышать 12 градусов, угла заливания или угла входа палубы в воду, что меньше. 2. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости между кривыми плеч кренящих и восстанавливающих моментов до угла крена, соответствующего максимальной разности ординат этих двух плеч или 40 градусов или угла заливания, что меньше (заштрихованная фигура на рис. 3), должна быть не менее 0,075 м · рад. 3. Начальная метацентрическая высота с учётом поправки на свободную поверхность жидкостей в танках должна быть не менее 30 см. Угол статического крена от условного смещения зерна (условного – потому что зерно в процессе перевозки может и не сместиться) находится следующим образом: Предполагается, что при максимально возможном смещении зерна его поверхность образует с горизонталью угол , равный для заполненного отсека 15 градусов, а для частично заполненного отсека – 25 градусов (рис. 2). С учётом ширины отсека находится ордината y центра тяжести сместившегося объёма зерна, как ордината центра тяжести поперечного сечения этого объёма (треугольника). Эта ордината и принимается в качестве плеча кренящего момента от условного смещения зерна. Вес сместившейся части зерна находится, как результат умножения его удельного погрузочного объёма на объём сместившейся части зерна: p SF ah m 2 где SF – удельный погрузочный объём груза. a, h - стороны треугольника сечения сместившегося (21), 21 объёма зерна. m - длина отсека. Находится условный кренящий момент от смещения зерна, как произведение массы сместившегося зерна на ординату центра тяжести сместившегося объёма зерна: M кр . p y (22), В случае приложения какого-либо статического кренящего момента, судно будет крениться до тех пор, пока кренящий момент не сравняется по величине с восстанавливающим. Поэтому условный кренящий момент от смещения зерна приравнивают к восстанавливающему моменту. Величина последнего, как известно, находится путём умножения весового водоизмещения судна на плечо восстанавливающего момента. Это плечо, таким образом, можно найти, как частное от деления условного кренящего момента на весовое водоизмещение судна: l восст. l кр . M кр. (23). Откладывают полученное плечо на диаграмме статической остойчивости (рис. 3). Там же, на диаграмме статической остойчивости, напротив угла крена в 40 градусов, угла заливания или угла входа палубы в воду (что меньше) откладывают плечо, величиной в 80% от плеча восстанавливающего момента от смещения зерна. Соединив полученные точки прямой, находят на её пересечении с диаграммой статической остойчивости угол статического крена от условного смещения зерна. Именно он и не должен превышать 12 градусов (рис. 3). На самом деле, обычно на судне нет необходимости находить как вес сместившегося объёма зерна, так и ординату его центра тяжести. Дело в том, что в буклете, предназначенном для расчёта остойчивости судна с зерновым 22 навалочным грузом, имеется специальная таблица, где даны объёмы всех отсеков, которые могут быть использованы для перевозки зерна (вторая слева колонка в таблице на рис. 8). Там же приведены так называемые «объёмные кренящие моменты от условного смещения зерна» (volummetric heeling moment) для них (самая правая колонка в таблице на рис. 8). Объёмный кренящий момент VM представляет собой произведение объёма сместившегося зерна на ординату y : VM ah m y 2 (24). Рис. 2 Схема расчёта ординаты центра тяжести и массы сместившегося объёма зерна. В документации некоторых судов эти моменты могут быть даны как для заполненного, так и для частично заполненного отсека (в последнем случае – в виде специальной таблицы в зависимости от уровня заполнения отсека зерном). Таким образом, кренящий момент от условного смещения зерна с учётом формулы (15) можно найти, как: M кр . SF ah m y SF VM 2 (25). На некоторых судах в трюмах устанавливаются передвижные переборки, позволяющие создать отсек нужного объёма для того, чтобы при погрузке предъявленного к перевозке количества зерна считать этот отсек 23 «заполненным». На рис. 8 приведены сведения об объёмах отсеков, положении их центров тяжести и объёмных кренящих моментах для трюма именно такого судна. Например «Grain Fr. 31-104» в левой колонке означает, что зерновые переборки установлены на 31-м и 104-м шпангоутах. Объём находящегося между ними отсека при этом составляет 3878 кубических метров. Его центр тяжести находится на расстоянии 43,53 м от кормового перпендикуляра и 5,3 м от основной плоскости. Условный объёмный кренящий момент от смещения зерна в этом отсеке – 740 м4. a l кр. b c n 12 d e f 0,8 l кр. 40 Рис. 3. Нахождение угла крена от условного смещения зерна по диаграмме статической остойчивости. 24 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3.1. Отход из порта Нойштадт (Германия) Таблица 2 Таблица загрузки на отход из порта Нойштадт (Германия) Масса, т Судно порожнем Груз Топливо №8 Топливо №9 Пресная вода №7 Л Пресная вода №7 Пр Балласт №6 Л Балласт №6 Пр Итого: , ix x ,м M , тм z ,м M , тм тм 1125,00 35,69 40151,25 4,79 5388,75 2992,90 44,18 132211,47 4,09 12245,84 25,50 36,70 935,85 0,62 15,81 34,00 36,70 1247,80 0,62 21,08 15,00 2,50 37,50 2,50 37,50 15,00 2,50 37,50 2,50 37,50 16,08 7,54 121,24 4,07 65,45 16,08 7,54 121,24 4,07 65,45 4239,56 41,25 174863,85 2,95 12488,63 ∆= ∆ ∙ , = 4239,56 ∙ 1,025 = 4324,0 т 1,005 Определим посадку судна (1-9): Dср = 4,9 м LCB = 41,26 м lдиф = 41,26 − 41,25 = 0,01 м Мдиф = 0,01 ∙ 4324,0 = 61,7 тм Dк − Dн = 61,7 = 0,01 м 5719 Dк = 4,91 м Dн = 4,89 м GM = 5,41 − 2,95 = 2,46 м 11 11 22,00 25 Δ = = 0,01 м , = 2,46 − 0,01 = 2,45 м Таблица 3 Расчет ДСО на отход из порта Нойштадт (Германия) θ, град lф , м sinθ z sinθ, м 0 10 20 30 40 50 60 70 0,000 0,947 1,91 2,773 3,628 4,362 4,793 4,979 0,00000 0,17364 0,34200 0,49997 0,64275 0,76600 0,86599 0,93966 0,000 0,511 1,007 1,473 1,893 2,256 2,551 2,768 l ,м 0,000 0,436 0,903 1,300 1,735 2,106 2,242 2,211 По данным табл. 3 построена диаграмма статической остойчивости (рис. 5). Определим период качки: С = 0,373 + 0,023 ∙ 12,8 81,8 − 0,043 ∙ = 0,40166 4,9 100 τ = 2 ∙ 0,40166 ∙ 12,8 √2,46 = 6,56 с Требования к метацентрической высоте и диаграмме статической остойчивости («+» - соответствуют наши полученные значения требованием, «» - не соответствуют): + Величина начальной поперечной метацентрической высоты должна составлять не менее 0,15 м. + Величина плеча статической остойчивости должна быть не менее 0,2 м при угле крена 30 градусов или более. + Плечо статической остойчивости должно достигать максимума при угле крена не менее 25 градусов. Мы видим, что в нашем случае на момент выхода из Нойштадт (Германия) обеспечиваются требования «Международного остойчивости судов в неповреждённом состоянии». кодекса по 26 Проверка требований зернового кодекса проводится по формулам: (2025): Мкр = 125,0 ∙ 6,8 = 849,8 тм вост = 849,8 = 0,2 м 4324,0 ∝= 4° < 12° Проверим остойчивость по критерию погоды (17-20): = 353 ∙ 809,56 ∙ 10.45 = 0,07 м 1000 ∙ 9.81 ∙ 4324.0 = 1,5 ∙ 0,07 = 0,11 м = 0.73 + 0.6 2.95 − 4,9 = 0.49 4,9 = 109 ∙ 0,74 ∙ 0,91 ∙ 1 ∙ 0,49 ∙ 0,05 = 11.26° 27 Плечо статической остойчивости, м. 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -20 -10 0 α 10 20 30 40 Угол крена, град. 50 60 70 -0,5 Рис. 5. Диаграмма статической остойчивости на отход из порта Нойштадт 28 3.2. Приход в порт Скиен (Норвегия). Таблица 4 3.1. Таблица загрузки на приход в порт Скиен (Норвегия). , ix Масса, x ,м т Судно порожнем Груз Топливо №8 Топливо №9 Пресная вода №7 Л Пресная вода №7 Пр Балласт №6 Л Балласт №6 Пр Итого: M , тм z ,м M , тм , тм 1125,00 35,69 40151,25 4,79 5388,75 2992,90 44,18 132211,47 4,09 12245,84 25,50 36,70 935,85 0,62 15,81 28,90 36,70 1060,63 0,62 17,92 14,00 2,50 35,00 2,50 35,00 15,00 2,50 37,50 2,50 37,50 16,16 7,54 121,85 4,07 65,77 11 16,16 7,54 121,85 4,07 65,77 11 4233,62 41,26 174675,39 2,95 12483,61 22,00 ∆= ∆ ∙ = 4233,62 ∙ 1,025 = 4296,4т 1,010 Определим посадку судна (1-9): Dср = 4,88 м LCB = 41,28 м lдиф = 41,28 − 41,26 = 0,02 м Мдиф = 0,02 ∙ 4296,4 = 89,9 тм Dк − Dн = 89,9 = 0,02 м 5696 Dк = 4,89 м Dн = 4,87 м GM = 5,41 − 2,95 = 2,46 м Δ = , = 0,01 м = 2,46 − 0,01 = 2,45 м 29 Таблица 5 Расчет ДСО на приход в порт Скиен (Норвегия). θ, град lф , м sinθ z sinθ, м 0 10 20 30 40 50 60 70 0,000 0,947 1,91 2,773 3,628 4,362 4,793 4,979 0,00000 0,17364 0,34200 0,49997 0,64275 0,76600 0,86599 0,93966 0,000 0,511 1,007 1,473 1,893 2,256 2,551 2,768 l ,м 0,000 0,436 0,903 1,300 1,735 2,106 2,242 2,211 По данным табл. 5 построена диаграмма статической остойчивости (рис. 6). Определим период качки: С = 0,373 + 0,023 ∙ 12,8 81,8 − 0,043 ∙ = 0,40166 4,9 100 τ = 2 ∙ 0,40166 ∙ 12,8 √2,46 = 6,56 с Требования к метацентрической высоте и диаграмме статической остойчивости («+» - соответствуют наши полученные значения требованием, «» - не соответствуют): + Величина начальной поперечной метацентрической высоты должна составлять не менее 0,15 м. + Величина плеча статической остойчивости должна быть не менее 0,2 м при угле крена 30 градусов или более. + Плечо статической остойчивости должно достигать максимума при угле крена не менее 25 градусов. Мы видим, что в нашем случае на момент выхода из Нойштадт (Германия) обеспечиваются требования «Международного остойчивости судов в неповреждённом состоянии». Проверим остойчивость по критерию погоды (17-20): = 353 ∙ 809,56 ∙ 10.45 = 0,07 м 1000 ∙ 9.81 ∙ 4296,5 = 1,5 ∙ 0,07 = 0,11 м кодекса по 30 = 0.73 + 0.6 2.95 − 4,9 = 0.49 4,9 = 109 ∙ 0,74 ∙ 0,91 ∙ 1 ∙ 0,49 ∙ 0,05 = 11.26° Плечо статической остойчивости, м. 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -20 -10 0 10 20 30 40 Угол крена, град. 50 60 70 -0,5 Рис. 6. Диаграмма статической остойчивости на отход из порта Нойштадт 31 3.3. Аварийная остойчивость Таблица 6 Таблица загрузки при расчете аварийной остойчивости Масса, т Судно порожнем Груз Топливо №8 Топливо №9 Пресная вода №7 Л Пресная вода №7 Пр Балласт №6 Л Балласт №6 Пр Форпик Днищевой №3 Л Днищевой №3 Пр Днищевой №5 Л Днищевой №5 Пр Балласт №5 Л Балласт №5 Пр Днищевой Балласт №8 Днищевой Балласт №9 Итого: x ,м M , тм z ,м M , тм , ix , тм 1125,00 35,69 40151,25 4,79 5388,75 2992,90 44,18 132211,47 4,09 12245,84 25,50 36,70 935,85 0,62 15,81 34,00 36,70 1247,80 0,62 21,08 15,00 2,50 37,50 2,50 37,50 15,00 2,50 37,50 2,50 37,50 16,08 7,54 121,24 4,07 65,45 11,00 16,08 7,54 121,24 4,07 65,45 11,00 86,63 79,20 6861,18 3,56 308,41 126,93 62,60 7945,91 0,63 79,97 126,93 62,60 7945,91 0,63 79,97 69,65 21,80 1518,29 0,64 44,57 69,24 21,80 1509,53 0,64 44,32 57,59 23,11 1330,82 4,21 242,44 100,70 22,24 2239,59 4,24 426,97 76,38 23,30 1779,65 0,62 47,36 77,08 13,46 1037,54 0,62 47,79 5030,70 41,15 207032,29 2,75 13810,41 22,00 При повреждении обшивки корпуса судна в районе Форпика и 3 днищевого правого бортового, данные танки были полностью затоплены (отсек первой категории). В целях уменьшения крена и дифферента взят балласт в бортовые балластные танки №3Л, №5Л, №5Пр и днищевые №5Л, №5Пр, №8, №9. Определим посадку судна (1-9): Dср = 5,71 м 32 LCB = 40,77 м lдиф = 40,77 − 41,15 = −0,38 м Мдиф = −0,38 ∙ 5130,81 = −1969,1 тм Dк − Dн = −1969,1 = −0,32 м 6149 Dк = 5,56 м Dн = 5,88 м GM = 5,49 − 2,75 = 2,74м Δ = , = 0,00 м = 2,74 − 0,00 = 2,74 м Таблица 7 Расчет ДСО в поврежденном состоянии θ, град lф , м sinθ z sinθ, м 0 10 20 30 40 50 60 70 0,000 0,96 1,849 2,669 3,513 4,223 4,665 4,887 0,00000 0,17364 0,34200 0,49997 0,64275 0,76600 0,86599 0,93966 0,000 0,477 0,939 1,373 1,764 2,103 2,377 2,580 l ,м 0,000 0,483 0,910 1,296 1,749 2,120 2,288 2,307 По данным табл. 7 построена диаграмма статической остойчивости (рис. 7). 33 2,5 Плечо статической остойчивости, м. ДСО 2,0 1,5 1,0 0,5 Угол крена, град. 0,0 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 -0,5 Рис. 7. Диаграмма статической остойчивости в поврежденном состоянии Проверим соответствие требованиям регистра к остойчивости судна в поврежденном состоянии: Начальная метацентрическая высота в конечной стадии затопления для не накренённого положения, определённая методом постоянного водоизмещения, должна быть не менее 0,05 + м. В конечной стадии затопления, а также после спрямления, протяжённость участка с положительными плечами должна составлять не менее 20 градусов. Площадь участка с положительными плечами в пределах этих 20 градусов должна быть не менее 0,0175 м.рад. Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно составлять не менее 0,1 м в пределах угла крена, равного статическому плюс 20 градусов + + + В промежуточных стадиях затопления максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно составлять не менее 0,05 м, протяжённость положительной части – не менее 7 градусов. + СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Обеспечение мореходных качеств судна при составлении грузового плана: Справочное пособие: для студентов очного и заочного обучения специальности 180402 «Судовождение» / М.В. Осокин – Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. – 44 с.
