Расчет длины буксирного троса и меры по его амортизации

 

Длина буксирного троса при морской буксировке дол­жна быть такой, чтобы обеспечивалось увеличение рас­стояния между буксируемым и буксирующим кораблями на величину их продольного относительного перемещения в условиях волнения. В противном случае резко изменя­ется натяжение буксирного троса и возможен его обрыв.

Рис. 1.6. Подбор длины буксирного троса на волнении

Свободное изменение расстояния между судами при буксировке зависит от весовой и упругой «игры» буксирного троса. Весовая «игра» стального троса харак­теризуется стрелой провеса f (рис. 1.6). На основе ана­лиза ряда морских буксировок выведена приближенная формула необходимой длины стального буксирного тро­са в метрах в зависимости от максимальной высоты волн в районе проведения буксировки:

l=85h_в, ( 24)

где hв — максимальная высота волн в районе проведения буксировки, м.

Большая упругость капроновых и других синтетиче­ских тросов с избытком компенсирует отсутствие у них весовой «игры». Как показывает практика, буксирный трос из синтетического волокна длиной 250—300 м яв­ляется достаточным при любых условиях погоды.

 

1.9. Применение рывка судном – спасателем

 

Рывок буксировщика передает энергию, накопленную в период разбега, судну, сидящему на мели в момент натяжения троса. Усилие, создаваемое рывком, может быть во много раз больше того, которое буксировщик создает при статической буксировке. Это усилие может превысить прочность буксирного троса и устройств, к которым он закреплен. Количество энергии, накопленной буксировщиком, зависит от скорости, которую он получит к моменту предельного натяжения буксирного троса. Поэтому в расчетах, связанных с использованием рывка, учитывается в первую очередь прочность буксирного троса и надежность конструкций, к которым он крепится, затем допускаемая скорость буксира-спасателя, которая зависит от длины разбега буксировщика.

 

Определим максимальный упор винтов буксировщика при его максимальной скорости (приближенно должно быть равно сопротивлению движению буксировщика), кН, по формуле (25):

 

Т_ш.р. = 1,13·(1,9-Н_в/D_в)·Р_в/(D_в·n), (25)

 

где n - номинальная частота вращения главного двигателя, с^-1;

D_в - диаметр винта, м;

Н_в - шаг винта, м;

Р_в - мощность, потребляемая гребным винтом, кВт, которая определяется по формуле (26):

 

Р_в =0,7355· ∑N_e ·η_w· η_c, (26)

 

где

η_w–КПД валопровода=0,98

η_c–КПД редуктора=0,98;

N_e- номинальная мощность, э.л.с.

 

Жесткость стального буксирного троса определяется по формуле (27), кН/м:

 

K= I00 ·Q_ст/l, (27)

 

где l - длина буксирного троса, м.

Q_ст – разрывное усилие стального троса, кН;

 

Жесткость синтетических нейлоновых и капроновых плетеных канатов определяется по формуле (28), кН/м:

 

C = 3,6Q_синт/l², (28)

 

где Q_синт - разрывное усилие синтетического троса, кН.

 

При комбинированной буксирной линии, состоящей из сталь­ного и синтетического тросов, жесткость ее определяется жестко­стью синтетической вставки. Если для рывка применяется сталь­ной трос, рекомендуемая длина его должна быть не менее 300 м, а для равнопрочного синтетического троса — не менее 100 м.

 

Допускаемая скорость буксировщика при рывке (м ∕с), для стального троса, определяется по формуле (29):

 

V_рыв = Т_ин/ . (29)

 

Допускаемая скорость буксировщика при рывке (м ∕с), для синтетического каната, определяется по формуле (30):

 

, (30)

 

где Т_ин - допускаемая инерционная составляющая усилия рывка, кН, определяется по формуле (31) и (32):

D - водоизмещение судна – спасателя

 

Для стального троса:

 

Т_ин = 0,95·Q – Т_ш.р.,кН.(31)

 

Для синтетического каната:

 

Т_ин = 0,5·Q-T_ш.р., кН,(32)

 

где Т_ш.р. - тяга буксировщика в швартовном режиме, кН;

Q – разрывное усилие выбранного троса, кH;

К и С- жесткость стального троса и синтетического каната, кН/м;

D - массовое водоизмещение буксировщика, т, определяемое по формуле (33):

 

D =ρ· V, (33)

 

где V - объемное водоизмещение буксировщика, м³;

ρ – плотность морской воды в месте посадки на мель.

 

Усилие рывка Т_рыв в момент максимального натяжения буксирного троса определяется суммой допускаемой инерционной составляющей рывка Т_ин и тяги спасателя при скорости буксировки к моменту рывка Т_Vрыв.

По формуле (34) определим развиваемое усилие рывка, кН:

Т_рыв = Т_ин + Т_Vрыв, кН, (34)

 

где T_Vрыв - тяга на гаке от скорости буксировки, кН. Буксиры-спасатели снабжаются графиками зависимости тяги на гаке от скорости буксировки, из которых по вычисленной допускаемой скорости при рывке, определяется T_Vрыв. Приближенное значение Т_Vрыв можно определить по формуле (35):

 

Т_Vрыв=Т_ш.р.·(1–V_рыв/V_max),кН, (35)

 

где T_ш.р – тяга судна-спасателя в швартовном режиме, кН;

V_max – максимальная скорость в режиме свободного хода судна-спасателя.

 

1.10. Разворачивающее усилие необходимое для разворота или раскачки аварийного судна

 

Если до начала стягивания судна с мели необходим разворот его в сторону увеличения глубин, производят расчеты по определению требуемого разворачивающего усилия.

Разворачивающее усилие определяется по формуле

, кН, (36)

где К _н — коэффициент надежности принимается равным 1,1, когда длительное пребывание судна на мели может привести к его гибели; в остальных случаях К _н = 1.

, кН·м, (37)

где М_{f тр}— момент сил трения, кН·м;

М_{f б.гр}— момент сил бокового сопротивления грунта, кН·м;

М_{f волн}— момент сил бокового волнового давления, кН·м;

х _разв — расстояние от точки приложения разворачивающего усилия Т _разв до точки разворота, м (рис. 1.7).

Для упрощения за точку разворота принимается точка разворота 0, определенная при учете только трения. Сила ветрового давления при развороте судна на мели не учитывается ввиду ее незначительности.

В отдельных частных случаях силы бокового сопротивления грунта и бокового волнового давления могут не учитываться. В этих случаях:

, кН; (38)

, м, (39)

где х_Т — абсцисса точки приложения силы Т _разв, м;

х ₀ — абсцисса точки разворота, м.

, м, (40)

где l _тр — длина приведенного к прямоугольной форме опорного контура, м.

Момент сил трения М_f при развороте судна, сидящего на мели на ровный киль (без уклона опорной поверхности), определяется по формулам:

, кН·м; (41)

, кН·м, (42)

где R_a — опорная реакция грунта, кН,

f — коэффициент трения;

l _тр и b _тр — длина и ширина приведенного опорного контура, м;

— функция, учитывающая влияние на М_{f тр} положения разворачивающего усилия и удлинения опорного контура определяется по графику на рис. 1.8.

	Рис.1.7. Схема разворота аварийного судна: 0 — точка разворота; Тразв — разворачивающее усилие, кН; хразв — расстояние от точки приложения разворачивающего усилия до точки разворота, м; х0 — абсцисса точки разворота, м; хТ — абсцисса точки приложения силы Тразв, м; bтр, lтр — соответственно ширина и длина приведенного опорного контура, м
	Рис.1.8. Зависимость функции F (x0 / lтр, lтр / bтр) от положения точки приложения равнодействующей стягивающих усилий и удлинения опорного контура lтр / bтр: хТ / lтр — относительное расстояние от начала опорного контура до точки приложения равнодействующей стягивающих усилий по длине судна, м

 

Формула (41) применяется в случае, когда отношения сторон опорной поверхности

≤ 5.

При > 5 применяется формула (42).

 

1.11. Снятие аварийного судна посредством кренования

 

1.11.1 Снятие с мели кренованием

 

Новую метацентрическую высоту при Z = 0 найдем по формуле (43), м:

 

h₁ = h_○+ [R_а'/ (Р + R _а')]-[d_cp + (Δd_ср/ 2) – h_о], (43)

где h_○ - начальная поперечная метацентрическая высота, м:

Р - весовое водоизмещение судна (кН), которое определяется по формуле (44):

 

Р = V·g·ρ;, (44)

 

Абсциссу точки посадки судна на мель (т. А) вычислим по формуле (45), м:

 

Y = ((P + R_a^')/ R_a ') ·h₁· (θ° / 57.3), (45)

 

где θ - угол крена после посадки судна на мель, град.

Ординату точки посадки судна на мель (т. А) вычислим по формуле (46), м:

 

Х = [Р ·Н _○·(Δ₁ -Δ)/(R_а'·L)] +X_f, (46)

где Δ₁ = d_нм – d_км - дифферент судна после аварии, м;

Δ = d_н - d_к - дифферент судна до аварии, м.

 

Значение координат X и Y может понадобиться для того, чтобы уменьшить затраты труда на разборку грузов в районе соприкосновения с грунтом с целью осмотра корпуса изнутри и установления характера повреждения.

Практический интерес, представляет и другое: какие грузы и куда надо принять или переместить, чтобы судно оторвалось от грунта и самостоятельно снялось с мели. Для этого, очевидно, что уменьшение осадки d_р1;р2 в точке соприкосновения с грунтом, вызванное принимаемым грузом, должно быть по абсолютному значению равно или больше уменьшения осадки Δd_Rа^' в указанной точке, вызванное реакцией R_а и креном судна, т.е.,

 

| Δ d_р1;р2 | > | Δd_Rа^' | + Δ d_{р1 ,}

 

где Δd_р1 - приращение осадки за счет приема балласта, находиться по формуле (cм);

∆d _р1= Р_б / q, (47)

q - число тонн на 1 см осадки, т/см, которая определяется по формуле:

,

м²,

ρ - плотность воды, т/см³;

Уменьшение осадки Δd_Ra’ в точке т. А от крена (м), по формуле (48):

 

Δd_Ra = Δd_ср + Y·(θ° / 57,3) + (X – X_f)·(Δ₁ - Δ) / L, (48)

 

где Х_f - абсцисса Ц.Т. действующей ватерлинии, м;

 

1.11.2 Кренование аварийного судна

 

Новое значение высоты после приема балласта (м), по формуле (49), составит:

 

h₁^' = h₁ + P_δ/(P + Р_δ)·(d_срм+ [Р_δ / (2·g·ρ·S)] – h₁ - Z_δ), (49)

 

Изменение средней осадки в месте посадки от приема балласта, м, по формуле (50):

 

Δd_{р1; р2} = Р_б / (g·p·S) + M_кр·Y / ((P_δ + P)·h₁) + M_диф·(Х – X_f) / Р·Н_{○ ,} (50)

 

где М_кр = Р_δ·Y_δ - момент кренящий от принятого балласта, кНм;

М_диф = Р_δ·Х_δ - момент дифферентующий от принятого балласта, кНм.

 

Проверим условие снятия аварийного судна с мели после приема балласта в балластную цистерну.

 

Определим изменение опорной реакции грунта по формуле (51):

R_а^’’= g·ΔD = I0·q·(Δd_{р1: р2} - Δd_Ra' - Δ d_р1), (51)

Если необходимо кренование аварийного судна для самостоятельного снятия с мели, на промежуточном этапе проверяется:

Остаточный запас плавучести после заполнения балластной цистерны, который, но формуле (52), кН, будет равен:

 

D = ΔD – Р_δ, (52)

 

где ΔD - запас плавучести, кН, который определяется по формуле (53):

 

ΔD = g·(H - 0,076)·q, (53)

где Н – высота надводного борта, м;

q - число тонн на 1 см осадки, т/м.

 

Фактический угол крена на момент окончания приема балласта, по формуле (54), град, составит:

 

θ₂ = Р_δ·Y_δ / ((P_δ + P)·h_l)·57,3, (54)

 

Приращение угла крена после заполнения балластной цистерны, по формуле (55). град, будет равно:

 

θ₂' = Р_δ·Y_δ / [(P_δ + P)·h₁]·57,3 + θ₁· h₁ / h'_{1 ,} (55)

 

Если снять судно с мели не удалось необходимо кренование судна продолжить.

 

1.11.3. Основные данные для аварийного судна после выполнения кренования

Продольная метацентрическая высота после заполнения балластной цистерны, по формуле (56), м:

 

Н₁ = Н_○ + Р_δ1·(d_ср1 + Δd_p1 / 2 - Н_○ – Z₁) / (Р + Р_δ), (56)

где Н_○ - начальная продольная метацентрическая высота, м;

Δd_p1 - приращение осадки аварийного судна после приема балласта, м:

d_ср1 - средняя осадка аварийного судна после приема балласта, которая по формуле (57), будет равна, м:

 

d_ср1 = d_срм + [Δd_ср - (Δd_Ra - Δd_р1;p2 + Δd_р1), (57)

 

Осадки носом и кормой аварийного судна после приема балласт в балластную цистерну, по формулам (58) и (59), м, составят:

 

d_н1 = d_нм + Δd_изм + Δd_p1 - М_диф1·(L / 2 + X_f) / Р₁·H_1, (58)

 

d_к1 = d_км + Δd_изм + Δd_p1 + М_диф1·(L / 2 - X_f) / Р₁·H_1, (59)

 

где М_диф1 - дифферентующий момент, кНм, по формуле (60), будет равен:

 

М _диф1 = Р_δ1(Х_δ1 – Х_f), (60)

 

Осадки бортами аварийного судна после приема балласта в балластную цистерну, по формулам (61) и (62), м, составят:

 

d_п/δ1 = d_сp2 + В·θ₂ ° / 2-57,3°, (61)

 

d_л/δ1 = d_сp2 - В·θ₂ ° / 2-57,3°, (62)

 

где d_сp2 - средняя осадка судна после приема первого балласта, м, по формуле (63), будет равна:

 

d_сp2= (d_н1 + d_к1)/2, (63)

 

1.11.4. Дифферентование аварийного судна

 

Дифферентование судна используется в случаях, когда оно сидит на незначительной по площади части корпуса, причем касание грунта произошло носовой или кормовой частью.

Продольная метацентрическая высота после приема балласта:

 

Н = Н_○ + Р_δ·(d_ср + Δd_p1 / 2 – Z_Б) / (Р + Р_δ), (64)

 

где Н_○ - начальная продольная метацентрическая высота, м:

Δd_p1 - приращение осадки аварийного судна после приема балласта, м:

d_ср - средняя осадка аварийного судна после приема балласта, м:

Р_δ - вес принимаемого балласта, кН;

Z_Б - аппликата Ц.Т. балласта, м;

Р - весовое водоизмещение судна, кН.

Осадки носом и кормой аварийного судна после приема балласта в балластную цистерну, по формуле (65), м, составят:

 

Т_н.к = Р·Х (0,5L– X_f)/D·H, (65)

 

где Р - объем заполненной балластной цистерны, т:

X - отстояние от мидель-шпангоута центра тяжести балластной цистерны, м;

L - длина судна, м;

Х_f - абсцисса Ц.Т. действующей ватерлинии, м;

D - водоизмещение судна, м;

Н - продольная метацентрическая высота, м.

 

Часть II. АВАРИЙНАЯ МОРСКАЯ БУКСИРОВКА

Вопросы, которые должны быть подняты в разделе «аварийная морская буксировка» определены в Таблице 4.

Таблица 4

№	Рассматриваемые вопросы	Примечания
1.	Основные данные судна-спасателя
2.	Расчеты сопротивлений буксировщика и буксируемого судна для скоростей 1-10 узлов с составлением таблицы и построения графика сопротивлений.
3.	Расчёт параметров буксирной линии.
4.	Правовое оформление буксировки.
5.	Использование МППСС-72 при буксировке в различных обстоятельствах.
6.	Особенности управления судном при буксировке.
7.	Оформление демонстрационного пособия формата А-1 для подтверждения рассмотренных вопросов и использования при защите курсовой работы.

 

2.1 Расчёт производят в следующем порядке.

1. Определяют сопротивление воды движению буксирующего судна при различных скоростях одним из методов, применяемых в теории корабля.

Определяют максимальный упор винта буксирующего судна или сопротивление воды движению буксирующего судна при максимальной скорости, которое равно упору винта.

1. Определяют сопротивление воды движению буксируемого судна при различных скоростях так же, как и сопротивление воды, движению буксируемого судна. При этом необходимо учесть сопротивление винта буксируемого судна.

Сопротивление буксирного троса следует прибавить к сопротивлению воды движению буксируемого судна в тех случаях, когда нужно определить тягу на гаке буксировщика.

1. Составляют таблицу сопротивлений буксирующего и буксируемого судов при различных скоростях и строят график суммарного сопротивления, который затем используют для определения скорости буксирного каравана и силы тяги на гаке.

Значение силы тяги на гаке позволит определить, какой толщины буксирный трос требуется для данной операции.

 

Все расчёты связанные с плановой буксировкой, выполняют заблаговременно с учётом особенностей предстоящей операции: числа и типов буксирных судов и буксируемых объектов, вида буксирной линии (однородная, неоднородной, несимметричная, с якорем или плитой для увеличения провеса), предполагаемых погодных условий, плавания в узкостях и на мелководье. В таких случаях расчёты выполняются по методике, разработанной применительно к разным типам судов и вида буксирной линии.

При вынужденной буксировке капитану буксировщика приходится выполнять расчёты, определяя возможную скорость буксировки, а также элементы буксирной линии: длину, толщину троса и его провес. Задача может свестись к выбору безопасной скорости буксировки, при которой прочность имеющегося буксирного троса оказалась бы достаточной. Поскольку при вынужденной буксировке капитан не всегда может располагать точными сведениями о буксируемом судне, расчёты приходится вести с использованием простейших эмпирических формул. Часто в таких случаях фактор времени является решающим, поэтому капитан лишен возможности выполнять сложные расчёты.

Рассмотрим простейшие способы расчёта скорости буксировки и элементов буксирной линии.

 

2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ВОДЫ И ВОЗДУХА БУКСИРНОГО СУДНА

 

Расчёты ведутся применительно к скорости буксировщика от 1 до 10 узлов. Результаты расчётов для других скоростей сводятся в таблицах по ходу после основного расчёта.

 

2.2.1 Сопротивление трения воды движению буксирующего судна

 

Определяем сопротивление трения воды (кН) движению буксирующего судна, которое рассчитывается по формуле (66):

 

R_f=f·ρ·Ω·V^1.83.10^-5 , (66)

 

где f – коэффициент трения. Принимается в зависимости от длины судна (выбирается из таблице 5)

ρ - плотность морской воды кг/м³;

V - скорость для определения сопротивления, м/с;

Ω - площадь смоченной поверхности корпуса судна(м²), которая определяется по формуле (67);

 

Ω_=1,05^.L^.(1,7^.d_ср+δ^.В), (67)

 

где L - длина судна, м;

В – ширина судна, м;

d_ср – средняя осадка судна, м;

δ- коэффициент полноты водоизмещения.

Таблица №5