4.1. Определение посадки и выполнение контроля остойчивости судна после приёма в промежуточном порту палубного груза.

Груз размещается на люковых крышках. Высота штабеля равна 2,8 м, ширина равна ширине крышки люка.

Принимаем палубный груз. Так как на судно грузится груз с малым удельным погрузочным объемом (m=0,8 м3/т) и грузоподъемность использована полностью, то условно считаем, что с судна выгружено в промежуточном порту 100 т груза таким образом, что его центр тяжести не изменился, и принят палубный груз в количестве 100  т.

В нашем случае масса палубного груза: mгр = 100 т

Аппликата центра тяжести принимаемого на палубу  груза вычисляется по формуле:

Zгр = H+hkом+1,4                                                                                 (4.1)

где Н - высота борта судна, H=6 м (см. Часть 1);

hkом - высота комингса люка, определяем по схематическому чертежу судна (Рисунок 1.1) с учетом масштаба по высоте hk=1,3 м , тогда

Zгр=6+1,3+1,4=8,7 м

Абсциссу центра тяжести палубного груза xгр определим из условия, что абсцисса центра тяжести судна не изменилась. Для этого вычтем в формуле (2.7)  в числителе момент 100*Xi, а в знаменателе  mгр=100 т, т.е. разгрузим судно (где Xi – это абсцисса центра тяжести 2-го трюма - см. таблицу 1.1).

                         (4.2)

м

Xгр=13,5 м

Длину груза определим, учитывая допустимое давление на крышки люков (таблица 2.1). Площадь груза определяется по формулам:

                                                                                             (4.3)

                                                                                                (4.4)

где Sгр, lгр, bгр – соответственно площадь, длина и ширина палубного груза, м;

qдоп – допустимое давление на крышки люков (таблица 2.1).

Получаем:

Так как принимаемый палубный груз малый используем формулу для приёма и снятия малого груза: 

               (4.5 –4.6)

где q - число тонн, изменяющих осадку на 1 см,

q=13,77 т/см (определяется по Приложению Г[1]);

М =5024,88 т, h=1,40 м (см. Часть 2)

d=4 м (см.Часть 1)

dd= 100/13,77=7,26 см = 0,0726 м, тогда

dh=100/(4924,88+100)*(4+0,0726/2-8,7-1,4)= -0,12 м,

тогда метацентрическая высота судна с палубным грузом будет вычисляться по формуле:

h1 = h + dh                                                                                          (4.7)

где h - метацентрическая высота (см. Часть 2)  

h1=1,40+(-0,12)=1,28 м

Изменения осадок носом и кормой при приёме груза находят по формулам:

ddн=tн*mгр/10

                                                                                                                     (4.8)

ddк=tk* mгр/10

Значения tн и tk определяются с помощью таблицы изменений осадки от приёма 10 т груза (Рисунок 4.1).

Из таблицы Рисунка 4.1 для осадки d = 4 м получаем значения

 tн и tk: tн = 1,2 см и tk = 0,29 см, тогда   

ddн = 1,2*100/10=12 см

ddк = 0,29*100/10  =2,9 см

4.2. Определение угла крена судна от неудачно размещённого груза массой mгр=100т с координатой у=-0,50 м.

Если груз размещён неравномерно по ширине, то судно получит статический крен, который определяется формулой:

                                                                                    (4.9)

где m = 100 т - масса неудачно размещённого груза;

у = - 0,50 м - координата неудачно размещённого груза;

h = 1,40 м - метацентрическая высота (см. Часть 2)

М = 5024,88 т - водоизмещение судна,

Рисунок 4.1 – Изменение осадки от принятия/снятия 10 тонн груза

град

Получаем:  Q = -0,410.

Угол крена в формуле (4.9) получился отрицательным, это значит, что судно имеет крен на левый борт.

4.3. Определение статических и динамических углов крена от шквала, создающего кренящий момент Мкрдин= 500 тм, при бортовой качке с амплитудой  Qт= ±15°

Углы крена определяется с помощью диаграмм статической и динамической остойчивости (Рисунки 4.2 - 4.7)

Плечо кренящего момента находят по формуле:

                                                                                        (4.10)

Qд

Qст

Q, град

lQ, м

Рисунок 4.2 - Диаграмма статической остойчивости при отсутствии крена

lд, м

Q, град

Qд

Рисунок 4.3 - Диаграмма динамической остойчивости при отсутствии крена

Рис.3

Рисунок 4.4 - Диаграмма статической остойчивости при крене на наветренный борт

Qд

Q, град

lд, м

Q

Qд

Рисунок 4.5 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на наветренный борт.

Рисунок 4.6 - Диаграмма статической остойчивости при крене на подветренный борт.

Qд

Q, град

lд, м

Рисунок 4.7 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на подветренный борт.

На диаграмме статической остойчивости динамический угол крена определяют из условия равенства работы восстанавливающего и креняще­го моментов. Работа восстанавливающего момента равна площади, огра­ниченной графиком диаграммы статической остойчивости, осью абсцисс и перпендикуляром к ней, восстановленном из точки Qд. Работа кренящего момента равна площади, ограниченной графиком кренящего момента до угла крена Qд осью абсцисс. Положение перпендикуляра при Qд под­бирается таким образом, чтобы площади под диаграммой статической ос­тойчивости и графиком кренящего момента были равны.

По диаграмме динамической остойчивости задача решается следую­щим образом. На оси абсцисс диаграммы откладывается угол, равный 1 радиану (57,3°), и из полученной точки восстанавливается перпендикуляр. На перпендикуляре откладывается плечо кренящего момента 1динкр, конец этого отрезка соединяется с началом координат. Абсцисса точки пересечения этой прямой с диаграммой динамической остойчивости соответствует углу динамического крена судна от шквала.

Снимая на диаграммах статической и динамической остойчивости значения статического и динамического углов крена, получаем:

При наличии у судна крена на тихой воде по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.2) Qст=3,50, Qд = 70 и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.3) Qд = 70.

При крене судна на наветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.4) Qст=40, Qд = 230 и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.5) Qд = 230.

При крене судна на подветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.6) Qст=3,70, Qд = -9,40 и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.7) Qд = -9,40.

Таким образом, можем сделать вывод, что во время шквального ветра динамические углы будут больше в том случае, когда на волнении судно накреняется на наветренный борт. Эта ситуация принимается за расчётную при нормировании их остойчивости.

4.4.          Проверка удовлетворения требований остойчивости судна в соответствии с Правилами Регистра судоходства в случае смещений груза зерна во всех трюмах одновременно.

а) Рассмотрим первый случай, когда трюма заполнены «под крышки», т.е. высота пустоты в соответствии с Правилами Регистра для данного судна должна приниматься равной 100 мм. В случае полного заполнения трюмов (Рисунок 4.8) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 150.

                                                                            b

                                                                           15о

                    100                            

                                                                           уi

Рисунок 4.8 - Схема перемещения зерна в случае полного заполнения трюма

Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с
Правилами Регистра, определяется по формуле:

МLy = Sпуст . yпуст                                                                                       (4.11)

где Sпуст - площадь перемещающейся пустоты, м2;

yпуст - поперечное перемещение пустот, м.

Для вычисления Sпуст воспользуемся формулой:   

Sпуст1 = (b2* tg150)/2                                                                                (4.12)

Sпуст2 = Bтр . 0,1                                                                                       (4.13)

где Sпуст1 - начальная площадь пустоты, м2;

Sпуст2 - площадь пустоты после смещения, м2;

b - ширина пустоты по крышке люка;

Bтр - ширина трюма, Bтр = 9,9 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по ширине);

Sпуст2 = 9,9* 0,1 = 0,99 м2

Sпуст2= Sпуст1

0,99 = b2/2 * tg150 = b2/2*0,27

b2 = 1,01/0,134 = 7,54 м2

b = 2,7 м

Поперечное смещение пустоты упуст вычисляется по формуле (из Рисунка 4.8):

yпуст = Bтр  -   Bтр/2  -  b/3

yпуст = 9,9-9,9/2-2,7/3 = 4,05 м

Используя формулу (4.11), найдём расчётный кренящий момент MLy:

MLy = 0,99*4,05= 4,01 м3

Плечо расчётного кренящего момента  определяется по формуле:

                                                                              (4.14)

где М - водоизмещение судна, т (см. Часть 2)

 - длина всех трюмов,  = 61 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по длине);

mзерн - удельный погрузочный объём зернового груза, м3/т;

k =1,06 для полностью загруженного трюма, k =1,12 для частично загруженного трюма

Удельный погрузочный объём m кукурузы равен 1,4 м3/т

Из формулы (4.12) получаем:

Для проверки остойчивости после смещения зерна в обоих случаях на график статической остойчивости (Рисунки 4.9, 4.11) наносят график кренящего момента. График кренящего момента в соответствии с Правилами Регистра судоходства представляется прямой линией, проведенной через точки с координатами Q =00;  и Q =400; . Статический угол крена от смещения зерна определяется по диаграмме статической остойчивости.

Остаточная площадь диаграммы после смещения зерна Sост вычисляется по диаграмме статической остойчивости численными методами.

Рисунок 4.9 - Диаграмма статической остойчивости в случае полного заполнения трюмов.

Мейлер Л.Е. Ляшко Р.А.

Остаточную площадь диаграммы определим из заштрихованного  прямоугольного треугольника:

 град.м.=0,157 рад.м., что больше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м).

б) Рассмотрим второй случай, когда предусматривается частичное заполнение трюмов. В случае частичной загрузки трюмов (Рисунок 4.10) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 250.

Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с Правилами Регистра, определяется по формуле (4.11)

Для вычисления Sпуст воспользуемся формулой:   

Sпуст = (B2тр*tg250)/8                                                                               (4.15)

где Sпуст - площадь пустоты после смещения, м2

Bтр - ширина трюма, Bтр = 9,9 м

 Sпуст =9,92/8*0,466 = 5,71 м2.

Рисунок 4.10 - Схема перемещения зерна в случае частичного заполнения трюма.

Поперечное смещение пустоты упуст вычисляется по формуле (из Рисунка 4.10):

упуст = Bтр- Bтр/6- Bтр/6

упуст = 9,9-9,9/6-9,9/6 = 6,6 м

Используя формулу (4.9), найдём расчётный кренящий момент MLy:

MLy = 5,71*6,6=37,69 м3

Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле (4.14)

	Q, град

 

Рисунок 4.11 - Диаграмма статической остойчивости в случае частичного заполнения трюмов

Остаточную площадь диаграммы определим из заштрихованного  прямоугольного треугольника:

 град.м. =0,051 рад.м., что меньше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м.).

Проверка требований остойчивости судна в соответствии с Правилами Регистра судоходства:

 Согласно «Международного зернового кодекса» и отечественным правилам перевозки зерна характеристики остойчивости судна, после смещения зерна, должны удовлетворять следующим требованиям:

·        угол статического крена судна qд  от смещения зерна не должен превышать 12° или угла входа палубы в воду qd, если он меньше 12°.

·        остаточная площадь Sост диаграммы статической остойчивости между кривыми восстанавливающих и кренящих плеч до угла крена, соответствующего максимальной разности между ординатами двух кривых qmax или 40°, или угла заливания qзал в зависимости от того, какой из них меньше, при всех условиях загрузки должна быть не менее 0,075 м. рад.

У судов типа «Амур» угол заливания равен qзал = 29,12о.

В случае полного заполнения трюмов угол статического крена судна Qст равен 1,20, а это меньше 120. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,19 рад.м., что больше 0,075 рад.м.

Следовательно, можно сделать вывод, что в случае полного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна удовлетворяют всем требованиям.

В случае частичной загрузки трюмов угол статического крена судна Qд равен 12,70, а это больше 120. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,051 м.рад, что меньше 0,075 м.рад.

Тогда, делаем вывод, что в случае частичного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна не удовлетворяют всем требованиям.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЗОН БОРТОВОЙ, КИЛЕВОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ С ПОМОЩЬЮ  УНИВЕРСАЛЬНОЙ

ДИАГРАММЫ Ю.В. РЕМЕЗА.

5.1. Определение периодов собственных бортовых, килевых и вертикальных колебаний судна в заданном случае нагрузки.

Значительное возрастание амплитуд бортовых и килевых колебаний судна наблюдается на нерегулярном волнении при совпадении среднего кажущегося периода волн и периода бортовой, килевой или вертикальной качки.

Собственные периоды различных видов качки определяются по формулам

 - для бортовой качки;                                                          (5.1)             

 - для килевой и вертикальной качки                 (5.2)       

где Тq, Тy, Тz - периоды бортовой, килевой и вертикальной качки

соответственно, с;

В - ширина судна; В = 13,43 м (см. Часть 1);    

d - осадка судна; d = 4 м (см. Часть 1);

с - инерционный коэффициент судна; с = 0,8 с/м1/2

h  - метацентрическая высота судна; h = 1,40 м (см. Часть 2)

Тогда, используя формулу (5.1), найдём период бортовой качки:

,  Тq = 9,08 с

Используя формулу (5.2), найдём период килевой и вертикальной качки:

Тy = Тz = 2,4.41/2 = 4,8 с

5.2. Определение резонансных сочетаний курсовых углов и скоростей судна для бортовой и килевой качки при волнении с интенсивностью 4 и 6 баллов.

Найдём расчётную длину волны по формуле:

                                                                                (5.3)                               

где tо - средний период нерегулярных волн, c;

kl - коэффициент, учитывающий степень нерегулярности волнения;

kl принимается kl = 0,78.

 Период tо может быть вычислен по следующей формуле:

                                                                                         (5.4)

где h3% - определяется по шкале Бофорта.

Расчет производится для волн, высота которых соответствует 4 и 6

балльному волнению.

При 4-х балльном волнении высота волны   h3%=1,625 м

При 6-ти балльном волнении высота волны h3%=4,75 м

Тогда по формуле (5.4)

tо = 3,1 . 1,6251/2 = 3,95 с

tо = 3,10 . 4,751/2 = 6,75 с

Подставляя в формулу (5.3), полученные значения tо, найдём расчётную длину волны

l = 1,56. 0,78. 3,952 = 18,98 м - при 4-х балльном волнении

l = 1,56. 0,78. 6,752 = 55,44 м - при 6-ти балльном волнении

Резонансные зоны для каждого вида качки определяются по диаграмме Ю.В.Ремеза (Рисунки 5.1-5.4) в следующей последовательности. Откладываем расчетную длины волны на оси ординат и через нее проводим горизонталь до пересечения с границами интервалов.

Тq1=0,7 Тq ; Tq2=1,3 Tq

Тy1=0,7 Тy; Ty2=1,3 Ty

Таким образом:

Для бортовой качки граница определяется

    Тq1= 0,7 . 9,08 = 6,36 с

    Тq2= 1,3 . 9,08 = 11,8 с

Для килевой качки граница определяется

    Тy1= 0,7 . 4,8=3,76 с

    Тy2= 1,3 . 4,8=6,24 с

Из точек пересечения проводят вертикальные линии до границы, соответствующей максимальной скорости судка в нижней части диаграммы (10 узлов).

Зона, ограниченная вертикальными линиями и полукруглой частью диаграммы, представляет область сочетаний скоростей и курсовых углов судна, неблагоприятных в отношении указанных видов качки.

При анализе и использовании этих расчетов следует помнить, что при курсовых углах (0° < q <12° (встречное волнение) и 168°< q < 180° (по­путное волнение) даже в условиях резонанса амплитуды бортовой качки будут незначительны. Поэтому эти диапазоны курсовых углов можно не относить к опасным.

Аналогичным образом из резонансной зоны для килевой качки можно исключить курсовые углы 78° < q < 102°.

6. Литература.

1.       Гуральник Б.С., Мейлер Л.Е. «Оценка посадки, остойчивости и поведения судна в процессе эксплуатации». Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы теории судна» для курсантов дневной и заочной формы обучения по специальности 240100 “Организация перевозок и управление на транспорте”. – Калининград, БГА РФ, 2003 г. – 28 с.

2.          Кулагин В.Д. Теория и устройство промысловых судов: Учебник
для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1986. - 392 с.

3.          Правила  классификации  и  постройки  морских судов: В 2-х т.- СПб.: Морской Регистр судоходства, 1995 г.

4.          Б.М. Яворский, Ю.А. Селезнев «Справочное руководство по физике». – М.: Наука, 1982. – 620 с.

Страницы: 1, 2, 3