Условия безопасной якорной стоянки. Общие сведения

 

В этой части якорной стоянки рассматриваются вопросы безопасной якорной стоянки судна. Выбор места обусловливается гидрометеорологическими, физико-географическими условиями местности и навигационным обеспечением района. Судно, стоящее на якоре, подвержено воздействию внешних факторов, таких, как ветер, течение, поэтому оно может перемещаться по окружности, описанной вокруг места выкладки якоря радиусом, который рассчитывается по выражению:

 

R_я = X + a + L м                         (3.1.)

 

где         R_я - радиус якорной стоянки, м;

X - горизонтальное расстояние от точки начала подъёма якорной цепи от

 грунта до якорного клюза, м;

a - длина участка якорной цепи, лежащей на грунте, м;

L - наибольшая длина судна, м;

Надежность стоянки судна на якоре может быть обеспечена в том случае, если держащая сила якорного устройства F_я будет больше или равна сумме внешних сил SF_i, действующих на судно, стоящее на якоре, то есть:

F _я ³ S F_i                                                              (3.2.)

-

Рис. 1 Расположение сил, действующих на судно, стоящее на якоре.

 

Расчет внешних сил, действующих на судно

 

Влияние внешних условий определяется суммой внешних сил:

 

SF_i = F_в + F_т + F_ин + F_волн  Н                    (3.3.)

 

где: F_ветра - сила воздействия ветра, Н;

F_т - сила воздействия течения, Н;

F_ин - сила инерции судна при рыскании, Н;

F_волн - сила воздействия волнения, Н;

Сила воздействия ветра F_ветра на надводную часть судна зависит от скорости ветра и площади обдуваемой поверхности и с достаточной для практических расчетов точностью может быть рассчитана по выражению (1.8.):

 

R_возд = (жо *r _возд. * A_н * (W_в + V_б)² * 10^-3) /2

 

После преобразования выражения и вычисления значения силы воздействия ветра в Ньютонах получаем выражение:

 

F_ветра = жо * r_возд. * A_н * W_в² / 2 Н           (3.4.)

 

F_ветра = 0,8 * 1,25 * 250 * 8² / 2 = 8000 Н

Сила воздействия течения F_т на подводную часть судна определяется как сумма сопротивления подводной части корпуса и сопротивления застопоренного винта на течении:

 

F_т = R_тр + R_ос + R_з.в. Н                          (3.5.)

 

где         R_тр - сопротивление трения корпуса, Н; рассчитывается по выражению (1.11.), но вместо скорости буксировки подставляется скорость течения и расчет ведется в Ньютонах:

 

R_тр = ж_тр * r_воды * S * V_т^1,83 * 10^-2 Н     (3.6.)

 

R_тр = 0,14* 1025 * 4010,04 * 0,8^1,83 * 10^-2 = 3825,21 Н

Rос - остаточное сопротивление корпуса, Н; рассчитывается по выражению (1.7.), но вместо скорости буксировки подставляется скорость течения и расчет ведется в Ньютонах:

 

Rос = (0,09 * d * ∆ * V_т ⁴) * 10³ / L² Н          (3.7.)

 

Rос = (0,09 * 0,77* 16000 * 0,8 ⁴) * 10³ / (150²) = 20,18 Н

R_з.в. - сопротивление застопоренного винта, Н; рассчитывается по выражению (1.10.), но вместо скорости буксировки также подставляется скорость течения и расчет ведется в Ньютонах:

 

R_з.в. = 0,25 * D_в² * V_т² Н                    (3.8.)

 

R_з.в. = 0,25 * 5,1² * 0,8² = 4,16 Н

Таким образом, согласно выражению (3.5.) получаем следующее:

 

F_т = R_ф + R_с + R_з.в. Н

 

F_т = 3825,21+ 20,18 + 4,16 = 3849,55 Н

Воздействие силы инерции судна F_ин при рыскании судна на якоре можно принять равной весу якоря в воде, то есть:

 

F_ин = Р_я = G * g * (1 - g_воды / g_ст)  Н                    (3.9.)

 

где         Р_я - вес якоря в воде, Н;

G - масса якоря, выбирается из исходных данных кг;

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

g_воды - удельный вес воды, Н/м³;

 

g_воды = r * g = 1025 * 9,81 = 10055,25 Н/м³

 

где r - плотность воды 1025 кг/м³. g_ст - удельный вес стали из которой изготовлен якорь, Н/м³; принимаем равным 76520 Н/м^3. (данные берем из практической работы) Тогда из формулы (3.9.) получаем:

 

F_ин = Р_я = G * g * (1 - g_воды / g_ст)  Н

 

F_ин = Р_я = 5000* 9,81 * (1 - 10055,25 / 76520₎ = 42604,49 Н

Воздействие силы от волнения:

 

R_в = (K_в * r_воды * S * V_т²) /2 Н

 

R_в = ((0,0003* 1025 * 4010,04 * 0,8²) / 2) = 394,59 Н

Окончательно по формуле (3.3.) получаем сумму всех внешних сил:

 

SF_i = F_ветра + F_т + F_ин +F_волн Н,

 

SF_i = 8000 + 3849,55 + 42604,49 + 552,42 = 54848,64 Н.

 

Определение держащей силы якорного устройства

 

Держащая сила якорного устройства представляет собой сумму держащей силы якоря и держащей силы участка цепи, лежащей на грунте:

 

F_я = 9,81 * (G * K + a * q_ц * ж₁) Н                (3.10.)

 

где G - масса якоря, кг; выбирается из исходных данных;

K - коэффициент держащей силы якоря, зависящий от конструкции и массы якоря и от характера грунта;

a - длина участка якорной цепи, лежащей на грунте, м; принимаем равной а = 25 м по условию;

q_ц - линейная плотность якорной цепи в воде, кг/м:

 

q_ц = 0,018 * d_ц² кг/м                            (3.11.)

 

q_ц = 0,018 * 70² = 88,2 кг/м

d_ц - калибр якорной цепи, мм; выбирается из исходных данных;

ж₁ - коэффициент трения покоя якорной цепи для различных грунтов;

Следовательно, из выражения (3.10.) получаем: F_я = 9,81 * (G * K + a * q_ц * f₁) Н

F_я = 9,81 * (5000* 2.7 + 25 * 88,2 * 0,61) = 145629,94 Н