Расчет допустимого к погрузке на судно количества груза при перевозке груза в таре. Коэффициент укладки.

Габаритный объём места (Vm) ― произведение максимальных геометрических размеров с учётом выступающих частей:

 

Vm = l ∙ b ∙ h,                                         (7.1)

 

где l, b, h ― длина, ширина и высота места, м.

Удельный объём места (u_m) ―отношение суммы объёмов грузовых мест к массе брутто этих грузовых мест, м куб./т:

 

u_m = сумма Vm / сумма g.                 (7.2)

 

Фактический объём места, которое занимает груз, можно определить через коэффициент формы:

Vф = Кф Vф.                                     (7.3)

 

Данный коэффициент для цилиндрического груза равен 0,785; для кипового и мешкового груза 0,88…0,98.

Для бочкового груза, если клёпка имеет вид дуги окружности:

 

Кф = 0,2618 (2 + (d/D)².                   (7.4)

 

Если клёпка имеет вид параболы:

 

Кф = 0,5236 (8+4(d/D) +3(d/D)²),    (7.5)

 

где d и D – соответственно малый и большой диаметры бочки.

При укладке в штабель объём груза (V) будет превышать сумму объёмов мест (ΣVm), поскольку между отдельными местами остаются свободные пространства. Для учёта этого приращения объёма вводят коэффициент укладки:

Кук = V/(∑Vm).                              (7.6)

 

Коэффициент укладки зависит от формы и размера мест, плотности груза и способа укладки. Для ящичного и кипового грузов Кук = 1,1…1,3.

Для канатно-бочкового груза и груза прямоугольной формы Кук можно выразить через произведение линейных коэффициентов укладки:

 

Кук = Ki Kq Kg.                             (7.7)

 

Линейный коэффициент укладки зависит от отношения размеров места l, b, h к соответствующему линейному размеру свободных пространств I, q, g:

 

Ki = L/∑ l = 1 + i/l;

Kq= B/∑ b= 1 + q/b;                      (7.8)

Kg= H/∑ h= 1 + g/h;

 

где L, B, H ― соответственно длина, ширина и высота штабеля, м.

Коэффициент укладки Кук с достаточной для практических целей точностью может быть вычислен по формуле:

 

              Кук = 1 + i/l + q/b + g/h.                              (7.9)

 

При погрузке в трюм судна мелкоштучного груза на поддонах его удельный объём будет в 1,4…1,6 раза больше, чем при обычной укладке.

Удельный погрузочный объём (μ ― м³/т) ―объём, который занимает 1 т груза в трюме судна можно определить по формуле:

 

μ= W/Р;                                          (7.10)

 

где W ― грузовместимость трюма, куб.м;

  Р ― масса груза, т.

Удельный погрузочный объём зависит от объёма самого груза, пустот между отдельными грузовыми местами, а также между грузом и судовым набором.

Коэффициент трюмной укладки (Ктр) ― отношение грузовместимости трюма к сумме объёмов грузовых мест, погруженных в трюм:

 

Ктр = W/∑Vm.                            (7.11)

 

Коэффициент трюмной укладки зависит от кратности размеров грузовых помещений и грузовых мест, лекальности грузовых помещений, плотности укладки, формы и размеров грузовых мест. Зная коэффициент трюмной укладки, можно определить количество мест груза (N), которое можно погрузить в данное грузовое помещение:

 

N = W/Vm.                                    (7.12)

 

Зная μ и Ктр можно определить погрузочный объём для данного груза и соответствующего грузового помещения

 

µ´ = μ ∙ Ктр.                                    (7.13)

 

Масса груза, которая может быть погружена в трюм грузовместимостью W можно определить по формуле:

 

Q = W/µ´.                                          (7.14)

 

При всех вышеприведенных расчетах необходимо учитывать местную прочность, т.е. допустимую нагрузку на грузовую палубу судна. Коэффициент трюмной укладки выбирается самостоятельно из приведённых ниже значений (Табл. 7.1).

                                                       Таблица 7.1.

                    

РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА

СЕПАРАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Прокладочные и подстилочные материалы применяются для разделения (сепарирования) отдельных партий груза, предотвращения раздавливания груза, защиты его от попадания конденсата трюмного воздуха, предотвращения трения и самопроизвольного нагревания груза, а также для обеспечения быстрой и последовательной выгрузки. В качестве сепарационных материалов обычно используют дерево, бумагу, брезент, мешковину, синтетическую пленку и ли сетку.

Для некоторых грузов разработаны нормы расхода сепарации при перевозке их в обычных морских условиях. Эти нормы содержатся в Правилах безопасности морской перевозки генеральных грузов. Также для морских судов выработаны практические рекомендации и разработаны методики расчета необходимого количества сепарационных материалов. Вышеуказанные рекомендации охватывают основные категории генеральных грузов: ящики, мешки, кипы, бочки, металлоизделия и т.п.

Ящичный груз. В зависимости от вида груза и прочности тары могут быть рекомендованы следующие виды сепарации:

1) при погрузке консервной продукции в металлической и стеклянной таре на металлический настил палубы укладываются доски толщиной 20…25 мм, и через каждые шесть ярусов делается деревянный настил;

2) груз в картонной таре: под первый ярус также укладывают настил из досок, но первый промежуточный сплошной настил делается через три яруса, второй ― на шестом ярусе, а затем через каждые шесть ярусов. Если груз перевозится на поддонах, то настил на металлической палубе не делается.

Разделение партий груза производится бумагой, синтетическими пленками или сетками. Борта и переборки завешиваются бумагой.

Мешковой и киповый груз. На палубу под каждый ряд мешков укладывают по две доски сечением 100х25 мм с промежутками между досками не более 10…15 см. Поверх досок настилается крафт-бумага.

Для исключения попадания свободной влаги, образующейся из конденсата трюмного воздуха, также для обеспечения нормального стока влаги, первый слой досок выкладывают перпендикулярно к колодцам осушительной системы с интервалом порядка 15 см. При этом подстилку под первый ярус груза укладывают в два слоя: нижний ― для обеспечения нормального стока, второй ― с интервалом 5…8 см, перпендикулярно первому для опоры груза. При укладке мешкового груза интервалы между досками опорного слоя должны быть не более 3 см.

Точное количество сепарации на предстоящий рейс рассчитать достаточно трудно, поскольку ее расход зависит от формы грузового помещения и типа судна, но приближенное количество может быть получено из приведенной ниже таблицы.

      Таблицы 8.1 ― Нормы расхода сепарационных материалов

 

 

При этом следует учитывать, что эти нормы могут оказаться недостаточными, поскольку может потребоваться крепление груза, заполнение пустот между грузовыми местами или устройство вентиляционных колодцев (воздуховодов) внутри штабеля груза.

При перевозке грузов, которые требуют усиленной вентиляции (какао-бобы, кофе в зернах и пр.), устраивают искусственные воздуховоды из досок. Объем пиломатериалов, необходимых для их изготовления, в среднем равен 0,003…0,005 объема грузового помещения. Для более точного расчета составляют план размещения груза в помещении и определяют необходимое количество воздуховодов в продольном и поперечном сечении каждого трюма.

Для заполнения пустот, которые образуются при укладке груза, особенно в имеющих большую кривизну борта трюмах, используется крепежный материал. Его объем зависит от вида груза и размеров грузового места и определяется каждый раз в процессе составления грузового плана. При этом объем крепежного материала можно принять равным 0,15…0,25 от объема пустот.

Для расчета количества необходимого сепарационного материала в трюмах используют следующие эмпирические формулы:

 

П = Кл ∙ О;

qп = Кп ∙ О;

qт = Кт ∙ О;

qг = Кг ∙ О;

 

где П ― объем крепежного леса, м³;

Кл, Кп, Кт, Кг ― норма расхода, соответственно, лесоматериалов, проволоки, троса, гвоздей (см. таблицу 8.2);

qп, qт, qг ― количество проволоки, троса, гвоздей, требуемых для данной партии груза. При этом, Кл принимается по опытным данным;

О ― масса партии груза.

 

Таблица 8.2 ― Зависимость количества сепарационного материала от вида груза

При укладке грузов в бочковой или ящичной таре необходима подкладка под оба конца грузового места. Длину подкладок в погонных метрах можно рассчитать по следующей формуле:

 

Lб = 2 ∙ N ∙ D ∙ Kβ ∙ Кз;

 

где: Lб ― длина всех брусьев, м;

   N ― число грузовых мест;

   D ― поперечный разрез одного места;

Kβ ― коэффициент укладки данного груза по ширине;

Кз ― коэффициент запаса, зависящий от длины брусков и величины перекрытия брусков.

Объем общего количества брусков рассчитывается по формуле:

 

Vб = Lб ∙ b ∙ h;

где: b ― ширина бруска, м;

   h ― ширина бруска, м.

Количество мешков, матов, брезентов и т.п., необходимое для изоляции поверхности бортов, переборок, палуб и т.п. определяют по формуле:

                                                F · n

                             N =

                                         (l + p) · (b + p)

 

где: F ― площадь поверхности, которую необходимо закрыть, м²;

   l и b ― длина и ширина матов или брезента, м;

   р ― величина перекрытия каждой штуки по длине и ширине, м;

   n ― число слоев.

Если необходимо сделать сплошное перекрытие трюма досками количество пиломатериалов (объем в м³) определяют методом подсчета площади перекрытия и вычисляют по следующей формуле:

 

                                  П = Кл ∙ F;

 

где: Кл ― норма расхода леса на в м³ на 1 м² (см. таблицу 8.3);

   F ― площадь перекрытия, м².

 

Таблица 8.3 ― Нормы расхода леса

 

РАСЧЕТ ОСТОЙЧИВОСТИ И ПОСАДКИ СУДНА ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ГРУЗОВОГО ПЛАНА.

Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения равновесия под воздействием внешних сил, снова возвращаться к данному положению после прекращения этого воздействия. Остойчивость ― важнейшее мореходное качество судна, обеспечивающее безопасность плавания. В теории различают начальную остойчивость, т.е. остойчивость на малых углах крена, и остойчивость на больших углах крена, а также статическую и динамическую остойчивость.

Остойчивость на малых углах крена характеризуется величиной начальной метацентрической высоты судна h, остойчивость на больших углах крена ― зависимостью плеча остойчивости l от угла крена θ.

Графическое изображение этой зависимости, при медленных накренениях судна, когда можно пренебречь силами инерции и силами сопротивления воды, называется диаграммой статической остойчивости, или диаграммой Рида(см. рисунок 10.2), а остойчивость судна при медленных накренениях называется статической.

Графическое изображение этой зависимости, при быстрых накренениях судна, когда необходимо учитывать действующие силы инерции и силы сопротивления воды, называется диаграммой динамической остойчивости (см. рисунок 10.3), остойчивость судна при этих условиях называется динамической.

В целях обеспечения нормальной остойчивости, прочности корпуса и посадки судна в процессе его эксплуатации, в соответствии с требованиями классификационных обществ и конвенции СОЛАС - 74 на каждое судно должна быть выдана Информация капитану об остойчивости судна. Данная Информация должна содержать следующие сведения:

1) данные об остойчивости судна для типовых, заранее рассчитанных параметров загрузки;

2) указания относительно эксплуатационных ограничений, необходимые для принятия мер против опрокидывания судна;

3) вспомогательные графики, таблицы и другие материалы для расчетов остойчивости и посадки судна при нетиповых вариантах загрузки;

4) рекомендации по принятию мер для улучшения остойчивости судна.

Информацию выдает завод-строитель на основании опытного кренования судна, она должна быть одобрена классификационным обществом, под надзором которого находится судно.

В новой Информации об остойчивости расчет типовых, как и конкретных случаев нагрузки выполняется в виде таблиц, в которых для рассматриваемого случая загрузки судна приведены веса, координаты центров тяжести по высоте и длине и их моменты относительно основной плоскости и миделя для всех переменных весов, входящих в дедвейт ― груз, запасы жидких грузов, балласт. Вес экипажа, провизии, снабжения, расходных материалов в таблицу обычно не включается, однако, для более точного расчета параметров остойчивости и посадки судна, в некоторых случаях учитывают и их. В результате суммирования весов и моментов получают так называемый «условный дедвейт» ∆°W, его моменты Mz и Mx, координаты центра тяжести судна Zg и Xg. Эти величины служат исходными параметрами для определения посадки судна, характеристик его остойчивости и общей прочности корпуса.

К этому бланку дополнительно помещают схему продольного сечения корпуса судна с условным обозначением загрузки трюмов и отсеков, а также строят диаграмму статической остойчивости.

Информация о типовых случаях загрузки позволяет оценить остойчивость судна в случаях нагрузки его, близкой к расчетным вариантам, указанным в Информации об остойчивости судна. За критерий такой сравнительной оценки следует принимать, прежде всего, возвышение центра тяжести над основной плоскостью. Если дедвейт судна равен или несколько меньше дедвейта одного из расчетных вариантов, приведенных в Информации, а центр его тяжести намного ниже, то это, как правило, гарантирует выполнение требований к остойчивости. Исключением могут быть только случаи, когда принято большое количество жидких грузов и появляется значительное влияние на остойчивость из-за образовавшихся свободных поверхностей.

Таким образом, для самостоятельного расчета остойчивости судна необходимо на расчетном бланке, аналогичном по форме бланку типового случая загрузки судна, используя данные по характеристикам грузовых трюмов и цистерн запасов и балласта, приведённые в Информации об остойчивости судна, заполнить таблицу весов всех переменных нагрузок, координат их центров тяжести и рассчитанных моментов принятых на судно грузов и запасов. Водоизмещение порожнем и координаты центра тяжести судна остаются неизменными при любых случаях, поэтому эти данные берутся из типовых случаев расчетов. (см. таблицу 9.1).

Первоначально расчет производится без учета балластировки судна жидким балластом. Для определения центров тяжести погруженных или снятых с борта судна грузов используют масштабную схему продольного разреза судна. Для танков, предназначенных для размещения жидких грузов (топливо тяжелое и легкое, смазочные масла, вода) в Информации указаны их объемы и координаты центра тяжести по длине и высоте при полном их заполнении. Для грузовых трюмов, которые могут быть заполнены не полностью и неоднородным грузом, координаты центра тяжести определяют по построенным для каждого трюма шкалам заполненного объема трюма или по специальным таблицам заполнения трюмов и возвышения центра тяжести в зависимости от уровня заполнения.

Распределение массовых грузов между грузовыми отсеками производится с учётом следующих факторов:

1. Когда УПО (SF - stowage factor) груза меньше удельной грузовместимости судна, применяется метод распределение пропорционально объемам отсеков. Для этого используется такой ход решения:

− находится суммарный объем грузовых помещений Σv_1,2,3…. = W, м3; 

− распределение массы груза между отсеками выполняется пропорционально объему трюма по формуле:

 

                                      Q₁ = (Δч/W) • v₁; (9.1)

 

Где: Δч – чистая грузоподъемность судна для данного рейса (cargo capacity),т;

    Q₁ – масса груза в первый отсек, т;

    W – общий объем грузовых трюмов, м3;

    v₁ – объем трюма № 1, м3. Так же производится расчёт для всех трюмов судна.

Таким образом, весь груз распределяется по всем отсекам пропорционально их объемам. Выбирается дедвейт, но полностью не используется вместимость.

 2. Распределение насыпных или навалочных грузов, когда УПО (SF) груза равен или больше удельной грузовместимости судна выполняется путем заполнения всех трюмов полностью. В результате вместимость судна используется полностью, а дедвейт не выбирается. 

    Координаты центров тяжести палубного груза, если таковой имеется, также определяют по масштабной схеме продольного разреза судна. Момент инерции свободных поверхностей m_св выбирается из таблицы «Характеристики цистерн запасов и балласта», размещённой в Информации об остойчивости. При этом следует учитывать, что цистерны, заполненные более чем на 95% считаются полными и для них учёт влияния свободных поверхностей жидких грузов не учитывается.

Таблица 9.1 ― Типовые случаи расчетов (пример)

 

№	Статьи нагрузки	Р (т)	Z (м)	X (м)	Mz (P•Z) тм	Mx (P•X) тм	m св
	Груз (cargo)
	Трюм № 1
	Трюм № 2
	Трюм № 3
	Тяж. топливо (IFO)
	Танк № 3
	Танк № 5
	Легк. топливо (MGO)
	Танк №
	Танк №
	Смаз. масла (LO)
	Танк №
	Пресная вода (FW)
	Ахтерпик
	Экипаж с багажом
	Cудно порожнем
	∑	∆	Zg	Xg	∑Mz	∑Mx

 

                Где: Zg = ∑Mz /∆; (9.2)        Xg = ∑Mx / ∆; (9.3)

 

Следует также учитывать, что не рекомендуется допускать образования больших свободных поверхностей в танках, предназначенных для приема жидких грузов (запасов) и, если влияния свободных поверхностей все же не удается избежать, то следует постараться размесить жидкие грузы так, чтобы количество танков (цистерн) со свободными поверхностями было минимальным, а для улучшения остойчивости следует принимать балласт.

   Оценка остойчивости судна, в основном, может производиться по рассчитанным величинам Zg и h, однако в большинстве случаев бывает необходимо проверить остойчивость судна по всем критериям, установленным требованиями Международной конвенции СОЛАС 74, Международного Кодекса по остойчивости судов в неповреждённом состоянии, 2008 г. и классификационного общества, под надзором которого находится судно.

Посадку и начальную остойчивость судна можно рассчитать несколькими методами.

1. По данным, снимаемым с соответствующих диаграмм, включая диаграммы осадок (образец см. Рис. 9.1).

2. Расчетным, используя кривые элементов теоретического чертежа судна.

В нашем случае воспользуемся вторым методом.

                

                               Рис. 9.1 Диаграмма осадок судна.

(графическое изображение зависимости между водоизмещением судна, абсциссой центра величины и осадками носом и кормой.)

 

Снимаем из таблицы элементов теоретического чертежа осадку судна для полученного в результате расчетов объемного водоизмещения. Например (судно 1), для V = D/1,025 = 15250/1,025 = 14878 м³. По таблице, где через интервалы в 1 см даны элементы теоретического чертежа, определяем исходные данные для последующих расчетов (судно 1):

1) среднюю осадку по данным таблицы d (в нашем случае = 8,233 м);

2) аппликату поперечного метацентра z_m (в нашем случае = 8,14 м);

3) момент, дифферентующий на 1 см МТС (в нашем случае = 163,20 тм/см);

4) абсцисса центра величины x_c (в нашем случае = 1,04 м);

5) абсцисса ЦТ ватерлинии x_f (в нашем случае = – 1,45 м).

После снятия табличных значений элементов теоретического чертежа определяем метацентрическую высоту загруженного судна:

 

h = z_m – z_g  - Δh                                      (9.4)

 

где: h ― метацентрическая высота;

  z_m ― аппликата поперечного метацентра (выбираем из таблиц теоретических кривых судна);

  Δh – поправка к метацентрической высоте, учитывающая влияние жидких грузов;

  zg ― исправленная, с учётом влияния жидких грузов, аппликата ЦТ судна.

Определяем дифферентующий момент судна:

 

Мдиф = Мх – ∆ · x_c.                                  (9.5)

 

Затем рассчитываем дифферент судна:

 

∆d = Мдиф/(100 · MTC).                               (9.6)

 

На основании рассчитанного дифферента определяем осадки судна на носу (dн), на корме (dк) и на мидель-шпангоуте (dср):

 

dн = d + ∆d · (0,5 – x_f/Lbp);                       (9.7)

 

dк = d – ∆d · (0,5 + x_f/Lbp);                       (9.8)

 

                                             dср = (dн + dк)/2.                                      (9.9)

Где: Lbp ― длина судна между перпендикулярами, м;

При этом следует помнить, что для улучшения ходовых качеств и управляемости судна дифферент должен быть либо на корму в пределах до 1,0 м, либо, что менее благоприятно, равен «0». В случае, если при расчетах после распределения нагрузок дифферент не достиг необходимых значений, следует рассмотреть вопрос балластировки судна в пределах определенного на рейс дедвейта или, если позволяет грузовместимость трюмов, перераспределения груза по трюмам.

Далее, используя данные сделанных ранее расчетов, приступаем к построению диаграмм остойчивости судна.