Общие понятия о морской буксировке

 

Морская буксировка может быть запланированной и вынужденной. Все расчеты, связанные с запланированной буксировкой выполняются заблаговременно с учетом особенностей предстоящей операции. При вынужденной буксировке капитан буксировщика обязан выполнить расчеты скорости буксировки, а также элементов буксирной линии. Задача может свестись к выбору скорости буксировки, при которой прочность имеющегося буксирного троса оказалась бы достаточной. При вынужденной буксировке капитан не всегда имеет точные данные о буксируемом объекте, поэтому расчеты проводятся по простейшим эмпирическим формулам.

В курсовой работе производится простейший расчет скорости буксировки и элементов буксирной линии, пригодный для выполнения расчетов в судовых условиях.

Суммарное сопротивление должно быть преодолено упором гребного винта буксирующего судна. Разница между упором винта на полном ходу и сопротивлением буксирующего судна при уменьшенной скорости движения и есть сила, которая используется на продвижение буксируемого судна, и называется тяга на гаке.

Упор гребного винта рассчитывается по формуле:

 

R_ш = R₀ = R₁ + R₂                       (1.1.)

 

где         R_ш - упор гребного винта, кН;

R₀ - суммарное сопротивление, кН;

R₁ - сопротивление буксирующего судна, кН;

R₂ - сопротивление буксируемого судна, кН.

Тяга на гаке буксировщика определяется по формуле:

 

Т_г = Р_ш - R_{1 vб}                    (1.2.)

 

где         Т_г - тяга на гаке, кН;

Р_ш - упор винта, кН;

R_{1 vб} - сопротивление буксирующего судна, соответствующее скорости буксировки, кН.

Максимальной скоростью при буксировке будет та скорость, при которой сопротивления буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта буксировщика Р_ш. Скорость определяется по графику сопротивления буксирующего и буксируемого судов в зависимости от скорости буксировки.

Расчет буксировки производится следующим образом:

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

. Определяются сопротивления буксирующего и буксируемого судов на различных скоростях буксировки.

. Составляется таблица и чертятся графики зависимости сопротивлений от скорости буксировки, по которым определяются максимальная скорость буксировки и тяга на гаке.

. По значению силы тяги на гаке определяется толщина буксирного троса и длина рабочей части буксирной линии.

Расчет упора винта буксировщика

Для приближенной оценки упора винта буксировщика используется формула:

 

Р_ш = 0,136 * Ni                 (1.3.)

 

где         Р_ш - упор винта, кН;

Ni - индикаторная мощность главной силовой установки, кВт, выбирается из исходных данных.

Р_ш = 0,136 *5152= 700,67 кН

Однако формула (1,3) дает большие погрешности в расчетах по буксировке, поэтому для определения тяги на гаке буксировщика и максимальной скорости буксировки упор винта буксировщика следует принимать равным сопротивлению буксирующего судна на полном переднем ходу.

 

Расчет сопротивления судов

 

Сопротивление буксирующего судна рассчитывается следующим образом:

 

R₁ = Rтр +Rос + R_возд + R_в кН         (1.4.)

 

где R_ф - сопротивление трения для буксирующего судна, кН;

Rос - остаточное сопротивление для буксирующего судна, кН;

R_возд - сопротивление воздуха для буксирующего судна, кН;

R_в - сопротивление от волнения для буксирующего судна, кН.

 

Сопротивление буксируемого судна отличается от сопротивления буксирующего судна дополнительным сопротивлением застопоренного винта и сопротивлением буксирного троса:

 

R₂ = R_тр' +Rос' + R_возд' + R_в' + R_з.в. + R_тр кН (1.5.)

буксировка якорный стоянка судно

где R_ф' - сопротивление трения для буксируемого судна, кН;

Rос' - остаточное сопротивление для буксируемого судна, кН;

R_возд' - сопротивление воздуха для буксируемого судна, кН;

R_в' - сопротивление от волнения для буксируемого судна, кН;

R_з.в. - сопротивление застопоренного винта буксируемого судна, кН;

R_тр - сопротивление буксирного троса, кН.

Сопротивления рассчитываются по эмпирическим формулам:

 

Сопротивление трения: R_тр = ж_тр* n_воды * S * V_б^1,83 * 10^-5 кН (1.6.)

Сопротивление остаточное: Roc = (0,09 * d * ∆ * V_б⁴) / (L²)  кН (1.7.)

Сопротивление воздуха: R_возд = (жвозд. * r_возд./2 * A_н * (W_в + V_б)² * 10^-3) кН   (1.8.)

Сопротивление от волнения: R_в = (ж_в * r_воды * S * V_б² /2* 10^-3) кН (1.9.)

Сопротивление застопоренного винта: R_з.в. = 0,25 * D_в² * V_б² * 10^-3 кН (1.10)

Сопротивление погруженной в воду части буксирного троса:

R_тр = 0,04 * d_т * V_б² * Ö l² - (80 * R₂ * h_т)/(q * g)     Н          (1.11.)

 

где ж_ф - коэффициент трения, выбирается из исходных данных;

n_воды - плотность воды, принимаем равной 1025 кг/м³;

S - площадь смоченной поверхности корпуса судна, м²;

Для транспортных судов и плавбаз рассчитывается по формуле:

 

S = L_в*d_ср*(1,36 + 1,13 * d *B / d_ср) м²

 

Для промысловых судов по формуле:

 

S= L_в*d_ср*(1,45 + 1,12 * d * B / d_ср) м²

 

Для нашего случая мы берем формулу (1.12) для транспортных судов и плавбаз:

для буксирующего судна: S₁ = 123 * 6,7 * (1,36 + 1,13 * 0,79 * 16,8 / 6,7) = 2965,45 м²

для буксируемого судна: S₂ = 146 * 7,4 * (1,36 + 1,13 * 0,77 * 20 / 7,4) = 4010,04 м²

 

h_т = (H₁ + H₂) / 2 м            (1.13.)

 

h_т = (4+3,5) / 2 = 3,75 м

где H_1,2 - высота крепления троса над водой на буксировщике и буксируемом судах, м, выбирается из исходных данных;

q - линейная плотность буксирного троса, кг/м;

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

Для расчета сопротивлений по данным формулам берем V_б в м/с.

По формуле (1.6.) находим сопротивление трения:

 

R_тр = ж_тр * r_воды * S * V_б^1,83 * 10^-5

для буксирующего судна: R_тр=0,141*1025* 2965,45 * V_б^1,83 * 10^-5

для буксируемого судна: R_тр^’=0,140*1025* 4010,04 * V_б^1,83 * 10^-5

 

По формуле (1.7.) находим остаточное сопротивление:

 

Rос = (0,09 * d * ∆ * V_б⁴) / (L²) кН

для буксирующего судна: Rос = (0,09 * 0,79* 8970 * V_б⁴)/(130²) кН

для буксируемого судна: Rос' = (0,09 * 0,77* 16000 * V_б⁴) / (150²) кН

 

По формуле (1.8.) находим сопротивление воздуха:

 

R_возд = (жво*r_возд.*A_н *(W_в +V_б)² *10^-3) /2 кН

для буксирующего судна: R_возд = (0,8 * 1,25 * 180 * (9 + V_б)² * 10^-3) /2 кН

для буксируемого судна: R_возд' = (0,8 * 1,25 * 250 * (9 + V_б)² * 10^-3) /2 кН

 

По формуле (1.9.) находим сопротивление от волнения:

 

R_в = (ж_в * r_воды * S * V_б² * 10^-3) /2 кН

для буксирующего судна: R_в = (0,0004* 1025 * 2965,45 * V_б² * 10^-3) /2 кН

для буксируемого судна: R_в' = (0,0004* 1025 * 4010,04 * V_б² * 10^-3) /2 кН

 

По формуле (1.10.) находим сопротивление винта:

 

R_з.в.= 0,25 * D_в² * V_б² * 10^-3 кН

для буксируемого судна: R_з.в. = 0,25 * 5,1² * V_б² * 10^-3 кН

 

Так как необходимо произвести расчет сопротивлений для скоростей от 1 узла до значения скорости полного переднего хода буксирующего судна, которое равно 16,5 узлов, то результаты расчетов сводим в таблицу №2.