Вимоги до остійності суден при перевезенні зерна

 

При перевезені зерна насипом існує загроза, що при значних амплітудах хитавиці судна зерно почне пересипатися на один з бортів, не повертаючись в початкове положення. І з кожним разом зерно буде пересипатися все більше і більше, поки не досягне певного сталого положення.

Існує «Міжнародний кодекс безпечного перевезення зерна насипом». Регістр судноплавства України на основі цього кодексу в 2007 році видав «Правила перевозки зерна». Згідно цих документів кожне судно, яке перевозить зерно насипом, повинно мати «Інформацію по остійності судна при перевезенні зерна насипом».

Згідно кодексу моменти, що кренять судно, обраховані відповідним чином, не повинні створювати крен більше 12º.

На діаграмі статичної остійності залишкова площа між кривою плечей, що кренять, і кривою плечей, що відновлюють судно, до кута крену. при якому максимальна різниця між цими кривими максимальна, або до 40º. або до кута заливання, дивлячись який менше, при всіх умовах завантаження не повинна бути менше 0,075 м×радіан.

Початкова метацентрична висота не повинна бути не менше 0,30 м або ). В залежності від того, що більше.

В формулі l – загальна довжина трюмів в м, b – ширинасудна або ширина трюмів, якщо судно має подвійні борти, vb – середня висота пустоти, розрахованої відповідно п. 5.1 «Правил перевозки зерна» в м, SF – питомий завантажувальний об’єм в м³/т, Δ – водотоннажність судна в т.

Перед завантаженням зерна капітан судна повинен показати, що під час всього рейсу остійність судна буде відповідати наведеним вимогам.

 

Приклад 2.8.

Перевірити остійність суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” при перевезенні зерна з питомим завантажувальним об’ємом 1,46 м³/т (щільність 0,685 т/м³) і 100% запасів.

Згідно таблиці А.1 розміри вантажного трюму 1 l × b × h = 32,66 × 13 × 10 м, вантажного трюму 2 l × b × h = 51,22 × 13 × 10 м.

Середня висота пустоти, розрахованої відповідно п. 5.1 «Правил перевозки зерна» Регістра судноплавства України при висоті трюму h=10 м vb =750 мм.

В прикладі 2 водотонажність судна Δ = 11123 т, апліката центра тяжіння судна zg = 6,51 м вільні поверхні ΣγІх =842 тм.

Згідно «Гідростатичним характеристикам» суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” (див. додаток А) для Δ = 11123 т:

апліката поперечного метацентра zm (KMT) =6,97 м.

Поперечна метацентрична висота

h = h₀ – Δh = zm – zg - = 6,97 – 6,51 –

 

Необхідна метацентрична висота

 

Перевезення зерна без додаткових заходів, які запобігають пересипанню (встановлення шифтінгбордсів*, мішкування і т.п.) в суховантажному судні “TIMBER NAVIGATOR”неможливе.

 

 

Непотоплюваність суден

 

Непотоплюваність суден – одна із важливих морехідних якостей судна.

Непотоплюваність – це здатність судна зберігати плавучість і остійність при затопленні одного або декількох відсіків. Відсік – це будь-яке приміщення судна, обмежене водонепроникними поверхнями. Непотоплюваність суден забезпечується поділом судна на ряд водонепроникних відсіків, відповідною висотою надводного борту та водонепроникними закриттями люків, дверей, горловин та інших отворів.

Посадка і остійність непошкодженого судна в усіх експлуатаційних випадках завантаження повинна бути такою, щоб були виконані вимоги до аварійної посадки і остійності непошкодженого судна.

Дуже важливо, щоб судно при отриманні пробоїни тонуло не перекидаючись. Тобто щоб його остійність до останнього моменту була позитивною.

Ступінь непотоплюваності визначається числом відсіків, затоплення яких не викликає загибелі судна. В абревіатурі класу судна Регістра судноплавства України і Російського морського Регістра судноплавства є значок , або , який означає число суміжних відсіків, при затопленні яких судно остається на плаву з достатньою остійністю.

В залежності від призначення судна на стадії проектування конструктивно забезпечують відповідну одно, двох або трьох відсічну непотоплюваність.

Затоплювані відсіки діляться на чотири категорії

Перша категорія – відсіки, що при пробоїні повністю заповнюються водою без створення повітряних подушок. Повітряна подушка – це шар повітря в верхній частині відсіку, яке не може вийти назовні і стиснене знизу водою.

Друга категорія – відсіки, що затоплені частково, мають вільну поверхню, але не сполучаються із забортною водою.

Третя категорія – відсіки, що затоплені частково і сполучаються із забортною водою.

Четверта категорія – відсіки, що затоплені частково, сполучаються із забортною водою і мають в верхній частині повітряну подушку (тобто рівень води в відсіку менший рівня забортної води

Кількість води, яка може влитися в відсік при пробоїні, залежить від того, яку частину об’єму відсіку займає вантаж або механізми. Це враховується коефіцієнтом проникності відсіку.

Коефіцієнт проникності відсіку μ може змінюється від 0, коли, наприклад, цистерна повністю заповнена водою, до 1, коли цистерна порожня.

При розрахунках, які виконуються в проектних організаціях, коефіцієнти проникності нормуються. Так, для приміщень, зайнятих механізмами, μ = 0,85, для житлових і порожніх приміщень μ = 0,95, для вантажних приміщень μ = 0,6.

В умовах судна остійність при пробоїні (якщо немає на судні відповідної програми в комп’ютері) можна приблизно оцінити, використовуючи метацентричні формули остійності та діаграму статичної остійності. Воду, яка влилася через пробоїну, слід вважати за прийнятий рідкий вантаж з вільною чи без вільної поверхні.

Основні вимоги до посадки та остійності пошкодженого судна:

- початкова метацентрична висота не менше 0,05 м;

- кут крену при несиметричному затопленні не повинен перевищувати 20º до випрямлення і 12º після вживання заходів для випрямлення судна;

- протяжність ділянки діаграми статичної остійності з додатними плечима не менш ніж 20º;

- максимальне плече діаграми статичної остійності не менш ніж 0,1 м.

На окремих суднах окрім «Інформації про остійність та міцність судна» є ще «Інформація про непотоплюваність судна», де розібрані всілякі випадки можливих пробоїн в борту чи в днищі судна і приведені вірогідні при цьому середня осадка, крен, диферент, метацентрична висота, діаграма статичної остійності. Наведені також рекомендації по випрямленню судна.

Тому капітан і старший помічник судна повинні досконало вивчити всі рекомендації, наведені в «Інформації про непотоплюваність судна» і періодично оновлювати їх в пам’яті.

Для всіх суден, в яких в класі судна є знак непотоплюваності, для забезпечення непотоплюваності для кожної водотонажності розраховується максимально допустима апліката центра тяжіння судна. Таблиця з максимально допустимими аплікатами центра тяжіння судна в залежності від водотоннажності приводиться в «Інформації про остійність».

 

Ходовість суден

 

Загальні положення

 

Ходовість – здатність судна підтримувати задану швидкість руху при найменшій затраті потужності.

Ходовість судна залежить від багатьох чинників.

В першу чергу це потужність головного двигуна. Чим вона більша, тим буде більшою швидкість судна.

Щоб збільшити швидкість судна вдвічі, треба потужність головного двигуна збільшити більш ніж в вісім (2³) разів.

По-друге (основне) – це досконала форма обводів підводної частини судна. На початковій стадії проектування вибирають оптимальну форму обводів на основі випробувань моделі судна в дослідному басейні в залежності від призначення судна. Або вибирають форму обводів тих суден, що чудово зарекомендували себе в експлуатації.

По-третє – оптимально спроектований гребний гвинт та гвинторульовий комплекс.

В четверте – шереховатість поверхні підводної частини судна. Свіжопофарбоване судно (після докування) розвиває більшу швидкість при меншій потужності головного двигуна, ніж обросле балянусом.

Головний двигун через гребний гвинт витрачає свою потужність на подолання опору води руху судна.

 

Опір руху суден

На корпус судна, що рухається, діє тиск води на підводну частину судна і тиск повітря на надводну. Тиск води на підводну частину судна складається з гідростатичного і гідродинамічного тиску, який залежить від швидкості руху, форми обводів корпусу та інших чинників. Рівнодіюча гідродинамічного тиску направлена в сторону, протилежну руху судна. Горизонтальна складова рівнодіючої гідродинамічного тиску протидіє руху судна і називається опором буксирування.

В усіх підручниках опір буксирування записують формулою

де с – коефіцієнт повного опору;

ρ – густина води в т/м³;

v – швидкість руху судна в м/с;

S – змочена поверхня голого корпусу;

Sвч – змочена поверхня виступаючих частин.

 

Для того, щоб судно рухалося з постійною швидкістю, необхідно прикласти до нього силу, рівну силі опору і протилежно направлену. Ця сила називається упором. Вона створюється гребним гвинтом або іншим рушієм.

Добуток опору буксирування на швидкість називається потужністю буксирування.

N _б = R × v (кВт).

Потужність головного двигуна на виході гребного валу називають ефективною потужністю.

Відношення потужності буксирування до ефективної називається пропульсивним коефіцієнтом.

.

На одногвинтових транспортних суднах пропульсивний коефіцієнт коливається в границях 0,40 … 0,80.

Буксировочний опір поділяють на дві складові – опір тиску і опір тертя. В свою чергу опір тиску поділяють на опір форми і хвильовий опір. Їх назви говорять самі за себе.

 

Таким чином повний опір води

R = R_f + R_e + R_{w ,}

де R_f – опір тертя;

R_e – опір форми (або вихровий опір);

R_w – хвильовий опір.

 

На судні опір води (упор гвинта) можна приблизно визначити по формулі

(кН),

де N – потужність головного двигуна в кВт,

η – пропульсивний коефіцієнт комплексу корпус - рушій,

v – швидкість судна в вузлах.

В багатьох підручниках пропульсивний коефіцієнт комплексу корпуc – рушій рекомендується розрахувати по формулі Лаппа

η = 0,885 – 0,00115 n √ L,

де n – частота обертання гребного гвинта в 1/с,

L – довжина судна між перпендикулярами в м.

Але ця формула дає завищені значення пропульсивного коефіцієнта, який не перевищує 0,7-0,8.

 

При розрахунках ходовості використовують коефіцієнти подібності – число Фруда і число Рейнольдса.

 

Число Фруда

Fr = ,

де v – швидкість судна в вузлах,

g = 9,81 м/с^2,

L – довжина судна між перпендикулярами в м.

 

Число Рейнольдса

Re = ,

де v – швидкість судна в вузлах,

L – довжина судна в м,

γ – кінематична в’язкість рідини в м²/с. Для морської води при температурі 20ºС кінематична в’язкість ν ≈ 1,05×10^-6 м²/с.

Для водотонажних суден значення числа Фруда коливається від 0,2 до 0,3.

 

При русі судна на мілині збільшується осадка за рахунок зменшення тиску води на днище і зростає опір буксирування.

При швидкості судна v_k = (де Н – глибина води) перед судном утворюється одиночна хвиля і різко зростає опір. Ця швидкість називається критичною.

При глибині води Н = 8 м критична швидкість v_k = = = =8,86 м/с =17,2 вуз.

 

Приклад 2.9.

Визначити опір руху суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR”при осадці по вантажну марку, прийнявши пропульсивний коефіцієнт комплексу корпуc – рушій η = 0,75.

Згідно Додатку А потужність головного двигуна суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” N = 2970 квт, швидкість з вантажем v = 13,7 вуз.

 

Опір руху судна

= 310 кн ≈31,6 тс.

 

Приклад 2.10.

Визначити число Фруда і число Рейнольдса для суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR”

При швидкості судна 13,7 вуз і довжині між перпендикулярами

L = 112,29 м:

число Фруда

Fr = = ,

 

число Рейнольдса

Re = = = .