Основные теории судна (ОТС)

Содержание.

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну

2. Определение водоизмещения и координат центра тяжести судна. Контроль плавучести и остойчивости

3. Расчёт и построение диаграмм статической и динамической остойчивости

4. Определение посадки и остойчивости судна в эксплуатационных условиях

5. Определение резонансных зон бортовой, килевой и вертикальной качки по диаграмме Ю. В. Ремеза

Список использованной литературы

Часть 1.

Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну.

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна

«АМУР-2526».

Тип судна – стальное, однопалубное, двухвинтовое грузовое судно, без оседловатости, с двойным дном, с двойными бортами, восемью поперечными переборками, с баком и ютом, машинным отделением, надстройками и рубками, расположенными в корме, с тремя грузовыми трюмами.

Назначение судна – перевозка генеральных и насыпных грузов, включая зерно, уголь и контейнеры. Максимальное количество контейнеров 102 TEU.

Страна приписки – Россия.

Порт приписки – Архангельск.

Судовладелец – АО «Северное речное судоходство».

Построен в августе 1988г. в Чехословакии.

Класс – КМкЛЗIIIСП

Дедвейт – 3148 т. включая 157 т. топлива и 1905 т. водяного балласта.

Скорость судна в полном грузу – 10,0 узлов.

Наибольшая длина – 116,03 м.

Длина между перпендикулярами – 111,2 м.

Ширина – 13,43 м.

Высота борта – 6 м.

Осадка по ЛГВЛ – 4 м.

Водоизмещение по ЛГВЛ – 5025 т.

Класс регистра судоходства, присвоенный судну: КМкЛЗIIIСП

КМк - основной символ класса судна, построено под надзором другого, признанного Морским регистром судоходства, классификационного органа, по правилам классификации, а затем судну присвоен класс Морского регистра судоходства.

К - корпус построен по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

М – механические установки судна построены по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

Л3 – знак категории ледового усиления. Означает что судну разрешено самостоятельное плавание по мелко битому льду или же под проводкой ледокола в круглогодично замерзающих морях, в легких ледовых условиях.

IIIСП – знак ограничения района плавания. СП - смешанное плавание (река-море). Разрешено плавание в морских районах с максимально допустимой высотой волны 3-х процентной обеспеченности 3,5 м, с учетом конкретных ограничений по району плавания, обусловленными ветроволновыми режимами бассейнов с установлением при этом максимально допустимого удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль.

Схематический продольный разрез и вид на верхняя палубу судна приведены на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схематический продольный разрез и вид на верхнюю палубу судна

Часть 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ И КООРДИНАТ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ СУДНА. КОНТРОЛЬ ПЛАВУЧЕСТИ И ОСТОЙЧИВОСТИ.

2.1 Исходные данные:

Характеристики судна порожнем:

М₀=1873,1т. (М₀ – водоизмещение судна)

Х_G0= -9,34м. (Х_G0 – абсцисса центра тяжести)

Z_G0=5,14м. (Z_G0 – аппликата центра тяжести)

m =0,8 м³/т

2.2 Определение массы груза в трюмах:

Количество груза в каждом трюме судна определяется по формуле:

(2.4)

где u_трi - объем i-го трюма, м³

m - удельный погрузочный объем груза, м³/т

m = 0,80 мі/т - удельный погрузочный объем перевозимого в трюмах груза.

Таблица 2.1 - Характеристики грузовых трюмов судна.

Наименование	Расположение	Допускаемое давление, qдоп , т/м2	Площадь Sтрi, м2	Объем Vтрi, м3	Координаты ЦТ, м
					Xтр	Zтр
Трюм1 Трюм2 Трюм3	шп. 26-52 шп. 52-98 шп. 98-144	6,20 6,20 6,20	145 256 256	874 1595 1595	34,16 14,63 -10,67	3,98 4,03 4,03
Всего			657	4064
Крышки люков		1,75

Т. к удельный погрузочный объем груза мал, то вычисляем по следующей формуле:

(2.5)

- соответственно длина, ширина i-го трюма и высота штабеля груза в нем, м; Максимально допустимая высота штабеля для груза с малым удельным погрузочным объемом вычисляется по формуле

(2.6)

где - максимально допустимая нагрузка на судовое перекрытие, т/м². Значения приведены в таблице 2.1

m_тр1 = 899 т

m_тр2,3 = 1587,2 т

Таблица 2.2 - Расчет водоизмещения и координат центра тяжести судна в эксплуатационном случае нагрузки.

Cтатьи нагрузки	mi,т	xi ,м	zi,м	mi*xi, тм	mi*zi, тм	δmh, тм
1. Балласт т. №1	0,04	50,47	0,01	2,0188	0,0004	-
2. Балласт т. №2	1,50	38,92	0,04	58,38	0,06	-
3. Балласт т. №3	0,70	34,38	0,03	24,066	0,021	-
4. Балласт т. №4	-	34,38	-	-		-
6. Балласт т. №6	2,50	14,63	0,05	36,575	0,125	-
7. Балласт т. №7	1,10	14,63	0,025	16,093	0,0275	-
8. Балласт т. №8	1,60	14,63	0,04	23,408	0,064	-
9. Балласт т. №9	0,90	-10,67	0,01	-9,603	0,009	-
10. Балласт т. №10	1,50	-10,67	0,02	-16,005	0,03	-
11. Балласт т. №11	1,30	-7,65	0,02	-9,945	0,026	-
17. Балласт т. №17	0,20	-24,54	0,01	-4,908	0,002	-
18. Балласт т. №18	0,90	-25,04	0,02	-22,536	0,018	-
19. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
20. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
21. Дизельное топливо	5,00	-27,45	1,2	-137,25	6	-
22. Дизельное топливо	80,0	-25,94	2,55	-2075,2	204	8,67
22а. Дизельное топливо	20,0	-25,80	3,40	-516	68	140,505
23. Масло	3,00	-36,24	3,80	-108,72	11,4	0,54
24. Подсланевые воды	2.24	-	-	-	-	0,206
25. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
26. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
27. Мытьевая вода	-	-	-	-	-	1,545
28. Мытьевая вода	10,0	-26,62	0,42	-266,2	4,2	36,874
29. Фекальная цистерна	321,273	321,273	-	-	-	0,721
30. Расходная цистерна	3,0	-54,07	5,0	-162,21	15	0,6
31. Пресные воды	-	-	-	-	-
32.Трюм 1	899	34,16	3.98	30709.84	3578.02	-
33. Трюм 2	1587,2	14,63	4,03	23220.8	6396,416	-
34. Трюм 3	1587,2	-10,67	4,03	-16935.4	6396,416	-
Итого	4421	321,273	29,265	33382,4	16687,4	321,273

δ_mh –поправка на свободную поверхность жидкости в цистерне; учитывается только для цистерн, в которых свободная поверхность распространяется на всю площадь цистерны, т.е. заполненных более чем на одну треть. Если уровень остатков в цистернах составляет 10 см и менее, то поправочные моменты, как правило, могут не вводится, рассчитывается по формуле:

δ_mh = I_x*ρ, тм

где I_x – момент инерции поверхности, м⁴

ρ – плотность необходимой жидкости, т/м³ (пресная вода -1 т/м³, забортная вода, балласт, подсланевые воды, мытьевые воды, фекальные воды – 1,03 т/м³, масло – 0,9 т/м³, дизельное топливо – 0,85 т/м³)

Водоизмещение, абсцисса и аппликата центра тяжести судна порожнём определяются по формулам:

М = М_о + Sm_i (2.1)

М = 6294,08 т

(2.2)

_м

(2.3)

^м

Плавучесть считается обеспеченной, если М . Водоизмещение по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы (5025т). Т. к плавучесть судна не обеспечена, производим разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости.

2.3 Разгрузка трюмов пропорционально их вместимости.

Т. к полученное водоизмещение слишком велико, то производим разгрузку трюмов:

M –Mг.м=X,

где М - полученное водоизмещение судна; Mг.м - водоизмещение по грузовую марку

6294,08-5025= 1269,08 т

(Т. к m1=m2, то при расчетах берем 2m2)

m1+2m2= 1269,08

m1/V1=m2/V2

m1=1269.08-2m2

(1269.08-2m2)/V1=m2/V2

Взяв данные из таблицы а подставляем V1 и V2:

874m2=1595*1269.08-1595*2m2

874m2=2024182.6-3190m2

m2=2024182.6/4064

m2=498 (т)

m1/874=498/1595 => m1=272.8 (т)

Полученные массы разгрузки вычитаем из массы трюмов:

899-272,8=626,2 (т) – загрузка 1 трюма

1587,2-498=1089,2 (т) – загрузка 2,3 трюма

Cтатьи нагрузки	mi,т	xi ,м	zi,м	mi*xi, тм	mi*zi, тм	δmh, тм
1. Балласт т. №1	0,04	50,47	0,01	2,0188	0,0004	-
2. Балласт т. №2	1,50	38,92	0,04	58,38	0,06	-
3. Балласт т. №3	0,70	34,38	0,03	24,066	0,021	-
4. Балласт т. №4	-	34,38	-	-		-
6. Балласт т. №6	2,50	14,63	0,05	36,575	0,125	-
7. Балласт т. №7	1,10	14,63	0,025	16,093	0,0275	-
8. Балласт т. №8	1,60	14,63	0,04	23,408	0,064	-
9. Балласт т. №9	0,90	-10,67	0,01	-9,603	0,009	-
10. Балласт т. №10	1,50	-10,67	0,02	-16,005	0,03	-
11. Балласт т. №11	1,30	-7,65	0,02	-9,945	0,026	-
17. Балласт т. №17	0,20	-24,54	0,01	-4,908	0,002	-
18. Балласт т. №18	0,90	-25,04	0,02	-22,536	0,018	-
19. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
20. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
21. Дизельное топливо	5,00	-27,45	1,2	-137,25	6	-
22. Дизельное топливо	80,0	-25,94	2,55	-2075,2	204	8,67
22а. Дизельное топливо	20,0	-25,80	3,40	-516	68	140,505
23. Масло	3,00	-36,24	3,80	-108,72	11,4	0,54
24. Подсланевые воды	2.24	-	-	-	-	0,206
25. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
26. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
27. Мытьевая вода	-	-	-	-	-	1,545
28. Мытьевая вода	10,0	-26,62	0,42	-266,2	4,2	36,874
29. Фекальная цистерна	321,273	321,273	-	-	-	0,721
30. Расходная цистерна	3,0	-54,07	5,0	-162,21	15	0,6
31. Пресные воды	-	-	-	-	-
32.Трюм 1	626,2	34,16	3.98	21391	2492,276	-
33. Трюм 2	1089,2	14,63	4,03	15935	4389,476	-
34. Трюм 3	1089,2	-10,67	4,03	- 11621,76	4389,476	-
Итого	3151,78	321,273	29,265	22091,5	11587,728	321,273

Используя полученные данные и формулы 2.2 и 2.3 перерасчетаем водоизмещение, абсциссу и аппликату центра тяжести судна порожнём:

М = М_о + Sm_i (2.1)

М = 5024,88 (т)

(2.2)

_м

(2.3)

^м

2.4 Нахождение поперечной метацентрической высоты для данного случая нагрузки.

Метацентрическая высота вычисляется по формуле:

; (2.6)

где - аппликата поперечного метацентра находится по гидростатическим таблицам в зависимости от водоизмещения судна в заданном случае нагрузки. При необходимости должна быть сделана интерполяция.

Из таблицы следует, что для моего случая =5,69 м.

Подставляем значение в формулу 2.5:

м

Исходя из полученного результата и данных в приложении Г, можно судить, что остойчивость судна считается обеспеченной, т. к h_расч.>h_min=0,80 м

Часть 3.

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ И

ДИНАМИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ.

3.1 Расчет плеч статической и динамической остойчивости.

Рисунок 3.1 - Пантокарены.

Плечи статической остойчивости диаграммы статической остойчивости определяют с помощью интерполяционных кривых плеч остойчивости формы (пантокарен) , приведенных выше. На пантокаренах проводят вертикаль через точку на оси абсцисс, соответствующую расчетному водоизмещению судна М. Точки пересечения вертикали с кривыми для различных углов крена дают значения плеч остойчивости формы . Далее плечи статической остойчивости вычисляются по формуле:

(3.1)

Таблица 3.1 - Расчёт плеч диаграмм статической и динамической остойчивости

Расчетные величины			углы крена θ, градус
	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
, м	0	1,0	2,0	2,82	3,53	3,92	4,2	4,2	4,0	3,7
sin θ	0	0,17	0,34	0,5	0,64	0,76	0,86	0,93	0,98	1
, м	0	0,7293	1,458	2,145	2,745	3,260	3,689	3,989	4,20	4,29
, м	0	0,2707	0,541	0,675	0,784	0,659	0,510	0,210	-0,204	-0,59
Интeгpaльныe суммы	0	0,2707	1,082	2,299	3,758	5,202	6,372	7,093	7,099	6,305
	0	0,0236	0,094	0,200	0,328	0,453	0,555	0,618	0,619	0,549

После расчета данных, занесенных в таблицу, составляем график статической и динамической остойчивости:

Рисунок 3.2 - Диаграмма статической остойчивости.

Рисунок 3.3 - Диаграмма динамической остойчивости.

3.2. Проверка параметров диаграммы статической остойчивости

на соответствие нормам остойчивости Регистра судоходства

России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3.2) определяем максимальное плечо статической остойчивости l_max, соответствующий ему угол крена q_max и угол заката диаграммы q_зак и сравниваем их с требуемыми Регистром.

Регистр требует, чтобы l_max было не менее 0,20 м для судов, длина которых не менее 105 м при угле крена q_max і30⁰. Угол заката диаграммы должен быть не менее 60⁰.

Из Рисунка 3.2 видно, что l_max=0,78 м, q_max=40⁰, q_зак=75⁰, значит параметры диаграммы статической остойчивости соответствуют нормам остойчивости Регистра судоходства России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3.2) определяем графическим способом начальную метацентрическую высоту (проводим касательную к графику и восстанавливаем перпендикуляр из точки q =1 рад), которую сравниваем со значением, рассчитанным во 2 части.

L_Q(q=1 рад=57,3°)=1,4= h=1,4 м.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ.

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: m_гр = 100 т

Аппликата центра тяжести принимаемого на палубу груза вычисляется по формуле:

Z_гр = H+h_kом+1,4 (4.1)

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

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

Z_гр=6+1,3+1,4=8,7 м

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

(4.2)

м

X_гр=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 S_гр, l_гр, b_гр – соответственно площадь, длина и ширина палубного груза, м;

q_доп – 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:

dd_н=t_н*m_гр/10

(4.8)

dd_к=t_k* m_гр/10

Значения t_н и t_k 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

t_н и t_k: t_н = 1,2 см и t_k = 0,29 см, тогда

dd_н = 1,2*100/10=12 см

dd_к = 0,29*100/10 =2,9 см

4.2. Определение угла крена судна от неудачно размещённого груза массой m_гр=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;