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)

ХG0= -9,34м. (ХG0 – абсцисса центра тяжести)

ZG0=5,14м. (ZG0 – аппликата центра тяжести)

m =0,8 м3

2.2 Определение массы груза в трюмах:

Количество груза в каждом трюме судна определяется по формуле:


(2.4)


где uтрi - объем i-го трюма, м3

m - удельный погрузочный объем груза, м3


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

mтр1 = 899 т

mтр2,3 = 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

δmh –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:


δmh = Ix*ρ, тм


где Ix – 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 = Мо + Smi (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 = Мо + Smi (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 hрасч.>hmin=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 lmax, соответствующий ему угол крена qmax и угол заката диаграммы qзак и сравниваем их с требуемыми Регистром.

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

Из Рисунка 3.2 видно, что lmax=0,78 м, qmax=400, qзак=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.


LQ(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: mгр = 100 т

Аппликата центра тяжести принимаемого на палубу груза вычисляется по формуле:


Zгр = H+hkом+1,4 (4.1)


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

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


Zгр=6+1,3+1,4=8,7 м


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

(4.2)

м


Xгр=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 Sгр, lгр, bгр – соответственно площадь, длина и ширина палубного груза, м;

qдоп – 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:


ddн=tн*mгр/10

(4.8)

ddк=tk* mгр/10


Значения tн и tk 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

tн и tk: tн = 1,2 см и tk = 0,29 см, тогда

ddн = 1,2*100/10=12 см

ddк = 0,29*100/10 =2,9 см

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