Учебное пособие: Управление мореходными качествами судна

Методические указания на выполнение курсовой работы /Сост. Даник А. В.. – К. КДАВТ, 2009

Составил: ассистент кафедры «Управления судном» ш. д. п. Даник А. В.

Рецензент: доцент кафедры «Управления судном» к. д. п. Шмыгалев О. В.

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа имеет цель закрепления теоретических и практических знаний при самостоятельном решении задач по расчету и оценке мореходных качеств судна, как перед загрузкой, так и в процессе и после загрузки судна в порту.

Курсовая работа носит комплексный подход по выполнению теоретических обоснований и производстве расчетов по оценке мореходных качеств судна, а также охватывает основные темы по дисциплине.

Особенностью курсовой работы является то, что процесс загрузки судна это трудоемкий, напряженный и сложный процесс, который в конечном итоге оказывает существенное влияние на следующие качества судна: плавучесть, остойчивость и непотопляемость судна в период рейса а следовательно правильная аккуратная и тщательная загрузка судна в порту перед рейсом позволяет добиться такого равновесного положения судна, при котором оно имело бы достаточные плавучесть и остойчивость.

В результате выполнения курсовой работы студент должен приобрести основные сведения о судне, понять его транспортные возможности, уметь производить расчеты по продолжительности рейса и по определению судовых запасов на него. А затем произвести размещение судовых запасов и груза так, чтобы судно после загрузки имело бы достаточные и необходимые показатели по мореходным качествам.

Курсовая работа выполняется студентом самостоятельно по заданию, которое состоит из общих и индивидуальных исходных данных.

Общие исходные данные - единые для всех студентов, а индивидуальные исходные данные - каждый студент выбирает из таблицы по последним цифрам шифра, т.е. номера своей зачетной книжки.

Методические указания составлены для вычислений, выполняемых «вручную», но, однако не исключают возможности выполнения вычислений на ЭЦВМ или на персональных компьютерах по программам, составленным как преподавателями кафедры, так и самим студентом.

Расчёт продолжительности рейса судна от порта отправления до порта назначения рассчитывается по формуле: (1.1)

Стояночное время для портов погрузки и выгрузки согласно чартера:

t_ст = 60 часов= 2,5 суток

В случае прохода каналов к времени рейса добавляют t_д = 30 часов (1,25 суток) для Суэцкого или t_д = 24 часов (1 сутки) для Панамского канала в каждую сторону.

Итого продолжительность рейса определяется по формуле:

t_р = t_х + t_ст (1.2)

Подставляем значения величин в формулы: (1.1), (1.2) и получаем:

Решение:

Пример решения:

S= 8645,0 миль; V_гр = 15,3 уз; t_ст = 2,5 суток.

t_р = t_х + t_ст = 23,54 + 2,5 = 26,04 сут

Результаты вычислений, продолжительности рейса судна, сводим в таблицу 1.1:

Судовые запасы: топливо, смазочные масла, пресная вода, продовольствие и т. д. рассчитываются следующим образом:

Штормовой запас

– запас моторного (тяжелого) топлива на рейс судна, с учетом штормового запаса, рассчитывается по форме:

– запас дизельного топлива на рейс судна, с учетом штормового запаса, рассчитывается по форме:

– запас котельного мазута на рейс судна, с учетом штормового запаса, рассчитывается по форме:

Масла

Количество смазочных масел составляет 5,6% от запаса всего топлива

– общее количество топлива на рейс рассчитывается по формуле:

Р_топл = Р_МТ + Р_ДТ + Р_М (2.1)

– запас смазочного масла на рейс судна, в процентах от запаса топлива, рассчитывается по формуле:

(2.2)

– запас провизии для нужд экипажа, исходя из нормы потребления в кг на одного человека в сутки, рассчитывается по формуле:

Р_прод = n_пр · t_р · n_эк (2.3)

Общее количество судовых запасов на рейс для судна, рассчитывается по формуле:

(2.4)

Подставляем значения величин в формулы (2.1), (2.2), (2.3) и (2.4) и получаем:

Решение:

Пример решения: Р_МТ = 1076 т; Р_ДТ = 81 т.; Р_М = 53 т;

Р_топл = Р_МТ + Р_ДТ + Р_М = 1076 + 81 + 53= ;

n_{см. м} =5,6 %, Р_топл = 1 210 тонн;

n_прод = 2,7 кг; t_рс = 26,04 сут.; n_эк = 23 человек;

Р_прод = n_пр · t_р · n_эк = 0,0027 · 26,04 · 23 =

Р_топл = 1 210 т; Р_см = 68 т; Р_пр.в = 101 т; Р_прод = 2,0 т;

Константа 65 т.

Итого запасов на рейс

Результаты расчета составляющих судовых запасов на рейс судна, сводим в таблицу 1.2.

Загрузка судна по летнюю грузовую марку Т_л = 9,84 м

Каждый танк (цистерна) могут быть заполнены не более, чем на 98% объема, т.е. максимальное количество груза (бункера) в танке (цистерне) можно определить по формуле:

Р= 0,98 · V · в

Распределение переменных запасов по емкостям и отсекам

Из опыта эксплуатации танкеров типа «СПЛИТ» груз распределим так, чтобы пустыми были танки №6 бортовые: при d= 0,835 ^т /_м ³

Распределение переменных запасов, груза и суммы моментов сведем в одну таблицу

Итак, после расчета загрузку судна в первом приближении:

– весовое водоизмещение судна D= 30367 т;

– координаты центра тяжести:

1,31 м;

С кривых элементов теоретического чертежа снимаем для Т_ср = 9,84 м (γ= 1,025 т/м³ )

Плечо дифферентующего момента

1,31 – 1,00 = +0,31 м

Дифферентующий момент

М_диф = в · ℓ_диф = 30367 · 0,31 = 9414 тм

Момент дифферентующий на 1 м

М_{диф 1м} = 38400 тм

Угол дифферента

=0,00141

Абсцисса Ц. Т. ватерлинии

x `_f = –3,65 м

Приращение осадки носом

= +0,12 м

Приращение осадки кормой

= +0,12 м

Т_н = Т_ср + ∆Т_н = 9,84 + 0,12 = 9,96 м.

Т_к = Т_ср – ∆Т_к = 9,84 – 0,12 = 9,72 м.

∆`=∆Т_н + ∆Т_к = 0,13 + 0,12 = +0,25 м

или +0,25 м.

Перенесем часть груза из танка №1 центрального (х ₁ = 55,63 м) в танк №9 центральный (х ₉ = – 36,90 м) с учетом придания дифферента 10 см на корму

141,7т ≈ 142 тонны

По окончании расчёта параметров посадки и водоизмещения судна производится расчёт элементов остойчивости судна перед загрузкой:

поперечной h₀ и продольной H₀ метацентрических высот судна по формулам:

(4.1)

(4.2)

аппликат метацентров начальной, поперечной Z_m и продольной Z_М остойчивости судна:

(4.3)

(4.4)

Подставляем значения величин в формулы (4.1), (4.2), (4.3), (4.4) и получаем:

Решение:

Пример решения:

r ₀ = 13,765 м.; Z_{g 0} = 10,85 м.; Z_{c 0} = 1,453 м.; R ₀ = 591,973 м.;

=13,765-(10,85-1,453)= .

=591,973-(10,85-1,453)= =13,765+1,453= .

=591,573+1,453=

В связи с большим количеством запасов на рейс необходимо определить возможность их размещения в предназначенные для них емкости с учетом заполнения последних на 98% и плотности бункера.

Очевидно, что объем запасов моторного топлива больше суммарного объема цистерн моторного топлива, поэтому его остаток разместим в танке №9 центральном.

1. Запасы топлива размещаются в топливных танках в следующей последовательности:

– заполняются расходные танки;

– заполняются танки, расположенные в МКО (машинно-котельном отделении);

– заполняются танки двойного дна;

– заполняются носовые диптанки;

– заполняются топливно-балластные танки.

2. Запасы смазочного масла заполняются в той же последовательности.

Некоторые топливные танки могут использоваться для размещения смазочного масла, а избыточное количество запасов топлива может размещаться в грузовых танках.

3. Запасы продовольствия размещаются в провизионные помещения поровну.

При заполнении танков судовыми запасами следует выполнять следующие правила:

танки заполняются полностью, для исключения влияния свободной поверхности жидкости на остойчивость судна или - оставлять частично заполненными рекомендуется:

танки, расположенные по диаметральной плоскости судна или

два или четыре танка, но расположенные симметрично по левому и правому бортам.

Размещение судовых запасов и груза производится в табличной форме:

отдельными таблицами на каждый вид судового запаса (топлива, смазочного масла, пресной воды, продовольствия, водяного балласта и груза) или одной таблицей, только с соответствующим разделением надписью: «Размещение запасов топлива» и т.д.

По окончании размещения каждого вида судового запаса производится расчёт координат центра тяжести X_g и Z_g вида судового запаса, груза и балласта, а по окончании загрузки и диферентования его для положения близкого к ровному килю и без крена, также производится расчёт координат центра тяжести X_{g 1} и Z_{g 1} судна после загрузки.

А . Размещение запасов топлива, определённого на рейс судна производится в топливные и грузовые танки и оформляется в табличной форме (таблица 2.1) в строгой последовательности для того, чтобы не нарушать остойчивость судна при погрузке и производстве расчетов.

· При нехватке танков под запасы топлива - использовать грузовой танк № 9 - Центр или бортовые (левого и правого бортов);

· Если опять недостаточно танков под запасы топлива - использовать грузовой танк № 8 - Центр или бортовые (левого и правого бортов);

1. При размещении запасов топлива по танкам №№11,12,13,14,15 и 16, придерживаться:

· по возможности танки №15 и 16 не заполнять;

· или, в крайнем случае, заполнить танк №15;

· или заполнить танк №15 полностью, а танк №16 - на 80% т.е. на 7.5 т

· не заполнять танки №№23 и 24 (танки водяного балласта)

2. Расчеты производятся следующим образом:

· Значение «масса» Р_і (графа 6) умножается

* на плечо Х_і (графа 7) и результат записывается в графу 9 (М_хі );

* на плечо Z_i ( графа 8) и результат записывается в графу 10 (М_zi );

· по окончании расчета по всем пунктам граф 9 и 10 производится:

* нахождение сумм å р_i (графа 6 ) = Р (вида запаса или груза)

å М_{х і} (графа 9 ) = М_х

å М_zi (графа 10) = М_z

· расчет значений координат центра тяжести вида запаса или груза по формулам:

Х = М_x /Р Z = M_z /Р

По окончании размещения запаса моторного топлива в топливные танки производится:

- нахождение сумм по графам 6, 9, 10, т.е.

- по графе 6

- по графе 9 (гр.6 х гр.7)

- по графе 10 (гр.6 х гр.8)

где n - количество заполненных танков

i - номер заполненного танка.

- расчет значений координат центра тяжести размещенного запасов по графам

(2.1)

(2.2)

(вычисление с точностью до 0.01 м и до 0.001 т. м.)

Подставляем значения величин в формулы (2.1), (2.2) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x = 51100,30 т. м.; M_z = 11350,38 т. м.; Р_{М. топл} = 1928,0 т

= 51100,30/1928,0= 26,50 м.;

= 11350,38 /1928,0= 5,89 м.

. Размещение запасов котельного мазута, определённого на рейс судна производится в топливные и грузовые танки и оформляется в табличной форме (таблица 2.2) в строгой последовательности для того, чтобы не нарушать остойчивость судна при погрузке и производстве расчетов.

По окончании размещения запаса котельного мазута в танки производится:

- нахождение сумм по графам 6, 9, 10, т.е.

- по графе 6

- по графе 9 (гр.6 х гр.7)

- по графе 10 (гр.6 х гр.8)

где n - количество заполненных танков

i - номер заполненного танка.

- расчет значений координат центра тяжести размещенного запасов по графам

(2.3)

(2.4)

(вычисление с точностью до 0.01 м и до 0.001 т. м.)

Подставляем значения величин в формулы (2.1), (2.2) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x = -6470,20 т. м.; M_z = 924,80 т. м.; Р_мазут = 85,0 т

= -6470,2/85,0= -76,12 м.;

= 924,80 /85,0= 10,88 м.

. Размещение запасов дизельного топлива, определённого на рейс судна производится в топливные и грузовые танки и оформляется в табличной форме (таблица 2.2) в строгой последовательности для того, чтобы не нарушать остойчивость судна при погрузке и производстве расчетов.

По окончании размещения запаса котельного мазута в танки производится:

- нахождение сумм по графам 6, 9, 10, т.е.

- по графе 6

- по графе 9 (гр.6 х гр.7)

- по графе 10 (гр.6 х гр.8)

где n - количество заполненных танков

i - номер заполненного танка.

- расчет значений координат центра тяжести размещенного запасов по графам

(2.3)

(2.4)

(вычисление с точностью до 0.01 м и до 0.001 т. м.)

Подставляем значения величин в формулы (2.1), (2.2) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x = -7303,68 т. м.; M_z = 163,84 т. м.; Р_Д.Т. = 128,0 т

= -7303,68/128= -57,06 м.;

= 163,84 /128,0= 1,28 м. Размещение запасов смазочного масла, определённого на рейс судна производится в танки смазочного масла в табличной форме (таблица 2.2) в строгой последовательности, а при нехватке танков под запасы смазочного масла можно использовать некоторые топливные танки, для того чтобы не нарушать остойчивость судна при погрузке производстве расчетов.

1. Заполнять танки запасами смазочного масла нужно в последовательности:

при нехватке танков под смазочное масло использовать топливные танки: №№ 7 и 8.

2. Расчеты производятся так же, как указано в пункте 2 таблицы вместимости топливных танков.

Таблица 2.4

· значение «масса» Р_і (графа 6) умножается

* на плечо Х_і (графа 7) и результат записывается в графу 9 (М_хі );

* на плечо Z_i ( графа 8) и результат записывается в графу 10 (М_zi );

· по окончании расчета по всем пунктам граф 9 и 10 производится:

* нахождение сумм å р_i (графа 6 ) = Р (вида запаса или груза)

å М_{х і} (графа 9 ) = М_х

å М_zi (графа 10) = М_z

· расчет значений координат центра тяжести вида запаса или груза по формулам:

Х = М_x /Р Z = M_z /Р

Форма таблицы 2.2 аналогична форме таблицы 2.1, а данные для нее (таблица 2.2) – таблица и примечание даны в примечании; соответственно расчёты координат центра тяжести размещённого запаса смазочного масла:

(2.5)

(2.6)

Подставляем значения величин в формулы (2.5), (2.6) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x 72665,00 т. м.; M_z = 595,90 т. м.; Р_{см.масла} = 120,0 т

= -72665,0 /120,0 = -60,55 м.;

= 595,90 /120,0 = 4,97 м.

.

Размещение запасов пресной воды, определённого на рейс судна производится в танки пресной воды, а при нехватке танков под запасы пресной воды можно использовать некоторые танки водяного балласта, оформляется в табличной форме (таблица 2.3), для того, чтобы не нарушать остойчивость судна при погрузке и производстве расчетов.

1. Заполнять танки запасами пресной воды нужно в последовательности

· с № 1 по № 6;

· при нехватке танков под пресную воду - использовать танки водяного балласта 3 4 и 5 (д.б. одинаковое количество пресной воды в обоих).

2. Расчеты производятся так же, как указано в пункте 6 таблицы вместимости топливных танков.

· значение «масса» Р_і (графа 6) умножается

* на плечо Х_і (графа 7) и результат записывается в графу 9 (М_хі );

* на плечо Z_i ( графа 8) и результат записывается в графу 10 (М_zi );

· по окончании расчета по всем пунктам граф 9 и 10 производится:

* нахождение сумм å р_i (графа 6 ) = Р (вида запаса или груза)

å М_{х і} (графа 9 ) = М_х

å М_zi (графа 10) = М_z

· расчет значений координат центра тяжести вида запаса или груза по формулам:

Х = М_x /Р Z = M_z /Р

Форма таблицы 2.3 аналогична форме таблицы 2.1, а данные для нее (таблицы 2.3) – таблица и примечание даны в приложении, соответственно расчеты координат:

(2.7)

(2.8)

Подставляем значения величин в формулы (2.7), (2.8) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x 13095,95 т. м.; M_z = 1650,03 т. м.; Р_{пр.воды} = 159,0 т

= –13095,95 /159,0 = –82,36 м.;

= 1650,03 /159,0 = 10,37 м.

Размещение запасов продовольствия, определённого на рейс судна производится в провизионные помещения и оформляется в табличной форме (таблица 2.4) приблизительно поровну в каждое провизионное помещение.

Таблица 2.6 -

Форма таблицы 2.4 аналогична форме таблицы 2.1, а данные для нее - таблица и примечание в приложении, соответствуют расчеты координат:

(2.9)

(2.10)

Подставляем значения величин в формулы (2.9), (2.10) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x 246,57 т. м.; M_z = 32,79 т. м.; Р_прод = 3,0 т

= –246,57 /3,0 = -82,19 м.;

= 32,79/3,0 = 10,93 м.

Размещение груза по грузовым танкам производится последовательно с носовым - №1 и до кормовых - до № 9, если грузовые танки № 9 и 8 не заняты под судовые запасы топлива, в табличной форме (таблица 2.6), для того, чтобы не нарушать остойчивость судна при погрузке груза и производства расчетов (таблица 2.6).

В се грузовые танки заполняем на объем танков с пустотой 140 см. согласно данных указанных в таблице

Таблица 2.7 - вместимости грузовых танков при пустотах 140 см.

Форма таблицы 2.6 аналогична форме таблицы 2.1, а данные для нее (таблица 2.6) - таблица и примечание даны в приложении.

графа «вместимость» (м³ ) умножается на значение М - плотности груза, данного в задании = получаем значение «тоннаж» графа 5 (для всех 28 величин)

3.После этого производится заполнение танков грузом так чтобы сумма груза по графе 6 была бы равна «массе» груза, назначенного к перевозке на заданный рейс, т.к.

Р_гр = по графе 6.

- по графе 6 ; - по графе 9; - по графе 10 и расчеты, какие производились по таблице 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4 и расчеты

Таблица 2.6 -

Подставляем значения величин в формулы (2.5), (2.6) и получаем:

Решение:

Пример решения:

M_x = 159958,0 т. м.; M_z = 100096,00 т. м.; Р_груз = 15250,0 т

= 159958,0 /15250,0= 10,49 м.;

= 100096,0 /15250,0= 6,56 м.

Расчет посадки судна после загрузки производится в следующей последовательности:

а) расчет координат центра тяжести судна после загрузки;

б) расчет параметров посадки судна после загрузки;

По окончании загрузки судовых запасов, груза и заполнения соответствующих танков для дифферентования судна с минимальными значениями производится расчет координат центра тяжести судна после загрузки путем заполнения таблицы 2.6 с последующим расчетом координат центра тяжести X_g1 и Z_g1

Форма таблицы 2.7 и примечание для нее даны в Приложении только без учета разделения ее на:

а) до загрузки груза и

б) после загрузки груза

[ а единая таблица с пунктами 1,2,3,4 и 5]

По заполнении «клеточек» граф 3,4 и 5 производятся расчеты «клеточек» графы 6 и графы 7, кроме «клеточек» по пунктам 3,4,5.

Затем производится нахождение окончательных сумм по графам 3,6 и 7.

а) сумма значений «масс» по графе 3 должна быть равна D₁ = водоизмещению судна после загрузки;

б) сумма значений «момент – М_х » по графе 6 должна быть равна (примерно равна

по графе 6.

Танки водяного балласта заполняются при производстве - дифферентовки судна, т.е. - для придания судну желаемое значение дифферента или для посадки судна на ровный киль. 3. Расчеты производятся так же, как указано в пункте 6 таблицы вместимости топливных танков.

· значение «масса» Р_і (графа 6) умножается

* на плечо Х_і (графа 7) и результат записывается в графу 9 (М_хі );

* на плечо Z_i ( графа 8) и результат записывается в графу 10 (М_zi );

· по окончании расчета по всем пунктам граф 9 и 10 производится:

* нахождение сумм å р_i (графа 6 ) = Р (вида запаса или груза)

å М_{х і} (графа 9 ) = М_х

å М_zi (графа 10) = М_z

· расчет значений координат центра тяжести вида запаса или груза по формулам:

Х = М_x /Р Z = M_z /Р

Таблица 2.7 -

А. Расчёт координат центра тяжести судна после загрузки.

Заполняем таблицу № 2,7

а) Водоизмещения судна после загрузки рассчитываем как сумму данных столбца 3:

б) Сумма значений М_х и М_z , рассчитываем как сумму столбцов 6 и 7 соответственно:

Тогда, координаты центра тяжести:

Подставляем значения величин в формулы (2.11), (2.12), и получаем:

Решение:

Пример решения:

D₁ = 25470,12 т. M_{x 1} = 33632,64 т.м. M_{z 1} = 198712,36 т.м.

33632,64/25470,12 = 198712,36/25470,12

Б. Расчёт параметров посадки судна после загрузки.

По значениям D₁ = и входим в "Грузовую шкалу " и путём линейной интерполяции определяем значения Т_ср1 :

Т_ср1 = 8,42 м

Грузовая шкала построена для плотности ρ = 1,025 т/м³ , для этого следует учитывать поправку к средней осадке Т^/ _ср1 ., определенной по грузовой шкале, для фактической плотности ρ _ф1 :

, м. (2.13)

Т'_ср1 = Т_ср1 + ΔТ₁ (2.14)

Подставляем значения величин в формулы (2.13), (2.14), и получаем:

Решение:

Пример решения:

ρ=1,025 т/м³ ., ρ₁ =1,014 т/м³ ., a₁ =0,80, δ₁ =0,69

Δ Т ₁ = +0,081 м., Т_ср1 = 8,42 м.

Т_ср '₁ = Т_ср1 + ΔТ₁ = 8,42+0,081=

По рассчитанному значению Т'_ср1 входим в «Гидростатические элементы танкера типа «СПЛИТ» и путём линейной интерполяции определяем следующие значения пяти величин, которые заносим в таблицу №11.

Таблица №11 –

Расчет осадки судна

Дифферент судна на отход

Рассчитываю осадки судна носом и кормой:

(2.15)

(2.16)

Подставляем значения величин в формулы (2.15), (2.16), и получаем:

Решение:

Пример решения:

Т_ср '₁ = 8,501 м. d₁ = –0,193 м.

По окончании проведения расчёта посадки судна после загрузки проводятся расчёты параметров остойчивости.

Поперечная h, и продольная H₁ метацентрические высоты судна рассчитываются по формулам:

(2.17)

(2.18)

Аппликаты метацентров поперечной Z_m и продольной Z_M остойчивости рассчитываются по формулам:

(2.19)

(2.20)

Подставляем значения величин в формулы (2.17), (2.18), (2.19) и (2.20) и получаем:

Решение:

Пример решения:

r₁ = 5,09 м., R₁ = 232,0 м., Z_{c 1} = 4,33 м., Z_{g 1} = 7,80 м.

= 5,09 – (7,80 – 4,33)= = 232,0 – (7,80 – 4,33)= Z_m =r₁ +Z_c1 = 5,09 + 4,33= Z_M =R₁ +Z_c1 = 232,0 + 4,33=

Результаты расчётов составляющих после загрузки судна заносим в таблицу №12

Далее производят расчеты плеч статической и динамической остойчивости

Расчеты плеч статической и динамической остойчивости с помощью пантокарен при постоянном шаге угла крена выполняются в форме таблицы №13.

Для этого по объемному водоизмещению V=D/ρ – (плотность воды, в которой находится судно) заходим в таблицу «Пантокарены» и с помощью линейной интерполяции выбираем плечи формы остойчивости.

V= 25470,12/1,014= 25118,46 м³

- Расчета плеч статической и динамической остойчивости.

По данным таблицы №13 производят построение ДСО и ДДО

Для проверки остойчивости по требованиям Правил выполняются расчеты нормируемых параметров на отход и приход по форме таблицы. Пример определения основных и дополнительных параметров можно показать на диаграммах остойчивости на отход и приход, а альтернативных – на приход

При расчете нормируемых параметров остойчивости следует использовать формулы и нормативные требования Правил Регистра

Расчет кренящего момента от давления ветра

Кренящий момент от давления ветра М_кр определяется по формуле

М_кр = 0,001 · P_v · A_v · Z_v (2.21)

Давление ветра Р_v , в Па принимается по таблице 14 в зависимости от района плавания судна и плеча парусности.

Величины опрокидывающего момента определяются с учетом качки судна на волнении Аргументом для решения этой задачи является амплитуда бортовой качки. Для судна без скуловых или брусковых килей амплитуда бортовой качки рассчитывается по формуле

Θ_r = X₁ · X₂ · Y, (2.22)

Для судна, имеющего скуловые кили или брусковый киль, используется формула

Θ_{2 r} = k · X₁ · X₂ · Y (2.23)

Функциональною зависимости для X₁ Х₂ и Y приведены в табличной форме (табл 14 – 19 ПРИЛОЖЕНИЯ)

Выбирая значения из таблиц 14 – 19 по входным аргументам, подставляем значения величин в формулы (2.21), (2.22), и (2.23) и получаем:

Решение:

Определяем значение аргумента Р_v , Z_v и A_v из приложения выбираем значение плеча парусности в зависимости от осадки судна для данного варианта загрузки при Т_ср1 = 8,501 м, Z_v = 7,28 м; Р_v = 1240 Па; A_v = 363,7 м² .

Определяем значение аргумента k, X₁ , X₂ и Y из таблиц 14 – 19 по входным аргументам:

Пример решения:

М_кр = 0,001 · P_v · A_v · Z_v = 0,001 · 1240 · 363,7 · 7,28= 3283,19 тм.

В/Т= 23,15/8,501 = 2,72 отсюда X₁ = 0,95;

δ= 0,72, отсюда X₂ = 1;

= 0,06, отсюда Y= 27;

= 2,6, отсюда k= 0,78.

Подставляя данные значения в формулу (2.23) получим:

Θ_{2 r} = k · X₁ · X₂ · Y= 0,78 · 0,95 · 27 · 1= 20,0 градуса.

Зная амплитуду бортовой качки, можно по диаграмме остойчивости найти величину опрокидывающего момента следующим образом при использовании динамической диаграммы остойчивости (Рис 2) на ней от начала координат вправо откладывают амплитуду качки и, восстановив из полученной точки перпендикуляр до пересечения с диаграммой, получают точку А' через точку А' проводят прямую параллельную оси абсцисс, и на ней влево от А' откладывают ее величину Θ_{2 r} . Из полученной точки А проводят касательную к диаграмме Затем вправо от А откладывают 57,3° и из конца отрезка в точке В' восстанавливают перпендикуляр до пересечения с касательной АС в точке Е Отрезок BE будет равен опрокидывающему моменту (если по оси координат нанесены моменты) или плечу опрокидывающего момента (если по оси ординат отложены плечи) в последнем случае для получения момента плечо надо умножить на водоизмещение.

– Диаграмма статической и динамической остойчивости судна в грузу.

Опрокидывающий момент находится по формуле:

М_опр = ℓ_опр · D₁ (2.24)

Подставляем значения величин в формулу (2.24) и получаем:

Решение:

Пример решения:

ℓ_опр = 0,39 м; D₁ = 25470,12 т.

М_опр = ℓ_опр · D₁ = 0,39 · 25470,12= 9933,35 тм.

Значение критерия погоды К рассчитывается по формуле:

(2.25)

Подставляем значения величин в формулу (2.25) и получаем:

Решение:

Пример решения:

М_опр = 9933,35 тм; М_кр = 3283,19 тм.

= 9933,35/3283,19= 3,01

Нормы Регистра требуют проверки остойчивости по критерию ускорения К*.

Для этого необходимо вычислить величину по формуле:

(2.26)

Подставляем значения величин в формулу (2.27) и получаем:

Решение:

Пример решения:

h₁ = 1,62 м; V₁ = 25118,46 м³ ; В= 23,15 м; Z_g = 7,80 м.

= 0,16

Затем по аргументуиз таблицы 18 с помощью линейной интерполяции находят коэффициент m_o , в нашем случае m_o = 0,44.

Затем рассчитывают нормируемую частоту колебаний судна m по формуле:

(2.28)

Затем рассчитывают ускорения а _расч ( в долях g) по формуле

а _расч = 0,0011 · В · m² · Θ_{2 r} (2.29)

Остойчивость считается приемлемой, если соблюдается условие определяемое по формуле:

(2.30)

Подставляем значения величин в формулу (2.28), (2.29) и (2.30) и получаем:

Решение:

Пример решения:

h₁ = 1,62 м; m_o = 0,44;

= 0,35

В= 23,15 м; Θ_{2 r} = 21,5; m= 0,35.

а _расч = 0,0011 · В · m² · Θ_{2 r} = 0,0011 · 23,15 · 0,35² · 20,0= 0,06

а _расч = 0,06

= 0,3/0,06= 5,0

Далее определяем период качки судна по формуле:

(2.31)

Подставляем значения величин в формулу (2.31) и получаем:

Решение:

Пример решения:

В= 23,15 м; L= 173,94 м; Т= 8,501 м.

= 0,36

h₁ = 1,62 м; с= 0,36.

= 13,1 с.

Результаты расчетов нормируемых параметров остойчивости нагляднее и проще выражать в табличной форме, показанной в таблице №19.

– Расчет нормируемых параметров остойчивости

Таблица 20 -

Проверка общей продольной прочности корпуса судна при равномерном распределении груза или балласта производится следующим образом.

1) Рассчитывается составляющая изгибающего момента на миделе от веса судна порожнем по формуле

(3.1)

2) Рассчитывается составляющая изгибающего момента на миделе от сил дедвейта как арифметическая полусумма моментов носовых и кормовых грузов, запасов и балласта относительно миделя:

(3.2)

Расчет изгибающего момента от сил дедвейта удобно вести в табличной форме (табл. 21). Целесообразно этот момент рассчитывать совместно с алгебраическим моментом относительно плоскости мидель-шпангоута при расчете посадки судна.

(3.2.1)

3)Рассчитывается составляющая изгибающего момента на миделе от сил поддержания на тихой воде по формуле

(3.3)

4) Определяется величина изгибающего момента на тихой воде в миделевом сечении: М_изг = М_П + M_DW + М_СП .

Если в результате момент будет положительным, судно испытывает перегиб, а если отрицательным – прогиб на тихой воде.

5) Рассчитывается нормативная величина изгибающего момента на тихой воде по формуле

(3.4)

где k₀ – численный коэффициент, принимаемый равным: для танкеров: 0,0173 при прогибе; 0,0199 при перегибе.

Проверка продольной прочности судна должна выполняться в соответствии с судовой Инструкцией по загрузке в форме рекомендуемых ею расчетных таблиц (возможно, по перерезывающим силам и изгибающим моментам в нескольких расчетных поперечных сечениях судна) При отсутствии Инструкции по загрузке материалы о допускаемой величине изгибающего момента от сил дедвейта в миделевом сечении судна могут содержаться в Информации об остойчивости судна. Расчет производится по форме приведенной ниже.

– Расчет суммы моментов масс дедвейта относительно миделя

Подставляем значения величин в формулы (3.1), (3.2), (3.3) и (3.4) и получаем:

Решение:

Пример решения:

k_п = 0,126; D₀ = 7792 т; L= 173,94 м;

= 0,126 · 7792 · 173,94 · 9,81= 1 675 282,15 т.м.;

ΣМ_хн = 381867 т.м.; ΣМ_хк = 205520,37 т.м.

= 9,81 · (381867 + 205520,37)/2= 2 881 135,05 т.м.

δ= 0,7; D₁ = 25470,12 т; L= 173,94 м;

k_сп = 0,0895·δ + 0,0315= 0,0895·0,72 + 0,0315= 0,096

= – 0,096 · 25470,12 · 173,94 · 9,81= –4 172 253,59 т.м.

М_п = 1 675 282,15 т.м.; M_DW = 4 716 571,34 т.м.; М_СП = –4 172 253,59 т.м.

М_изг = М_п + M_DW + М_СП = 1 675 282,15 + 2 881 135,05 – 4 172 253,59 = 384 163,61 т.м.

т. к. М_изг >0 вид деформации корпуса «перегиб» => k₀ = 0,0199

= 0,0199 · 23,15 · 173,94^2,3 · 9,81= 642 675,66 т.м.

– Проверка продольной прочности

Для этого рассчитываем сумму моментов груженого судна в табличной форме

– Расчет суммы моментов масс относительно миделя

Рассчитывается составляющая изгибающего момента на миделе от сил веса как арифметическая полусумма моментов носовых и кормовых грузов и запасов относительно миделя:

(3.5)

Затем из графика «Кривая изгибающих моментов на миделе от сил поддержания на тихой воде» (ПРИЛОЖЕНИЕ) находим изгибающий момент от сил поддержания:

а) на тихой воде;

б) на вершине волны по формуле:

(3.6)

в) на подошве волны по формуле:

(3.7)

Подставляем значения величин в формулы (3.5), (3.6) и (3.7) и получаем:

Решение:

Пример решения:

ΣМ_хн = 497610 т.м.; ΣМ_хк = 463974,37 т.м.

= (497610 + 463974,37)/2= 480 792,19 т.м.

из графика находим значение = – 429000 т.м.; = + 65300 т.м.; = – 78300 т.м.

= – 429000 + 65300= – 363700 т.м.

= – 429000 – 78300= – 507300 т.м.

Далее определяем максимальные изгибающие моменты:

а) на тихой воде по формуле:

(3.8)

б) на вершине волны по формуле:

(3.9)

в) на подошве волны, по формуле:

(3.10)

Подставляем значения величин в формулы (3.8), (3.9) и (3.10) и получаем:

Решение:

Пример решения:

М_D = 480 792,19 т.м.; = – 429000 т.м.; = – 363700 т.м.; = – 507300 т.м.

= 480792,19 – 429000 = 51792,19 т.м.

= 480792,19 – 363700 = 117092,19 т.м.

= 480792,19 – 507300 = – 26507,81 т.м.

Допускаемый изгибающий момент М_доп = 135000 т.м.

Определяем коэффициент запаса прочности:

а) на тихой воде по формуле:

(3.11)

б) на вершине волны по формуле:

(3.12)

в) на подошве волны, по формуле:

(3.13)

Подставляем значения величин в формулы (3.11), (3.12) и (3.13) и получаем:

Решение:

Пример решения:

М_доп = 135000 т.м.; = 51792,19 т.м.; = 117092,19 т.м.; = – 26507,81 т.м.

= 135000/51792,19 = 2,61>1

= 135000/117092,19 = 1,15>1

= 135000/26507,81 = 5,09>1

При размещении груза и запасов условие прочности М_доп ≥ М_{ma x} соблюдено.

На графике продольной прочности судна по аргументам D₁ = 25470,12 и арифметическая сумма моментов относительно миделя:

= 381867 – 205520,37 = 176346,63 т.м.

Находим точку пересечения вертикали и горизонтали этих величин, которая характеризует состояние прочности корпуса. Эта точка находится между линиями «момент на тихой воде – нуль» и «опасно – вершина волны», т.е. перегиб корпуса судна в допустимых пределах и условия прочности соблюдены.

– запас моторного (тяжелого) топлива на приход судна, с учетом стоянки в порту назначения, рассчитывается по формуле:

(1.1)

– запас дизельного топлива на приход судна, с учетом стоянки в порту назначения, рассчитывается по формуле:

(1.2)

– запас котельного мазута на приход судна, с учетом стоянки в порту назначения, рассчитывается по формуле:

(1.3)

– общее количество топлива на приход с учетом стоянки в порту выгрузки рассчитывается по формуле:

(1.4)

– запас смазочного масла на на приход судна с учетом стоянки в порту, рассчитывается по формуле:

(1.5)

– запас пресной воды для нужд экипажа, на приход судна с учетом стоянки в порту выгрузки, рассчитывается по формуле:

(1.6)

– запас продовольствия для нужд экипажа, исходя из нормы потребления в кг на одного человека в сутки, рассчитывается по формуле:

(1.7)

Общее количество судовых запасов на рейс для судна, рассчитывается по формуле:

(1.8)

Подставляем значения величин в формулы (1.1), (1.2), (1.3), (1.4), (1.5), (1.6), (1.7) и (1.8), получаем:

Решение:

Пример решения: Р_Т.ф = 1928 т.; q_{Т. т(х)} = 40 т/сут.; t_х = 23,5 сут.

= 1928 – 40 · 23,5= ;

Р_Д.т.ф = 128 т.; q_{Д. т.(х)} = 2,2 т/сут.; q_{Д. т.(ст)} = 5,4 т/сут.; t_х = 23,5 сут.; t_ст = 2,5 сут.

= 128 ­– (2,2 · 23,5 + 5,4 · 2,5)= ;

Р_{Мазут.ф} = 128 т.; q_{Мазут(х)} = 1,5 т/сут.; q_{Мазут(ст)} = 1,8 т/сут.; t_х = 23,5 сут.; t_ст = 2,5 сут.

= 85 ­– (1,5 · 23,5 + 1,8 · 2,5)= ;

= 988 + 62,8 + 46= ;

Р_см.м.ф = 120 т.;

= 120 – 120 ∙ 0,45= ;

Р_пр.в.ф = 159 т.; q_пр.в. = 0,108 т/сут.; n_эк = 23 чел.; t_х = 23,5 сут.; t_ст = 2,5 сут.

= 159 – 23 ∙ 0,108 ∙ (23,5 + 2,5)= ;

Р_{прод..ф.} = 3 т.; q_прод. = 0,0027 т/сут.; n_эк = 23 чел.; t_х = 23,5 сут.; t_ст = 2,5 сут.

= 3 – 23 ∙ 0,0027 ∙ (23,5 + 2,5)= ; 1096,8 + 66 + 94,4 + 1,4= ;

Таблица 24 – Расчет загрузки судна на отход из порта выгрузки, в балласте.

D₂ = 18170,72 т.

∑М_н = + 326736,00 т.м.

∑М_к = − 330759, 37 т.м.

∑М_z = 15134,25 т.м.

Т_{ср 2} = 6,19 м

Расчет осадки судна после приема балласта.

Дифферент судна на отход

Рассчитываю осадки судна носом и кормой:

(1.9)

(1.10)

Подставляем значения величин в формулы (1.9), (1.10), и получаем:

Решение:

Пример решения:

Т'_ср2 = 6,19 м. d₁ = –1,45 м.

По окончании проведения расчёта посадки судна после загрузки проводятся расчёты параметров остойчивости.

Поперечная h, и продольная H₁ метацентрические высоты судна рассчитываются по формулам:

(2.1)

(2.2)

Аппликаты метацентров поперечной Z_m и продольной Z_M остойчивости рассчитываются по формулам:

(2.3)

(2.4)

Подставляем значения величин в формулы (2.17), (2.18), (2.19) и (2.20) и получаем:

Решение:

Пример решения:

r₁ = 6,76 м., R₁ = 287 м., Z_{c 1} = 3,24 м., Z_{g 1} = 8,35 м.

= 6,76 – (8,35 – 3,24)= = 287 – (8,35 – 3,24)= Z_m = r₁ + Z_c1 = 6,76 + 3,24= Z_M =R₁ + Z_c1 = 287,0 + 3,24=

Результаты расчётов составляющих после загрузки судна заносим в таблицу №25

Далее производят расчеты плеч статической и динамической остойчивости

Расчеты плеч статической и динамической остойчивости с помощью пантокарен при постоянном шаге угла крена выполняются в форме таблицы №13.

Для этого по объемному водоизмещению V=D/ρ – (плотность воды, в которой находится судно) заходим в таблицу «Пантокарены» и с помощью линейной интерполяции выбираем плечи формы остойчивости.

V= 18170,72/1,025= 17727,53 м³

- Расчета плеч статической и динамической остойчивости.

По данным таблицы №26 производят построение ДСО и ДДО

Для проверки остойчивости по требованиям Правил выполняются расчеты нормируемых параметров на отход и приход по форме таблицы. Пример определения основных и дополнительных параметров можно показать на диаграммах остойчивости на отход и приход, а альтернативных – на приход

При расчете нормируемых параметров остойчивости следует использовать формулы и нормативные требования Правил Регистра

Расчет кренящего момента от давления ветра

Кренящий момент от давления ветра М_кр определяется по формуле

М_кр = 0,001 · P_v · A_v · Z_v (2.21)

Давление ветра Р_v , в Па принимается по таблице 14 в зависимости от района плавания судна и плеча парусности.

Величины опрокидывающего момента определяются с учетом качки судна на волнении Аргументом для решения этой задачи является амплитуда бортовой качки. Для судна без скуловых или брусковых килей амплитуда бортовой качки рассчитывается по формуле

Θ_r = X₁ · X₂ · Y, (2.22)

Для судна, имеющего скуловые кили или брусковый киль, используется формула

Θ_{2 r} = k · X₁ · X₂ · Y (2.23)

Функциональною зависимости для X₁ Х₂ и Y приведены в табличной форме (табл 14 – 19 ПРИЛОЖЕНИЯ)

Выбирая значения из таблиц 14 – 19 по входным аргументам, подставляем значения величин в формулы (2.21), (2.22), и (2.23) и получаем:

Решение:

Определяем значение аргумента Р_v , Z_v и A_v из приложения выбираем значение плеча парусности в зависимости от осадки судна для данного варианта загрузки при Т_ср1 = 6,19 м, Z_v = 10,26 м; Р_v = 1240 Па; A_v = 416,6 м² .

Определяем значение аргумента k, X₁ , X₂ и Y из таблиц 14 – 19 по входным аргументам:

Пример решения:

М_кр = 0,001 · P_v · A_v · Z_v = 0,001 · 1240 · 416,6 · 10,26= 5300,15 тм.

В/Т= 23,15/6,19 = 3,76 отсюда X₁ = 0,8;

δ= 0,68, отсюда X₂ = 0,99;

= 0,06, отсюда Y= 27;

= 2,6, отсюда k= 0,78.

Подставляя данные значения в формулу (2.23) получим:

Θ_{2 r} = k · X₁ · X₂ · Y= 0,78 · 0,8 · 27 · 0,99= 16,7 градуса.

Зная амплитуду бортовой качки, можно по диаграмме остойчивости найти величину опрокидывающего момента следующим образом при использовании динамической диаграммы остойчивости (Рис 2) на ней от начала координат вправо откладывают амплитуду качки и, восстановив из полученной точки перпендикуляр до пересечения с диаграммой, получают точку А' через точку А' проводят прямую параллельную оси абсцисс, и на ней влево от А' откладывают ее величину Θ_{2 r} . Из полученной точки А проводят касательную к диаграмме Затем вправо от А откладывают 57,3° и из конца отрезка в точке В' восстанавливают перпендикуляр до пересечения с касательной АС в точке Е Отрезок BE будет равен опрокидывающему моменту (если по оси координат нанесены моменты) или плечу опрокидывающего момента (если по оси ординат отложены плечи) в последнем случае для получения момента плечо надо умножить на водоизмещение.

– Диаграмма статической и динамической остойчивости судна в балласте.

Опрокидывающий момент находится по формуле:

М_опр = ℓ_опр · D₁ (2.24)

Подставляем значения величин в формулу (2.24) и получаем:

Решение:

Пример решения:

ℓ_опр = 0,57 м; D₁ = 18170,72 т.

М_опр = ℓ_опр · D₁ = 0,57 · 18170,72= 10357,31 тм.

Значение критерия погоды К рассчитывается по формуле:

(2.25)

Подставляем значения величин в формулу (2.25) и получаем:

Решение:

Пример решения:

М_опр = 10357,31 тм; М_кр = 5300,15 тм.

= 10357,31/5300,15= 1,95

Нормы Регистра требуют проверки остойчивости по критерию ускорения К*.

Для этого необходимо вычислить величину по формуле:

(2.26)

Подставляем значения величин в формулу (2.27) и получаем:

Решение:

Пример решения:

h₂ = 1,65 м; V₁ = 17727,53 м³ ; В= 23,15 м; Z_g = 8,35 м.

= 0,18

Затем по аргументуиз таблицы 18 с помощью линейной интерполяции находят коэффициент m_o , в нашем случае m_o = 0,55.

Затем рассчитывают нормируемую частоту колебаний судна m по формуле:

(2.28)

Затем рассчитывают ускорения а _расч ( в долях от g) по формуле

а _расч = 0,0011 · В · m² · Θ_{2 r} (2.29)

Остойчивость считается приемлемой, если соблюдается условие определяемое по формуле:

(2.30)

Подставляем значения величин в формулу (2.28), (2.29) и (2.30) и получаем:

Решение:

Пример решения:

h₂ = 1,65 м; m_o = 0,55;

= 0,43

В= 23,15 м; Θ_{2 r} = 16,7; m= 0,43.

а _расч = 0,0011 · В · m² · Θ_{2 r} = 0,0011 · 23,15 · 0,43² · 16,7= 0,08

а _расч = 0,08

= 0,3/0,08= 3,75

Далее определяем период качки судна по формуле:

(2.31)

Подставляем значения величин в формулу (2.31) и получаем:

Решение:

Пример решения:

В= 23,15 м; L= 173,94 м; Т= 6,19 м.

= 0,38

h₁ = 1,62 м; с= 0,38.

= 13,6 с.

Результаты расчетов нормируемых параметров остойчивости нагляднее и проще выражать в табличной форме, показанной в таблице №19.

– Расчет нормируемых параметров остойчивости

Таблица 20 -