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.
1.1
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 – КМ
ê
ЛЗ
III
СП
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: КМ
ê
ЛЗ
III
СП
КМ
ê
- 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.
III
СП
– 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
=1873,1
т. (М0
– водоизмещение судна)
ХG
0
= -9,34
м. (ХG
0
– абсцисса центра тяжести)
ZG
0
=5,14
м. (ZG
0
– 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 uтр
i
- объем i-го трюма, м3
m - удельный погрузочный объем груза, м3
/т
m = 0,80 м³/т - удельный погрузочный объем перевозимого в трюмах груза.
Таблица 2.1 - Характеристики грузовых трюмов судна.
Наименование
|
Расположение
|
Допускаемое давление,
q
доп
, т/м2
|
Площадь
S
тр
i
,
м2
|
Объем
V
тр
i
,
м3
|
Координаты ЦТ, м
|
X
тр
|
Z
тр
|
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
|
174
|
-32,42
|
-
|
-
|
-
|
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
|
-195,255
|
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
|
174
|
-32,42
|
-
|
-
|
-
|
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
|
-195,255
|
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 q
max
и угол заката диаграммы q
зак
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 q
max
³300
. Угол заката диаграммы должен быть не менее 600
.
Из Рисунка 3.2 видно, что lmax
=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: mгр
= 100 т
Аппликата центра тяжести принимаемого на палубу груза вычисляется по формуле:
Zгр
= H+hk
ом
+1,4 (4.1)
где Н - высота борта судна, H=6 м (см. Часть 1);
hk
ом
- 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 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:
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
d
d
н
= 1,2*100/10=12 см
d
d
к
= 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;
h = 1,40 м - метацентрическая высота (см. Часть 2) М = 5024,88 т - водоизмещение судна,
Рисунок 4.1 – Изменение осадки от принятия/снятия 10 тонн груза
град
Получаем:
Q
= -0,410
.
Угол крена в формуле (4.9) получился отрицательным, это значит, что судно имеет крен на левый борт.
4.3. Определение статических и динамических углов крена от шквала, создающего кренящий момент Мкр
дин
= 500 тм, при бортовой качке с амплитудой Q
т
=
±15°
Углы крена определяется с помощью диаграмм статической и динамической остойчивости (Рисунки 4.2 - 4.7)
Плечо кренящего момента находят по формуле:
(4.10)
Рисунок 4.2 - Диаграмма статической остойчивости при отсутствии крена
Рисунок 4.3 - Диаграмма динамической остойчивости при отсутствии крена
Рис.3
Рисунок 4.4 - Диаграмма статической остойчивости при крене на наветренный борт
Рисунок 4.5 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на наветренный борт.
Рисунок 4.6 - Диаграмма статической остойчивости при крене на подветренный борт.
Рисунок 4.7 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на подветренный борт.
На диаграмме статической остойчивости динамический угол крена определяют из условия равенства работы восстанавливающего и кренящего моментов. Работа восстанавливающего момента равна площади, ограниченной графиком диаграммы статической остойчивости, осью абсцисс и перпендикуляром к ней, восстановленном из точки Q
д
. Работа кренящего момента равна площади, ограниченной графиком кренящего момента до угла крена Q
д
осью абсцисс. Положение перпендикуляра при Q
д
подбирается таким образом, чтобы площади под диаграммой статической остойчивости и графиком кренящего момента были равны.
По диаграмме динамической остойчивости задача решается следующим образом. На оси абсцисс диаграммы откладывается угол, равный 1 радиану (57,3°), и из полученной точки восстанавливается перпендикуляр. На перпендикуляре откладывается плечо кренящего момента 1дин
кр
, конец этого отрезка соединяется с началом координат. Абсцисса точки пересечения этой прямой с диаграммой динамической остойчивости соответствует углу динамического крена судна от шквала.
Снимая на диаграммах статической и динамической остойчивости значения статического и динамического углов крена, получаем:
При наличии у судна крена на тихой воде по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.2) Q
ст
=
3,50
, Q
д
= 70
и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.3) Q
д
= 70
.
При крене судна на наветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.4) Q
ст
=
40
, Q
д
= 230
и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.5) Q
д
= 230
.
При крене судна на подветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.6) Q
ст
=
3,70
, Q
д
= -9,40
и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.7) Q
д
= -9,40
.
Таким образом, можем сделать вывод, что во время шквального ветра динамические углы будут больше в том случае, когда на волнении судно накреняется на наветренный борт. Эта ситуация принимается за расчётную при нормировании их остойчивости.
4.4.
Проверка удовлетворения требований остойчивости судна в
соответствии с Правилами Регистра судоходства в случае смещений груза зерна во всех трюмах одновременно.
а) Рассмотрим первый случай, когда трюма заполнены «под крышки», т.е. высота пустоты в соответствии с Правилами Регистра для данного судна должна приниматься равной 100 мм. В случае полного заполнения трюмов (Рисунок 4.8) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 150
.
b
15о
100
уi
Рисунок 4.8 - Схема перемещения зерна в случае полного заполнения трюма
Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с Правилами Регистра, определяется по формуле:
М
L
y
=
S
пуст
.
y
пуст
(4.11)
где S
пуст
- площадь перемещающейся пустоты, м2
;
y
пуст
- поперечное перемещение пустот, м.
Для вычисления S
пуст
воспользуемся формулой:
S
пуст1
= (b2
* tg150
)/2 (4.12)
S
пуст2
= Bтр
.
0,1 (4.13)
где S
пуст1
- начальная площадь пустоты, м2
;
S
пуст2
- площадь пустоты после смещения, м2
;
b - ширина пустоты по крышке люка;
Bтр
- ширина трюма, Bтр
= 9,9 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по ширине);
S
пуст2
= 9,9* 0,1 = 0,99 м2
S
пуст2
=
S
пуст1
0,99 = b2
/2 * tg150
= b2
/2*0,27
b2
= 1,01/0,134 = 7,54 м2
b = 2,7 м
Поперечное смещение пустоты упуст
вычисляется по формуле (из Рисунка 4.8):
y
пуст
= Bтр
- Bтр
/2 - b/3
y
пуст
= 9,9-9,9/2-2,7/3 = 4,05 м
Используя формулу (4.11), найдём расчётный кренящий момент ML
y
:
ML
y
= 0,99*4,05= 4,01 м3
Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле:
(4.14)
где М - водоизмещение судна, т (см. Часть 2)
- длина всех трюмов, = 61 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по длине);
m
зерн
- удельный погрузочный объём зернового груза, м3
/т;
k
=1,06 для полностью загруженного трюма, k
=1,12 для частично загруженного трюма
Удельный погрузочный объём m
кукурузы равен 1,4 м3
/т
Из формулы (4.12) получаем:
Для проверки остойчивости после смещения зерна в обоих случаях на график статической остойчивости (Рисунки 4.9, 4.11) наносят график кренящего момента. График кренящего момента в соответствии с Правилами Регистра судоходства представляется прямой линией, проведенной через точки с координатами Q
=00
; и Q
=400
; . Статический угол крена от смещения зерна определяется по диаграмме статической остойчивости.
Остаточная площадь диаграммы после смещения зерна S
ост
вычисляется по диаграмме статической остойчивости численными методами.
Рисунок 4.9 - Диаграмма статической остойчивости в случае полного заполнения трюмов.
Остаточную площадь диаграммы определим из заштрихованного прямоугольного треугольника: град.м.=0,157 рад.м., что больше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м).
б) Рассмотрим второй случай, когда предусматривается частичное заполнение трюмов. В случае частичной загрузки трюмов (Рисунок 4.10) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 250
.
Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с Правилами Регистра, определяется по формуле (4.11)
Для вычисления S
пуст
воспользуемся формулой:
S
пуст
= (B2
тр
*tg250
)/8 (4.15)
где S
пуст
- площадь пустоты после смещения, м2
Bтр
- ширина трюма, Bтр
= 9,9 м
S
пуст
=9,92
/8*0,466 = 5,71 м2
.
Рисунок 4.10 - Схема перемещения зерна в случае частичного заполнения трюма.
Поперечное смещение пустоты упуст
вычисляется по формуле (из Рисунка 4.10):
упуст
= Bтр
- Bтр
/6- Bтр
/6
упуст
= 9,9-9,9/6-9,9/6 = 6,6 м
Используя формулу (4.9), найдём расчётный кренящий момент ML
y
:
ML
y
= 5,71*6,6=37,69 м3
Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле (4.14)
Рисунок 4.11 - Диаграмма статической остойчивости в случае частичного заполнения трюмов
Остаточную площадь диаграммы определим из заштрихованного прямоугольного треугольника:
град.м. =0,051 рад.м., что меньше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м.).
Проверка требований остойчивости судна в соответствии с Правилами Регистра судоходства:
Согласно «Международного зернового кодекса» и отечественным правилам перевозки зерна характеристики остойчивости судна, после смещения зерна, должны удовлетворять следующим требованиям:
· угол статического крена судна q
д
от смещения зерна не должен превышать 12° или угла входа палубы в воду q
d
, если он меньше 12°.
· остаточная площадь S
ост
диаграммы статической остойчивости между кривыми восстанавливающих и кренящих плеч до угла крена, соответствующего максимальной разности между ординатами двух кривых q
max
или 40°, или угла заливания q
зал
в зависимости от того, какой из них меньше, при всех условиях загрузки должна быть не менее 0,075 м. рад.
У судов типа «Амур» угол заливания равен q
зал
= 29,12о
.
В случае полного заполнения трюмов угол статического крена судна Q
ст
равен 1,20
, а это меньше 120
. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,19 рад.м., что больше 0,075 рад.м.
Следовательно, можно сделать вывод, что в случае полного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна удовлетворяют всем требованиям.
В случае частичной загрузки трюмов угол статического крена судна Q
д
равен 12,70
, а это больше 120
. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,051 м.рад, что меньше 0,075 м.рад.
Тогда, делаем вывод, что в случае частичного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна не удовлетворяют всем требованиям.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЗОН БОРТОВОЙ, КИЛЕВОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОЙ
ДИАГРАММЫ Ю.В. РЕМЕЗА.
5.1
Определение периодов собственных бортовых, килевых и
вертикальных колебаний судна в заданном случае нагрузки.
Значительное возрастание амплитуд бортовых и килевых колебаний судна наблюдается на нерегулярном волнении при совпадении среднего кажущегося периода волн и периода бортовой, килевой или вертикальной качки.
Собственные периоды различных видов качки определяются по формулам
- для бортовой качки;
(5.1)
- для килевой и вертикальной качки
(5.2)
где Тq
, Тy
, Тz
- периоды бортовой, килевой и вертикальной качки
соответственно, с;
В - ширина судна; В = 13,43 м (см. Часть 1);
d - осадка судна; d = 4 м (см. Часть 1);
с - инерционный коэффициент судна; с = 0,8 с/м1/2
h - метацентрическая высота судна; h = 1,40 м (см. Часть 2)
Тогда, используя формулу (5.1), найдём период бортовой качки:
, Тq
= 9,08 с
Используя формулу (5.2), найдём период килевой и вертикальной качки:
Тy
= Тz
= 2,4.
41/2
= 4,8 с
5.2. Определение резонансных сочетаний курсовых углов и скоростей судна для бортовой и килевой качки при волнении с интенсивностью 4 и 6 баллов.
Найдём расчётную длину волны по формуле:
(5.3)
где t
о
- средний период нерегулярных волн, c;
k
l
- коэффициент, учитывающий степень нерегулярности волнения;
k
l
принимается kl
= 0,78.
Период t
о
может быть вычислен по следующей формуле:
(5.4)
где h
3%
- определяется по шкале Бофорта.
Расчет производится для волн, высота которых соответствует 4 и 6
балльному волнению.
При 4-х балльном волнении высота волны h
3%
=1,625 м
При 6-ти балльном волнении высота волны h
3%
=4,75 м
Тогда по формуле (5.4)
t
о
= 3,1 .
1,6251/2
= 3,95 с
t
о
= 3,10 .
4,751/2
= 6,75 с
Подставляя в формулу (5.3), полученные значения tо
, найдём расчётную длину волны
l
= 1,56.
0,78.
3,952
= 18,98 м -
при 4-х балльном волнении
l
= 1,56.
0,78.
6,752
= 55,44 м -
при 6-ти балльном волнении
Резонансные зоны для каждого вида качки определяются по диаграмме Ю.В.Ремеза (Рисунки 5.1-5.4) в следующей последовательности. Откладываем расчетную длины волны на оси ординат и через нее проводим горизонталь до пересечения с границами интервалов.
Тq
1
=0,7 Тq
; Tq
2
=1,3 Tq
Тy
1
=0,7 Тy
; Ty
2
=1,3 Ty
Таким образом:
Для бортовой качки граница определяется
Тq
1
= 0,7 .
9,08 = 6,36 с
Тq
2
= 1,3 .
9,08 = 11,8 с
Для килевой качки граница определяется
Тy
1
= 0,7 .
4,8=3,76 с
Тy
2
= 1,3 .
4,8=6,24 с
Из точек пересечения проводят вертикальные линии до границы, соответствующей максимальной скорости судка в нижней части диаграммы (10 узлов).
Зона, ограниченная вертикальными линиями и полукруглой частью диаграммы, представляет область сочетаний скоростей и курсовых углов судна, неблагоприятных в отношении указанных видов качки.
При анализе и использовании этих расчетов следует помнить, что при курсовых углах (0° < q <12° (встречное волнение) и 168°< q < 180° (попутное волнение) даже в условиях резонанса амплитуды бортовой качки будут незначительны. Поэтому эти диапазоны курсовых углов можно не относить к опасным.
Аналогичным образом из резонансной зоны для килевой качки можно исключить курсовые углы 78° < q < 102°.
6. Литература.
1. Гуральник Б.С., Мейлер Л.Е. «Оценка посадки, остойчивости и поведения судна в процессе эксплуатации». Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы теории судна» для курсантов дневной и заочной формы обучения по специальности 240100 “Организация перевозок и управление на транспорте”. – Калининград, БГА РФ, 2003 г. – 28 с.
2. Кулагин В.Д. Теория и устройство промысловых судов: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1986. - 392 с.
3. Правила классификации и постройки морских судов: В 2-х т.- СПб.: Морской Регистр судоходства, 1995 г.
4. Б.М. Яворский, Ю.А. Селезнев «Справочное руководство по физике». – М.: Наука, 1982. – 620 с.
|