Курсовая работа: Перевірка остійності і міцності судна по критеріям Регістра судноплавства України

Херсонський морський інститут

кафедра судноводіння

Перевірка остійності і міцності судна

по критеріям Регістра судноплавства України

танкер Норд Азіатік Сі

рейс Новоросійськ – Гавана

вантаж нафтопродукти густиною 0,81 т/мі

група

курсант

Херсон, 2006

Зміст

Вступ

1. Основні характеристики і розміри судна

2. Характеристика і умови перевезення вантажу

3. розрахунок необхідних суднових запасів і маси вантажу

4. Завантаження судна

5. Розрахунок посадки та початкової остійності судна

6. Розрахунок площі та центра парусності

7. Розрахунок плечей статичної і динамічної остійності

8. Перевірка задоволення вимог до остійності Регістра

судноплавства України

Критерій погоди

Діаграма статичної остійності

Метацентрична висота

Критерій прискорення

9. Перевірка повздовжньої міцності судна

10. Висновок

Використана література

Вступ

Безперервне збільшення використання енергії пов’язано зі збільшенням добування нафти і її перевезення морським шляхом.

В зв’язку зі значним подорожанням нафти в останні роки перевезення її в значній мірі здійснюється середньотонажними танкерами дедвейтом коло 30000т, до яких належить танкер «Норд Азіатік Сі», побудований на Херсонському суднобудівному заводі.

В даній курсовій роботі виконано розрахунок дедвейту, перевірка остійності і міцності танкера на початку рейсу «Новоросійськ – Гавана» згідно з «Правилами класифікації і побудови морських суден» Регістра судноплавства України, 2002р.

1. Основні характеристики і розміри судна

Тип судна – одногвинтовий, однопалубний дизельний танкер з подвійним дном, однією повздовжньою переборкою в ДП в танковій частині, з кормовим розташуванням машинного відділення, житлових і службових приміщень, з бульбовою формою носової кінцівки, потоконаправляючим крилом, встановленим в кормовій кінцівці по ЛБ.

Призначення – перевезення нафтопродуктів і сирої нафти. Передбачена можливість одночасного перевезення до семи сортів рідких вантажів.

Рік і місце побудови – 1997р. , Херсон

Клас судна – КМ Л 4 1 А 2 (нафтоналивне)

Район плавання – необмежений

Дальність плавання – запаси палива, масла і води при довготривалій експлуатаційній потужності складає коло 10500 миль. Місткості для запасів палива забезпечують дальність плавання до 12600 миль за рахунок зменшення вантажопідйомності.

Головні розміри

Довжина найбільша 182,14м

Довжина між перпендикулярами 168,18м

Ширина найбільша 25,3м

Висота борту в районі танкової

частини 18,0м

Висота борту в кормовій 15,0м

частині

Осадка по літню вантажну марку 11,35м

Маса судна порожнем Рпор =11020т

Водотонажність судна в морській воді густиною 1,025т/мі при осадці 11,35м складає коло 40600т.

Головний двигун – 6 ДКРН 60/195 – 10, N=7970 квт, n=111 об/хв.

Швидкість судна при осадці 11,35 м та частоті обертання гребного гвинта 111об/хв. коло 14,0 вузла.

Екіпаж – 24 чоловіка

Добова витрата палива:

важкого для ГД 34,2т

важкого для ДГР

на ходу 3,8т

на стоянці при завантаженні 3,8т

на стоянці при вивантажені 7,6т

2. Характеристика і умови перевезення вантажу

Нафта і нафтопродукти належать до пожаронебезпечних вантажів.

Густину 0,81 т/мі має дизельне паливо.

Температура займання дизельного палива +78єС.

Температура нижньої границі вибуху насиченої пари в повітрі +69є С.

Величезні об’єми перевезень нафти та нафтопродуктів морським шляхом , аварії танкерів і жахливі екологічні наслідки привели до розробки міжнародних конвенцій про запобігання забруднення моря з суден та безпечного перевезення вантажів, де є спеціальні правила, які обумовлюють конструкцію танкерів та наявність спеціальних систем.

На сучасних танкерах вантажні танки відокремлені від зовнішньої обшивки подвійним дном і подвійними бортами шириною до двох метрів.

В вантажні танки тільки в екстремальних випадках дозволяється приймати водяний баласт. Для водяного баласту передбачені танки ізольованого баласту, які розміщені в подвійному дні та подвійних бортах.

Існують спеціальні відстійні танки, куди зливають воду після миття вантажних танків. Вода з відстійних танків викидається за борт тільки після відповідної сепарації.

Для запобігання можливих вибухів танків існує спеціальна система інертних газів (азоту чи вуглекислого газу). які подаються в танки при відкачуванні нафтопродуктів.

Для легкого відкачування нафти і важких нафтопродуктів на танкерах існує система підігріву вантажу парою від допоміжного або утилізаційного котла.

Для визначення кількості вантажу в танках при розвантаженні чи завантаженні на танкерах існує система автоматичного заміру рівня рідини.

Встановлені спеціальні системи пожежогасіння.

3. Розрахунок необхідних суднових запасів і маси вантажу

3.1.Протяжність переходу

Розрахунок протяжності переходу згідно з «Таблиц морских расстояний» з використанням базових портів приведений в таблиці 1.

Таблиця 1.

Розрахунок протяжності переходу

Протяжність каналів, вузькостей (Босфор, Дарданели)

lкан =150 миль.

3. 2 Довготривалість рейсу

Ходовий час

Tx= Lзаг – lкан + lкан + tзатр =

Vексп * 24 Vкан * 24

= 6283 – 150 + 150 + 0,2 =19,1 доби,

14*24 10*24

де Lзаг – протяжність переходу, милі;

lкан – протяжність каналів, вузькостей, милі;

Vексп – експлуатаційна швидкість судна уз.;

Vкан – норматив швидкості при проході каналів, вузькостей, уз.;

tзатр – час затримки в рейсі, доби.

Час стоянки

tст=tзв + tвв+ tдод = 1+1,5+0,4=2,9діб

де tзв – час завантаження судна, діб;

tвв – час вивантаження судна, діб;

tдод – додатковий час в портах завантаження і вивантаження, діб.

Загальний час рейсу

tр = tх + tст = 19,1+2,9=22 доби

3.3 Маса екіпажу з багажем

Рек = mек * n = 0.21*24=5.1т,

де mек - середня маса одного члена екіпажу з багажем згідно з

нормами;

n – кількість членів екіпажу.

3.4 Маса провізії і тари

Рпр = mпр * n * tр =0,01*24*22=5,3т,

де mпр – середня маса необхідної провізії для одного члену екіпажу на добу, т.

3.5 Витратні матеріали

Згідно з «Інформацією про остійність» приймаю масу витратних матеріалів

Рвит = 9,9т

3.6 Маса палива і мастильних матеріалів

3.6.1 Маса палива для головного двигуна

Ргд = (1 + Кшт) qт * tx = (1 + 0.1) * 34.2 * 19.1 = 720 т,

де Кшт = 0,1 – коефіцієнт штормового запасу,

qт – добова витрата палива головного двигуна,

tx – ходовий час.

3.6.2 Маса палива для дизель генераторів

Рдгх = (1+ Кшт) (qх * tх + qзв (tзв + tдод) + qрв tрв) = (1 + 0,1)(3,8 * (1 + 0,4) + 7,6 * 1,5) = 98,2т,

де qх – добова витрата палива на ходу,

qзв – добова витрата палива при завантаженні,

qрв – добова витрата палива при розвантаженні.

Приймаю 100% запасів.

3.6.3 Маса мастильних матеріалів

Рст = 0,05(Ргд + Рдгр ) = 0,05 (720 + 98,2) = 41т

Приймаю 100% запасів згідно з «Інформацією …»

Рст = 56,0т

3.6.4 м аса палива для допоміжного котла

Приймаю Рк = 30т

3.7 Маса прісної води

3.7.1 Маса питної води і води для миття

Мп.в = mnb * n tp = 0.15*24*22 = 79.2т

де Мп.в – середня норма питної води і води для миття для одного члена екіпажу на добу

Заповнюю на 100% одну цистерну питної води і води для миття (30т +89т)

3.7.2 Маса води для допоміжного котла

Заповнюю цистерну котельної води повністю

Рк =74т

Суднові запаси приведені в таблиці 2

3.7.3 Маса води для промивки вантажної системи.

Згідно з [ 1 ] приймаю масу води для промивки вантажної системи Рпром=600т

3.8 Вода в купальному басейні

Для більш повного завантаження танкера купальний басейн вважаю порожнім.

3.9 Маса вантажу

Маса вантажу, який може прийняти танкер по вантажну марку при прийнятих суднових запасах

Рвант = Д – Рпор – Рек – Рпр – Рвчт – Рпром - ∑ Рзап= 40600 – 11020 – 5,1 – 5,3 – 9,9 – 600 – 1104 = 27860т

де Д – водотоннажність судна в морській воді при осадці по вантажну марку

Суднові запаси на рейс

Таблиця 2

4. Завантаження судна

Згідно з табл. 15 [1] об’єм вантажних і відстійних танків

Vзаг = 37650мі

Об’єм вантажу, який можна прийняти по вантажну марку.

Vвант = Рвант = 27860 = 34400мі < Vзаг

γ 0,81

Аналогічно табл. 6.4 (1) недоливаю вантаж в танки № 1 ПрБ і ЛБ. Не заповнюю відстійні танки. Всі інші танки заповнюю на 98%.

Складові маси судна при осадці 11,35м в морській воді густиною 1,025т/м приведені в таблиці 3.

Складові маси судна

Таблиця 3

5. Розрахунок посадки та початкової остійності судна.

Згідно з диферентною діаграмою ( [ 1 ] лист 65) при водотоннажності

V = Д = 40600 = 39610 мі

γ 1,025

і Хс1 = Хд = 1,93м

середня осадка d = 11,35м,

диферент δ = - 0,15 м,

апліката метацентра Zm = 10,63м.

Осадка:

носом dн = dср + δ = 11,35 + (-0,15) = 11,28м;

2 2

кормою dк = dср + δ = 11,35 + (-0,15) = 11,43м;

2 2

Поперечна метацентрична висота без урахування вільних поверхонь рідких вантажів

ho = Zm – Zд = 10.63 – 9.88 = 0,75м

Згідно з табл. 15 [ 1 ] сума добутків густини рідини на поперечний момент інерції вільної поверхні рідких вантажів обчислена в таблиці 4.

Значення γ іx для вільних поверхонь рідких вантажів

Таблиця 4

Поправка до метацентричної висоти за рахунок вільних поверхонь рідких вантажів

∆h = ∑γ іх = 13130 = 0,32м

Д 40600

Виправлена поперечна метацентрична висота

h = ho - ∆h = 0,75 – 0,32 = 0,43м

6 . Розрахунок площі та центра парусності

Площа та апліката центра парусності по силуету судна (дивись лист 6) обчислена в таблиці 5.

Обчислення площі та центру парусності

Таблиця 5

7. Розрахунок плеч статичної і динамічної остійності.

Плечі статичної і динамічної остійності розраховані в таблиці по формі, наведеній в [ 1 ] (лист 19, табл. 13).

Плечі остійності форми обчислені інтерполяцією з табл. 17 [2] (лист 111) ∆ = 39610мі, Zд = 9,88м ∆h = 0,32м δ = -0,15м

Плечі статичної і динамічної остійності

Таблиця 6

Діаграма статичної і динамічної остійності побудовані на рис. 2

8. перевірка задоволення вимог до остійності Регістра судноплавства України

8.1 Критерій погоди

Кренувальний момент

Мγ = 0,001Рv * Аv Z = 0,001 * 1161 * 9638 = 11190кнм,

де Рγ = 1161Па – тиск вітру для суден необмеженого району плавання при відстані центра парусності Z = 5,9м від площини діючої ватерлінії згідно з табл. 2.1.2.2 [2];

Аv * Z = 9638мі - статичний момент площі парусності згідно табл.

Амплітуда хитавиці

θ= 109 КХ1Х2 * √r s = 109 * 1 * 1 * √0.65 * 0.035 = 16.4град

де К = 1 – для суден, які мають категорію льодових підкріплень ЛП4 і вище,

Х1 = 1 – множник згідно з табл. 2.1.3.1- 1 при В/d = 25,3/11,35 = 2,23

Х2 = 1 – множник згідно з табл.. 2.1.3.1-2 при коефіцієнті загальної повноти,

Св = V = 39610 = 0,820

LBd 168,18*25*3*11,35

r = 0,73 + 0,6 (Zg – d) * 1 = 0,73 + 0,6 (9,88 – 11,35) * 1 = 0,65

d 11,35

- параметр,

S = 0,035 – безрозмірний множник згідно з табл. 2.1.3.1 – 3 [2]

при періоді хитавиці

Т = 2 с В = 2 * 0,352 * 25,3 = 27,2 с,

√h √0,43

де С = 0,373 + 0,023 * В/ d – 0,043 * L/100 = 0,373 + 0,023 * 25,3/11,35 – 0,043 * 168,18/100 = 0,352

згідно з п. 2.1.3.5 [2] приймається амплітуда хитавиці

θІ = 16 град

Плече перекидного моменту згідно побудові на діаграмі динамічної остійності по методиці додатку 2 частини ІV остійність [2]

l = ВЕ =0,37м

Перекидний момент

Мс = Д * g * l = 40600 * 9,81 * 0,37 = 147370кнм

Критерій погоди

К = Мс = 147370 = 13,2 >> [k] = 1

Му 11190

8.2 Діаграма статичної остійності

Згідно з п. 2.2.1 [2] максимальне плече діаграми статичної остійності lмах повинно бути не менше 0,2м для суден довжиною

L ≥ 105м при путі крену θm ≥ 30є

В нашому випадку

lmах = 0,86м > [lmах] = 0,2м

при путі крену θm = 50є > [θm] = 30є

8.3 Метацентрична висота

Згідно з п. 2.3.1 [2] значення виправленої початкової метацентричної висоти всіх суден при усіх варіантах навантаження повинно бути не менше 0,15м.

В нашому випадку виправлена поперечна метоцентрична висота (див. п. 5)

h = 0,43м > [h] = 0,15м

8.4 Критерій прискорення

Розрахункове значення прискорення (у частках g) згідно з п. 3. 12. 3 [2]

αрозр = 1,1 * 10ˉі * В * mІ θr = 1,1 * 10ˉі * 25,3 * 0,39І * 16 = 0,07

Тут В – ширина судна,

m = mo = 0.34 = 0.39 -

√ho √0.75

- нормована частина власних коливань судна,

ho – поперечна метацентрична висота без урахування вільних поверхонь рідких вантажів,

mo – коефіцієнт згідно з табл. 3.12.3 [2]

при ho * В = 0,75 * 25,3 = 0,056

³√Δ*Zg і√39610 * 9,88

Критерій прискорення

К* = 0,3 = 0,3 = 4,3 > [k*] = 1

αрозр 0,07

9. Перевірка повздовжньої міцності судна

Перевірка загальної повздовжньої міцності виконана по методиці, приведеній в [3].

Складова згинаючого моменту на міделі від ваги судна порожнем

Мп = Кп До*L*g = 0,126*11020*168,16*9,81 = 2290 000кнм

де Кп – коефіцієнт згідно з табл. 6.1,

До – маса судна порожнем,

L – довжина судна.

Складова згинаючого моменту від вантажів, які входять в дедвейт

М dw = Ѕ * g * ∑mi* |xi| = Ѕ * 9,81 * 828 370 = 40631100 кнм

де mi – маса вантажу, який входить в дедвейт,

|xi| - абсолютна величина абсциси центра маси вантажу

∑mi* |xi| - обчислена в таблиці 7

Таблиця 7 Визначення ∑mi*|xi| дедвейта

Складова згинаючого моменту на міделі від сил підтримки

Мсп = - Ксп Д * L * g = - 0,1048 * 40600 * 168,18 * 9,81 = - 7020000кнм

де Ксп – коефіцієнт згідно табл.. 6.2 [3] при коефіцієнті повздовжньої повноти

φ = δ = 0,820 = 0,837

β 0,98

δ = Д = 40600 = 0,820 -

γLВd 1,025 * 168,18 * 25,3 * 11,35

- коефіцієнт загальної повноти

β – 0,98 – коефіцієнт повноти мідель-шпангоуту

Загальний згинаючий момент

Мо = Мп + Мdw + Мсп = 2290000 + 4063100 – 7020000 = -

- 666900кнм

Допустимий прогинаючий момент

[ М ] = - 882900кнм > Мо

Загальна міцність судна забезпечена.

Висновок

Виконані розрахунки показали що при прийнятому завантаженні судна його міцність і остійність задовольняють вимогам Регістра судноплавства України.

Поперечна метацентрична висота h = 0,43м > [ h ] = 0,15м

lmax = 0,88м > [ lmax ] = 0,20м

максимальне плече діаграми статичної остійності

Кут крену при максимальному плечі статичної остійності

θm = 46є > [ θm] ≥ 30є

Критерій погоди К = 13,2 >> [ К ] = 1

Критерій прискорення К* = 4,3 > [ К* ] =1

Згинаючий момент на тихій воді на міделі

Мо = 666900 < [Мо] = 882900кнм

Використана література

1. Информация об остойчивости 15966-901-775

2. Регістр судноплавства України.Правила класифікації та побудови морських суден -.К. - : ,2002.

3. Сизов .Теория корабля. - Одесса