Расчеты снятия судна с мели

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1. Сравнительный анализ научно-технической литературы по исследуемому вопросу

Глава 2. Разработка теоретической части курсовой работы по снятию судна с мели

Глава 3. Расчет варианта курсовой работы

Глава 4. Варианты заданий

Глава 5. Действия экипажа

Глава 6. Сбор необходимой информации

Глава 7. Охрана труда при швартовных и буксировочных работах. Обеспечение безопасности при снятии судна с мели

Глава 8. Охрана окружающей среды

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

SUMMARY

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Посадки судов на мель являются одним из распространенных и тяжелых видов аварий. Анализ причин гибели транспортных судов, по данным мировой аварийной статистики, показывает, что посадка на мель является наиболее частой причиной гибели судов, значительно превосходящей остальные и составляет около 32% от всех навигационных аварийных случаев.

Опыт операций по сохранению судов, севших на мель, показывает, что часто неверные или нерешительные действия экипажа аварийного судна и подошедших в район аварии других судов приводили к значительному ухудшению состояния судна, терпящего бедствие, и даже к его гибели, а иногда - к посадке на мель и даже гибели судна-спасателя. В то же время грамотные и своевременные меры, предпринятые экипажем судна, севшего на мель, и судов-спасателей, приводили к спасению судов, гибель которых казалась неизбежной.

Работы по снятию судна с мели являются одним из наиболее сложных видов спасательных операций, так как включают элементы борьбы за живучесть, буксировки в сложных условиях малых глубин при наличии опасностей, сложных расчетов и т.д.

Расчеты снятия судна с мели имеют ряд существенных отличий от других судостроительных и навигационных расчетов, причем и здесь даже опытные специалист аварийно-спасательного дела могут встретиться с ситуацией, при которой у них не будет ни опыта, ни знания необходимых методов расчета.

Посадка судна на мель происходит обычно в результате ошибки или небрежности судоводителей (ошибки в исчислении пути судна, при постановке на якорь или маневрировании у берега без учета ветра, течения и т.д.), действия на судно непреодолимой силы (ураганной силы шторм, быстрое течение, подвижка льда и т.д.), а также несоответствия данных карты действительному положению.

При непосредственной угрозе посадки на грунт в большинстве случаев следует поставить руль в положение прямо и дать машине полный ход назад. Попытка уклониться от посадки на мель поворотом руля вправо или влево может привести к увеличению размеров повреждений. На циркуляции судно пройдет расстояние вперед не меньше, чем при даче полного хода назад; в то же время посадка носовой частью менее опасна, так как машинное отделение, руль и винты останутся целыми. При посадке судна лагом возможно повреждение и затопление сразу нескольких отсеков. В результате снятие судна значительно осложняется, а иногда становится невозможным.

В некоторых руководствах по морской практике рекомендуется работать около мели винтами судна только при полной уверенности в свободном их вращении. Однако обычно судоводитель решается на риск поломки винтов, так как посадка на мель может привести к еще более тяжелой аварии и даже гибели судна. При наличии кормового якоря он используется для задержки судна от продвижения вперед; кроме того, при посадке на мель якорь будет удерживать судно от разворота лагом к берегу. Носовые якоря можно использовать для погашения инерции хода и удержания судна от посадки на мель, когда расстояние от опасности достаточно для разворота судна на вытравленных якорных цепях, а также для удержания уже сидящего на мели судна от дальнейшего движения к берегу.

Преднамеренная посадка на мель используется при угрозе затопления судна на большой глубине, выбрасывания на рифы и при пожаре. Выбор места для преднамеренной посадки на мель всегда должен производиться с учетом всех обстоятельств, которые могут повлиять на дальнейшее состояние судна, и в наиболее короткое время, чтобы не подвергнуть его риску затопления на большой глубине.

Отказ от выбрасывания на мель тонущего судна, необоснованное стремление довести его до порта нередко приводило к гибели судна. Если судну грозит выбрасывание на мель под действием непреодолимой силы или преднамеренная посадка на мель, целесообразно заблаговременно заполнить балластные цистерны (при наличии времени и возможности для выполнения этой работы). Это позволит при снятии с мели уменьшить давление судна на грунт откачкой (или отжатием с помощью воздуха) принятой ранее воды.

Возникшая при посадке на мель реакция грунта равносильна снятию груза в точке касания судна с грунтом (т.е. на днище). Это вызывает повышение центра тяжести и уменьшение остойчивости судна.

Для уменьшения давления судна на грунт производятся: заделка повреждений и откачка воды из отсеков, отжатие воды из отсеков воздухом, разгрузка судна, перенос грузов (дифферентовка и кренирование), а также используют понтоны, плашкоуты и баржи.

Для расчета стягивающих усилий необходимо определить:

исходные данные;

характеристики района посадки на мель;

глубины в районе посадки;

вид грунта;

коэффициент трения корпуса судна о грунт;

опорную реакцию грунта;

силу бокового сопротивления грунта;

силы ветрового и волнового давления.

При планировании снятия судна с мели необходимо учитывать возможное изменение уровня моря и состояние погоды. При ухудшении погоды и невозможности немедленно снять судно с мели необходимо принять меры, предотвращающие дальнейшее перемещение судна в сторону малых глубин (затопление части отсеков, заводку якорей, которые могут быть в дальнейшем использованы при снятии судна с мели).

Для снятия судов с мели в морской практике используют: буксировку другими судами и тягу собственных винтов, стягивание лебедками (непосредственно и при помощи гиней или гиней с контргинями) в направлении увеличения глубины. Для уменьшения необходимого для стягивания усилия применяют разгрузку судна и его дифферентовку (перенос груза или прием балласта), а также разворот судна и уменьшение сцепления судна с грунтом вибрацией (работа машин, подрыв зарядов в грунте).

Задача расчетов при снятии судов с мели заключается в определении усилия, необходимого для снятия, определении величины стягивающих усилий, способов увеличения стягивающих усилий и уменьшения усилия, необходимого для стягивания.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Глава 1. Сравнительный анализ научно-технической литературы по исследуемому вопрос

Существует несколько способов снятия судов с мели. Рассмотрим некоторые из них и сравним с методом, представленным в курсовом проекте.

В курсовом проекте не учтено некоторое количество факторов, затрудняющих расчёты по снятию судна с мели. В реальной ситуации можно столкнуться еще с рядом вопросов для рассмотрения, таких как коэффициент трения грунта, воздействие сил ветрового давления, воздействие боковых волн, расчет разворачивающих усилий, расчеты, связанные с поступлением воды и затоплением отсеков. Метод, описанный в книге "Управление судном" под редакцией профессора Снопкова В.И. 2004г., помимо общих расчетов курсового проекта, включает в себя следующие необходимые расчеты. Усилие, необходимое для стягивания судна с мели при отсутствии ветра и волнения, зависит от опорной реакции грунта (потерянного водоизмещения) и коэффициента трения корпуса о грунт T_ст = F_тр = f R_a, Кн, где f коэффициент трения, выбираемый из табл. №1.

Таблица №1. Коэффициент трения при различных видах грунта.

Вид грунта	Коэффициент трения
	минимальный	максимальный	средний
Песок	0,40	0,44	0,42
Гравий	0,42	0,45	0,44
Галька	0,50	0,52	0,51
Камень-валун	0,40	0,42	0,41
Плита- ракушечник	0,53	0,53	0,56
Гладкая плита	0,71	0,78	0,75
Глина (ил)	0,20	0,40	0,35
Глина с песком	0,25	0,43	0,39

В тех случаях, когда коэффициент трения корпуса о грунт неизвестен или не определен вид грунта, можно для приближенного определения необходимого стягивающего усилия воспользоваться эмпирической формулой Т_ст = 5дД, кН.

Силу тяги винта нужно взять из паспортных данных судна.

При этом нужно учитывать уменьшение силы упора винта на заднем ходу.

В формуле T_ст = F_тр = f R_a по определению тягового усилия, необходимого для снятия судна с мели, не учитывались силы ветрового давления и давления воды. В зависимости от направления действия этих сил они могут создать дополнительное положительное или отрицательное воздействие на работу по снятию с мели.

Сила ветрового давления учитывается только при снятий судна с мели поступательным стягиванием, а при развороте на мели она не учитывается ввиду ее незначительного значения. Сила давления ветра зависит от его скорости, от площади парусности судна, перпендикулярной направлению ветра, и может быть определена с помощью формул, таблиц или графиков.

Ниже показан один из способов определения силы ветрового давления

F_тр = 0,001Р_vA_vcosV_ветр, Кн, где

Р_v - давление ветра, Н/м², определяемое по графику;

A_v - площадь парусности судна в плоскости, перпендикулярной направлению ветра, определяемая по чертежу расположения судна, м²;

V - угол между направлением ветра и направлением стягивания, град.

Когда сильный ветер направлен в сторону стягивания значению F_ветр придается отрицательный знак, т. е. стягивающее усилие T_ст можно уменьшить на величину F_ветр. В противном случае сила ветрового давления будет препятствовать стягиванию судна с мели.

Действие волн на судно, сидящее на мели, можно представить в виде двух сил: вертикальной силы взвешивающего давления 5дД_вл и горизонтальной силы бокового давления F_вл стремящейся сдвинуть судно.

Ударное воздействие волны может достигать очень большого значения в зависимости от высоты и длины полны, направления бега волн по отношению к направлению борта судна и от глубины в районе посадки судна. Если глубина у борта судна резко обрывается, волны создают сдвигающее и подъемное воздействия. При пологом уклоне мели крупные волны приобретают форму прибойных волн, которые, сохраняя ударное горизонтальное воздействие, в меньшей мере обеспечивают кратковременный эффект всплывания судна.

При длине волны л больше 0,8 длины судна L максимальное значение вертикальной (взвешивающей) подъемной силы соответствует курсовому углу бега волны д_вол = 0°, при л<0,8L - курсовому углу бега волны, равному 90°.

Горизонтальное боковое давление будет максимальным при д_вол = 90°.

В зависимости от глубин в районе посадки судов на мель волны, воздействующие на аварийное судно, делятся на стоячие, разбивающиеся и прибойные.

Расчет силы взвешивающего давления от действия стоячих волн, образующихся на глубинах Н_д превышающих полторы высоты волны h_в на расстоянии от борта не более половины длины волны л и при условии, что средняя осадка судна d_c более 1,25h_в, выполняется по формуле

R_волн = 100К_вК₅q h_в, Кн,

где К_в - волновой коэффициент, равный 3 м/с² при курсовом угле бега волны 10° и 4 м/с² при курсовом угле 90° (для промежуточных значений курсового угла определяется линейной интерполяцией);

К₅ - коэффициент, определяемый по графику;

h_в - средняя высота волны, м;

q - число тонн на 1 см осадки, т/см.

Эта формула применяется при курсовых углах д_вол в пределах 10-170°.

При курсовых углах, близких к ДП (д_вол = 0?10° и 170?180°), расчет ведется по формуле

R^с_волн = 10³К_сq h_в, Кн,

где К_с - коэффициент, определяемый по графику.

Расчет силы взвешивающего давления от действия разбивающихся волн R^р_волн образующихся при условии Н_д >1,5h_в и d_c< 1,25 h_в выполнятся при

д_вол = 10?170° по формуле:

R^р_волн =100 К_вq h_в/К_л,

где К_л - коэффициент, определяемый по графику на рис. Сила взвешивающего давления от действия прибойных волн R^п_волн при д_вол = 10?170° принимается:

При курсовых углах д_вол = 0?10° и 170?180° сила взвешивающего давления от действия разбивающихся волн не учитывается ввиду ее незначительности.

Сдвигающее горизонтальное воздействие волн на судно определяется, как и для взвешивающего вертикального воздействия для случаев стоячих, либо разбивающихся или для прибойных волн.

Расчет силы бокового волнового давления от действия стоячих волн выполняется по формуле

F^c_волн = К_вК_снг_вh_в(Lsin д_в)?cosV_в[K₂0,5h_в+d_ср+К₅ d_ср], Кн,

где К_сн - коэффициент, равный 1 при д_в = 45?135°; 0,9 - при д_в = 30° и 150°; 0,7 - при д_в = 0?15° и 165?180°;

K₂ - коэффициент, определяемый по графику;

г_в - плотность воды, принимается 1 т/м;

д_в - курсовой угол бега волн, град;

V_в - угол между направлением движения волн и направлением действия стягивающего усилия, град;

L - длина судна, м;

d_ср - средняя осадка судна на мели, м.

Если в месте посадки судна на мель наибольшее боковое давление создается действием разбивающихся или прибойных волн, сила такого давления определяется по формуле

F^р_волн(F^п_волн) = К_вг_вh_в(Lsin д_в)? cosV_в[1,5h+d_ср(1,5+1/К_л)], Кн

Lsin д_в может оказаться меньше значения В (ширины судна). В этих случаях значение Lsin д_в нужно заменить значением В.

В расчетах при снятии аварийного судна с мели необходимо откорректировать значение опорной реакции грунта R_a на величину полученного взвешивающего давления R^с_волн, R^р_волн, R^п_волн рассчитанного по одной из формул:

R^'_A= R_A- R^с_волн (или R^р_волн, или R^п_волн), Кн,

где R - опорная реакция грунта (кН) с учетом взвешивающего давления волны.

Требуемое стягивающее усилие Т_ст при наличии ветра и волнения также необходимо откорректировать на величину силы ветрового давления и силы бокового волнового давления, прибавляя эту величину к Т_ст или отнимая ее от Т_ст в зависимости от их направления относительно направления стягивающего усилия.

В зависимости от характера посадки и наличия средств для снятия судна с мели пользуются различными способами: работой своих машин; откачкой балласта или приемом балласта для изменения дифферента и крена; перемещением груза по длине судна; частичной или полной разгрузкой судна; завозом якорей; буксировкой или разворотом другими судами; использованием судоподъемных средств.

В процессе спасательной операции возникает необходимость выполнения специальных работ по заделке пробоин, откачке воды судами - спасателям и, размыве грунта и подготовке каналов в грунте, водолазных работ и подготовке подводных взрывов. Как правило, применяют одновременно несколько способов: дифферентование, разгрузку, размыв, буксировку и др.

Помимо метода, изложенного профессором Снопковым В.И. в книге "Управление Судном", рассмотрим метод Казьменко В.Д. из пособия "Морская практика для инженера-судоводителя". Представленный метод дополняет ранее рассмотренный способами уменьшения реакции грунта.

Уменьшение реакции грунта.

Во многих случаях посадки судов на мель с большого хода усилие, необходимое для стягивания с мели, очень велико. Снятие судна с мели возможно лишь после уменьшения реакции грунта. Реакция грунта уменьшается при повышении уровня воды, что может быть использовано в морях со значительными приливами, если судно село на мель в малую воду. Изменение реакции грунта при приеме и снятии груза, в результате изменения уровня воды, а также остропки понтонов к судну определяют в общем случае по формуле

(1)

где Р1-- вес принятого груза;

Р2 -- вес снятого груза и подъемная сила остропленных понтонов;

--изменение уровня воды.

При остропке понтонов площадь ватерлинии судна должна быть увеличена на величину площади ватерлинии понтонов.

Рис. 1

При посадке судна на отдельный камень или на банку малых размеров, когда длина касания днища с грунтом не превышает ширины судна, можно считать его сидящим на мели одной точкой. В этих случаях реакцию грунта можно уменьшить, если принять или перенести груз в оконечность, противоположную той, на которой находится точка опоры.

Положение точки опоры по длине судна определяют обследованием или расчетом по посадке судна. Приравнивая момент реакции опоры (реакции грунта N₀) к моменту потерянного водоизмещения, получим по метацентрической формуле продольной остойчивости для случая отсутствия затопленных отсеков следующее выражение абсциссы точки опоры в судовой системе координат с началом на мидель-шпангоуте и осью Ох, направленной в нос (рис. 1).

x_A = -Kдш / N₀+x_f (2)

где x_A - абсцисса точки опоры;

К - коэффициент продольной остойчивости (произведение водоизмещения на продольную метацентрическую высоту);

N₀ - опорная реакция;

дш - изменение дифферента судна в результате посадки на мель, из которой следует то, что положительному изменению дифферента отвечает увеличение дифферента на нос;

x_f--абсцисса центра тяжести площади ватерлинии судна.

По формуле (2) можно определять положение точки поры и если отсеки затоплены, при условии, что ц. т. этих отсеков находятся над точкой опоры. В этом случае в формулу (2) следует подставлять величину опорной реакции за вычетом веса воды, влившейся в затопленные отсеки.

Рис.2

При посадке судна на отдельный камень его поперечная остойчивость уменьшается. Изменение поперечной метацентрической высоты определяют по приближенной формуле приема (снятия) малого груза

(3)

где дh - изменение поперечной метацентрической высоты;

Т - средняя осадка судна до посадки на мель;

H - поперечная метацентрическая высота до посадки на мель;

D - водоизмещение судна до посадки на мель.

Все приведенные формулы справедливы лишь в пределах малых изменений осадки судна, так как основаны на применении формул начальной остойчивости. Обычно точность их вполне достаточна для практических расчетов. Большие ошибки эти формулы дают при значительных изменениях осадки судна, что практически наблюдается на малых судах.

Изменение нагрузки судна, сидящего на камне, приводит к изменению его осадки и уменьшению или увеличению опорной реакции. К таким же изменениям приводит и изменение уровня воды. Все эти изменения можно определить при помощи приближенных формул, основанных на применении метацентрической формулы остойчивости.

Для случая приема груза Р₁ в точку с абсциссой х₁ можно написать следующее уравнение моментов относительно точки опоры (А на рис. 2)

Решая это уравнение относительно изменения угла дифферента Дш, получим формулу для определения изменения угла дифферента при приеме груза

(4)

Снятый груз Р₂ можно рассматривать как принятый груз с обратным знаком. Подставляя в формулу (4) Р₁ = -Р2 и абсциссу снятого груза х₂ вместо х₁ получим формулу для изменения угла дифферента при снятии груза

(5)

Перенос груза Р₀ из точки с абсциссой х₂ в точку с абсциссой х₁ можно рассматривать как снятие груза Р₀ в точке х = х₂ и прием груза Р₀ в точке х =х₁. Суммируя изменения угла дифферента от снятия и приема груза Р₀ по формулам (4) и (5), получим формулу для определения изменения угла дифферента при переносе груза

(6)

Изменение уровня воды на величину ДТ_А можно рассматривать как прием груза гSДТ_А (при понижении уровня воды) или как снятие того же груза (при повышении уровня воды) в точке, совпадающей с центром тяжести площади ватерлинии, т. е. с абсциссой x_f. Подставляя эти значения веса груза и абсциссы точки его приема в формулы (4) и (5), получим формулу для определения изменения угла дифферента при изменении уровня воды

(7)

При одновременном приеме, снятии и переносе грузов и изменении уровня воды изменение угла дифферента судна будет равно сумме изменений от каждого отдельного фактора. Остропка понтонов может рассматриваться как снятие груза. Площадь ватерлинии судна в этом случае и абсцисса ее центра тяжести должны быть определены с учетом площади ватерлинии понтонов.

Изменение осадок судна носом ДТ_н и кормой ДТ_к в результате изменения его нагрузки и уровня воды определяют о формулам



(8)

(9)

где Дш-- суммарное изменение угла дифферента, найденное по формулам (4) - (7). Изменение реакции грунта ДN в результате изменения нагузки судна и изменения уровня воды определяют по формуле

(10)

Обычно груз, который может быть быстро выгружен, принят или перенесен на судне, представляет собой водяной балласт, жидкое топливо, пресную воду и другие виды жидких грузов. Всякое изменение нагрузки при помощи иных грузов требует большого объема трудоемких работ. Поэтому к перевалке этих грузов приступают лишь после того, как расчетом проверена невозможность обеспечения необходимого уменьшения опорной реакции при помощи перегрузки жидких грузов. Помещения на судне, в которые может быть принят водяной балласт или жидкий груз из другого помещения, а также смещения, из которых может быть выгружен жидкий груз, ограничены. Поэтому расчет изменения нагрузки судна удобно вести, определяя необходимый вес принятого (снятого, перенесенного) груза, обеспечивающий заданное уменьшение опорой реакции.

Для случая приема груза изменение опорной реакции по формуле (10) при подстановке туда изменения угла дифферента из формулы (4) будет

Из этого выражения следует, что уменьшение опорной реакции случае приема груза возможно лишь при условии

(11)

Если условие (11) не выполняется (груз принимают слишком близко к точке опоры), прием груза может привести лишь к увеличению опорной реакции. При выполнении условия (11) вес принятого груза, обеспечивающий снижение опорной реакции с ее первоначальной величины N₀ до некоторой заданной величины N₁ определяют решением уравнения изменения опорной реакции относительно веса принятого груза

(12)

изменения осадок судна при этом, согласно формулам (8) и (9), определяют по формулам

(13)

(14)

Рассуждая аналогично предыдущему по отношению к снимаемому грузу, получим: условие возможности уменьшения опорной реакции путем снятия груза

 (15)

Необходимая величина снимаемого груза будет равна

(16)

Изменение осадок носом и кормой можно получить по формулам

(17)

(18)

Суммируя результаты приема и снятия груза, получим: необходимый вес груза, переносимого из точки х₂ в точку x₁

изменения осадок носом и кормой

(19)

(20)

При дифферентовке судна с целью уменьшения опорной реакции необходимо проверить возможность увеличения осадки оконечности, противоположной той, в которой расположена опора, по глубине моря под этой оконечностью. При невозможности увеличения осадки, т. е. в случае, если оконечность при этом садится на грунт, способ дифферентовки неприменим без предварительного увеличения глубины.

Рис. 3

Более точный расчет дифферентовки судна, сидящего на мне, может быть выполнен графоаналитическим методом. На масштабе Банжана судна проводятся несколько ватерлиний, отучающих различным углам дифферента судна при повороте о около точки опоры. Для каждой из этих ватерлиний определяют водоизмещение гV и момент водоизмещения относительно точки опоры. По результатам этого расчета, производимого обычными методами статики корабля, строят график (Рис. 3) зависимости водоизмещения от осадки противоположной точке поворота (опоры) оконечности (кривая АВ) и момента водоизмещения относительно точки поворота в зависимости от той же осадки (кривая GF). На оси осадки может быть отложена также и шкала осадки той оконечности, в которой расположена точка опоры.

При известной осадке оконечности противоположной точке опоры Т_ОКо получаем на графике водоизмещение судна гV₀ момент его относительно точки опоры М_А в исходном состоянии до изменения нагрузки. Реакцию опоры определяем как разность водоизмещения судна до посадки на мель D₀ и водоизмещающего объема гV₀ при осадке Т_ОКо (отрезок прямой Т_ОК = Т_ОКо между кривой гV =f(T_ОК) и прямой на V=D₀ рис. 3, равный N₀).

В случае приема груза P₁ в точку с абсциссой х₁ момент веса изменится на величину Р₁(х₁--х_А), и равновесие наступит при осадке Т_ОК = Т_ОК1, при которой момент водоизмещения равен моменту веса М_А+Р₁(х₁--х_А). Проводя прямую Т_ОК = Т_ОК1 найдем новое значение опорной реакции N₁ как отрезок этой прямой между кривой гV =f(T_ОК) и прямой нового веса судна гV= D₀+ Р₁ (I-I-I).

При снятии груза Р₂ в точке с абсциссой х₂ равновесие наступит при моменте М_A-Р₂ (х₂-x_A), отвечающем осадке Т_ОК = Т_ОК2, а опорная реакция N₂ есть отрезок этой прямой между кривой гV =f(T_ОК) и прямой гV= D₀ - Р₂, отвечающей новому значению веса судна D₀ - Р₂ (II-II-II).

Перенос груза Р₀ из точки х₂ в точку х₁ отвечает новому значению момента М_А + Р₀(х₁--х₂), осадки Т_ОК = Т_ОК3 и опорной реакции N₃ (III- III - III из рис. 27).

Для изменения уровня воды на величину ДT_A можно построить новые кривые гV=f(T_о^к) и М_A=f(T_ок), положение судна до изменения нагрузки определяется по новой кривой момента при старом значении момента относительно точки опоры М_A.

Этот способ расчета дифферентовки требует значительного объема вычислений, но применим при любых изменениях осадки судна.

Глава 2. Разработка теоретической части курсовой работы по снятию судна с мели

Целью курсового проекта является оценка возможности снятия судна с мели. Предлагается производить последовательную оценку возможных способов снятия судна с мели по определенному алгоритму, указанному далее в этой главе.

1. Схема расчетов

Силы, действующей на судно, сидящее на мели

Реакция грунта (сила давления судна на грунт). При посадке на мель уменьшается осадка судна, т.е. происходит как бы потеря его водоизмещения, которая приводит к нарушению равновесия между весом судна и силами поддержания воды. Величина потерянного водоизмещения ДD определяется по формуле

ДD = q (T_ср - Т '_ср),

где q -- число тонн на 1 м осадки (определяется по грузовой шкале с учетом плотности воды);

T_ср - средняя осадка до посадки на мель,

Т _ср = (Т_н + Т_к)/2,

где Т_н , Т_к - осадки носом и кормой до посадки на мель;

Т '_ср - средняя осадка после посадки на мель:

Т '_ср = (Т '_н + Т '_к)/2,

где Т '_н и Т '_к - осадки носом и кормой, снятие после посадки на мель.

Реакция грунта - R, кН,

R = g·ДD,

где g -- ускорение свободного падения. При повреждении корпуса и поступлении воды внутрь судна сила реакции грунта увеличивается на величину веса влившейся воды.

Сила присасывания грунта - частицы грунта прилипают к корпусу, создавая эффект присасывания тем больший, чем большей вязкостью обладает грунт. Наибольшее присасывание наблюдается у вязкой глины. Чем больше времени судно находится на мели, тем пагубнее влияние силы присасывания грунта. Наиболее эффективный способ нейтрализации силы присасывания грунта - это разворот судна на месте.

Сила ударов волн - при длительном воздействии приводит к разрушению корпуса. При снятии с мели, как правило, оказывает положительное влияние - раскачивая корпус и, тем самым, уменьшая силу присасывания и силу трения корпуса о грунт.

Взвешивающее усилие волны - волна, накатываясь на судно, приподнимает его над грунтом. В некоторых случаях специально создают волну с тем, чтобы снять судно с мели.

Сила давления ветра -- в зависимости от направления ветра увеличивает или уменьшает тяговое усилие, необходимое для снятия судна с мели.

2. Снятие с мели работой машины на задний ход

Прежде всего, необходимо:

- определить стягивающее усилие F, необходимое для снятия с мели:

F=f R,

где f - коэффициент трения корпуса о грунт (зависит от характера грунта и выбирается из таблиц). Если характер грунта неизвестен, то f принимается равным 0,5;

- определить силу тяги винта на задний ход Р_зх из паспортной диаграммы тяги или расчетными методами.

Если стягивающее усилие соизмеримо с силой тяги винта, то снятие с мели возможно работой машины на задний ход. В противном случае необходимо использовать один из методов уменьшения силы реакции грунта: дифферентование, кренование, частичная разгрузка.

3. Снятие с мели дифферентованием

Дифферентование используется при посадке судна на отдельную банку небольших размеров, когда место касания грунта расположено в оконечностях судна, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин. Наиболее простым способом изменения дифферента является перекачка балласта или топлива из района посадки в противоположную оконечность.

Первоначально определяется величина потери осадки АБ в месте со
прикосновения с грунтом (рис. 1):

АБ = ДТ_к + (ДТ_н - ДТ_к)(1/2 + xa/L)

где ДТ_н = Т_н - Т_н1; ДТ_к = Т_к - Т_к1; ха - абсцисса внешней кромки банки; L - длина судна между перпендикулярами; Т_н , Т_н1 - осадка носом до и после посадки на мель; Т_к , Т_к1 - осадка кормой до и после посадки на мель.



Рис. 1. Схема посадки судна на мель

У судна, находящегося на плаву с осадкой Т_н и Т_к, в результате продольного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого располагается в точке с абсциссой х₁ в точку с абсциссой х₂ изменения осадки носом ДТ '_н и кормой ДТ '_к составят:

ДТ '_н = Р(x₁ - x₂)L/2DH; ДТ '_к = - Р(x₁ - x₂)L/2DH,

где D - водоизмещение при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель; Н - продольная метацентрическая высота;

L - длина судна между перпендикулярами.

Далее с учетом полученных значений ДТ '_н и ДТ '_к определяется величина аб уменьшения осадки в месте касания грунта (рис. 2).

Если аб > АБ, то судно после дифферентовки оказывается на плаву,

аб = ДТ '_к + (ДТ '_н - ДТ '_к)(1/2 + ха/L)

Рис. 2. Схема изменения посадки судна при диферентовке

В противном случае уменьшается значение силы реакции грунта. Новое значение силы реакции грунта после дифферентовки R_д можно примерно оценить по следующей формуле:

R_д = R · (АБ - аб) / АБ

При приемке или снятии груза на судне, находящемся на плаву, для расчета изменения осадок носом и кормой используются нижеприведенные формулы:

ДТ_н = P (xL / 2DH + 1 / q);

ДТ_к = - P (xL / 2DH - 1 / q),

где х - абсцисса центра тяжести груза.

При снятии груза его масса Р вводится со знаком «+», а водоизмещение судна уменьшается на величину снятого груза и, наоборот, при приеме груза его масса вводится со знаком «-», а водоизмещение судна увеличивается на величину принятого груза.

4. Снятие с мели кренованием

Кренование применяется, когда судно село на мель одним бортом, а со стороны другого имеются достаточные глубины. Креновать судно можно перекачкой топлива, балласта или перемещением груза с борта, находящегося на мели, на другой борт до тех пор, пока главная палуба не войдет в воду.

В результате поперечного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого располагается в точке с ординатой y₁ , в точку с ординатой у₂ изменения осадок бортов при креновании ДТ ' _кр составят:

ДТ ' _кр = + P(y₁ - y₂)B/ 2Dh,

где D - водоизмещение при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель; h - поперечная метацентрическая высота; В - ширина судна.

Величина ДТ '_кр будет отрицательной для борта, находящегося на мели, и положительной - для борта, находящегося на плаву.

Дальнейшие действия аналогичны приведенным в пункте 3.

5. Снятие с мели с использованием частичной разгрузки

Частичная разгрузка судна применяется при посадке на мель всем корпусом, а также тогда, когда дифферентовка и кренование судна не дают положительных результатов. Разгрузка является наиболее эффективной, а иногда и единственной мерой самостоятельного снятия судна с мели и чаще всего связана с потерей части груза. Поэтому принимая решение о частичной разгрузке, необходимо учитывать, насколько велика опасность гибели судна, если на получение помощи в ближайшее время нельзя рассчитывать.

При частичной разгрузке определяется масса груза Р, подлежащего выгрузке, с тем, чтобы судно могло самостоятельно сняться с мели работой машины на задний ход:

P = (F - P_зх)/ fg; P_ЗХ= 0,5 P_ПХ.

P_ПХ=0,1N_e,

где N_e-мощность силовой установки судна

Абсцисса и ордината центра тяжести снимаемого груза должны совпадать или быть близки к абсциссе x_R и ординате y_R равнодействующей силы реакции грунта:



При снятии грузов, расположенных в различных местах (рис.3), координаты их общего центра тяжести определяются из выражений:

x = (p₁x₁ + p₂x₂ + .... + p_nx_n) / (p₁ + p₂ +....+ p_n);

y = (p₁y₁ + p₂y₂ + ....+ p_ny_n) / (p₁ + p₂ +....+ p_n);

z = (p₁z₁ + p₂z₂ + .... + p_nz_n) / (p₁ + p₂ +....+ p_n),

где p₁, p₂, ..., p_n - массы отдельных грузов; x_n, y_n, z_n - их координаты.

Примечания.

1. При проведении перечисленных выше операций необходимо осуществлять контроль за величиной метацентрической высоты.

2. Груз в трюмах однородный и распределен равномерно по всему объему трюма. Аппликата центра масс груза во всех трюмах равна (3/7)·(Т_ср + h_б).

Рис.3. План загрузки судна

При снятии с судна водоизмещением D и осадкой Т_ср груза массой Р_сн с точки с аппликатой z_сн величина поперечной метацентрической высоты h₁определится в виде:



где h- начальная метацентрическая высота, м;

ДТ_ср = Р_сн / q.

6. Использование якорного устройства при снятии с мели

Для создания дополнительного стягивающего усилия и уменьшения давления корпуса на грунт при посадке на мель носовой оконечностью судна можно использовать якорное устройство. Становые якоря при помощи грузовых стрел или кранов заводятся как можно дальше в корму. Во время снятия с мели сила тяги брашпиля дополняет силу тяги винта на задний ход. Завозка на шлюпках стоп-анкеров и верпов, особенно на современных крупнотоннажных судах, обычно не дает положительных результатов.

7. Снятие с мели с помощью других судов

Буксировка наиболее часто используется для снятия судна с мели с посторонней помощью. Рассчитывается необходимое стягивающее усилие и если оно соизмеримо с суммарной силой тяги винтов судов-спасателей, то снятие с мели возможно буксировкой. По возможности, машина аварийного судна должна работать на задний ход: при этом, кроме создания дополнительного стягивающего усилия, из-за вибрации уменьшаются присасывание корпуса к грунту и коэффициент трения корпуса о грунт.

Типичная схема буксировки при стягивании судна с мели приведена на рис.4. При такой расстановке стягивающее усилие F определяется по формуле

F = (P₁ + P_я1) + (P₂ + P_я2) cosб₂ + (P₃ + P_я3) cosб₃ + P_ЗХ

где P₁, P₂, P₃, P_ЗХ- силы тяги винтов судов;

P_я1, P_я2, P_я3 - силы тяги, создаваемые якорными устройствами судов-спасателей.

Рис. 4. Схема расположения спасателей при снятии судна с мели.

8. Якорное снабжение морских судов

Масса каждого станового якоря Q, кг, должна быть не менее

Q = kN_c

где k - коэффициент, равный 3,0; 2,75; 2,50 и 2,00 соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III.

Суммарная длина обеих цепей l₂, м, для становых якорей определяется в виде

где r - коэффициент, равный 1,00; 0,88; 0,76 и 0,64, соответственно, для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III.

Полученное по формуле значение длины цепи должно быть округлено до ближайшего целого числа смычек и быть не менее 200 м для судов неограниченного района плавания.

Калибр цепей, мм:

где s - коэффициент, равный 1,00; 0,94; 0,88 и 0,82 соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районов плавания I, II и III;

t - коэффициент, равный 1,75; 1,55; 1,35, соответственно, для цепей обыкновенной, повышенной и особой прочности.

Принимаем в расчет судно неограниченного района плавания н якорную цепь обыкновенной прочности.

Масса одного погонного метра якорной цепи может быть определена по формуле

m =0,0218·d₂

где m - масса 1 погонного метра якорной цепи, кг/м;

d - калибр цепи, мм.

Масса станового якоря в среднем равна массе 45-55 м якорной цепи.

Держащая сила якоря принимается равной его тройному весу. Тяговым усилием брашпиля обеспечивается одновременный подъем двух якорей с глубины 50 м при одновременном отрыве их от грунта.

9. Снятие с мели буксировкой рывками

Буксировка рывками используется тогда, когда стягивающее усилие недостаточно для снятия аварийного судна с мели. При рывке возникают силы инерции, которые могут многократно превысить разрывную прочность буксирного троса. Чтобы этого не произошло, необходимо рассчитать допустимую скорость буксировщика к моменту начала рывка,

Е_к = DV² / 2.

Во время разгона до скорости V буксировщик водоизмещением D, накапливает кинетическую энергию Е_к, которая переходит в потенциальную энергию упругой деформации буксирного троса Е_п,

где l_т - длина буксирного троса,

Р_раз - разрывное усилие троса;

d - диаметр троса;

е-упругость троса (е =37 кН/мм²).

Приравниванием Е_к и Е_п находится допустимая скорость буксировщика, при которой усилия в буксирном тросе не превышают половины его разрывного усилия:

10. Снятие с мели устройством каналов и размывом грунта.

Устройство каналов с размывом грунта используется на мягких грунтах, когда другие способы снятия судна с мели не дали положительных результатов.

Обычно для размыва грунта используются специализированные суда-спасатели, буксиры, ледоколы. Поскольку эффективность размыва находится в прямой зависимости от уклона гребного вала, на спасателе создается максимально возможный дифферент на корму. Далее он становится на якоря на безопасной глубине и заводит на аварийное судно стальные швартовы. После обтягивания якорных цепей и швартовых спасатель дает ход, постепенно увеличивая обороты. Направление размыва грунта и ширина канала регулируются перекладками руля и разворотами судна-спасателя с помощью якорей и швартовых. Во время работы промерами периодически контролируются глубины и ведется наблюдение за струей от винтов. Отсутствие в струе частиц грунта свидетельствует о том, что размыв на данном участке закончен.

Примечание. Все перечисленные способы снятия судна с мели в сложных случаях посадки используются комплексно. Например, производят дифферентовку и частичную разгрузку судна, затем для увеличения стягивающего усилия заводят якоря. Буксировке судна для снятия с мели другими судами или спасателями обычно предшествуют все перечисленные выше способы уменьшения силы реакции грунта, и в самых неблагоприятных случаях применяется устройство канала размывом грунта, если в направлении стягивания имеются недостаточные глубины. При наличии водотечности корпуса до начала работ по снятию с мели производится заделка пробоин и откачка воды из затопленных отсеков.

Глава 3. Расчет варианта курсовой работы

В этой главе произведен расчет курсовой работы на тему "Снятие судна с мели". Вариант №5, расчет возможных способов снятия с мели судов типа "Дмитрий Донской".

1. Силы, действующие на судно, сидящее на мели

- Величина потерянного водоизмещения ?D определяется по формуле:

?D = q x (Tср - Т'ср),

где q - число тонн на 1 см осадки (определяется по грузовой шкале с учетом плотности воды).

?D = 25x ( 9,88 - 9,83 ) = 137,5 т

- Средняя осадка

Тср = (Тн + Тк)/2

до посадки на грунт: Тср = (9,88+9,88)/2 = 9,88 м

после посадки на грунт: Т'ср = (9,25+10,40)/2 = 9,83 м

- Реакция грунта R, кН

R = g x ?D, где g - ускорение свободного падения

R = 9,812 x 137,5 =1349,15 кН

Сила присасывания грунта - частицы грунта прилипают к корпусу, создавая эффект присасывания тем больший, чем большей вязкостью обладает грунт. Наибольшее присасывание наблюдается у вязкой глины.

Сила ударов волн - при длительном воздействии приводит к разрушению корпуса. При снятии с мели, как правило, оказывает положительное влияние - раскачивая корпус и тем самым уменьшая силу присасывания и силу трения корпуса о грунт.

Сила давления ветра - в зависимости от направления ветра увеличивает или уменьшает тяговое усилие, необходимое для снятия судна с мели.

2. Снятие с мели работой машины на задний ход

- Стягивающее усилие

F = f x R

где f - коэффициент трения корпуса о грунт. При неизвестном характере грунта принимаем f =0,5

Pзх = 0,5 х Рпх

Рпх = 0,136 x 8235 = 1120 кН

Рзх = 0,5 х 1120 = 560 кН

F = 0,5 x 1349,15 = 674,575 кН

Сравнивая стягивающее усилие с силой тяги винта на задний ход, определяем, возможно ли снятие с мели только работой винта на задний ход. Если сила тяги несоизмерима со стягивающим усилием, необходимо использовать один из методов уменьшения реакции грунта.

Снятие с мели возможно только при использовании одного из методов уменьшения реакции грунта.

3. Снятие с мели дифферентованием

- Определим потерю осадки АБ

АБ = ?Тк + (?Тн - ?Тк) х (1/2 + xa/L), где ?Тн = Тн - Тн1

?Тк = Тк - Тк1

xa - абсцисса внешней кромки банки

L - длина судна между перпендикулярами

?Тн = 9,88 - 9,25 = 0,63 м

?Тк = 9,88 - 10,40 = -0,52 м

АБ = -0,52 + (0,63 - (-0,52)) х (0,5+ 56/157) = 0,770555556 м

- Изменение осадок при перемещении груза массой Р составит

?Т'н = (P x (ч2 - ч1) x L) / (2 x D x H),

где D - водоизмещение при средней осадке, которое судно имело до посадки на мель;

H - продольная метацентрическая высота;

L - длина судна между перпендикулярами.

?Т'к = - (P x (ч2 - ч1) x L) / (2 x D x H)

?Т'н = (165 х (-66,96969697- 66,96969697 ) х 157) / (2 x 24743x 165)

= -0,42 м

?Т'к = - (165 х (-66,96969697- 66,96969697 ) х 157) / (2 x 24743x 165)

= 0,42 м

- При снятии грузов, расположенных в различных местах, координаты их общего центра тяжести определим, как:

X = (p1 x ч1 + p2 x ч2 + p3 x ч3) / (p1 + p2 +p3)

X1 = (65 х 75 + 55 х 55 + 45 х 70) / (65 + 55 + 45) = 66,96969697 м

X2 = (65 х -75 + 55 х -55 + 45 х -70) / (65 + 55 + 45) = 66,96969697 м

Р = р1 + р2 + р3

P = 65 + 55 + 45 = 165 т

- Определим величину уменьшения осадки в месте касания грунта аб

аб = ?T'к + (?Т'н - ?Т'к) х (1 / 2 + ха / L)

аб = -0,42493806 + (0,42493806 - (-0,42493806)) х (1/2 + 56/157) = 0,30 м

0,30 < 0,47 => аб<АБ

- оценим значение силы реакции грунта:

Rд = R x ( АБ - аб ) / АБ

Rд = 1349,15 x (0,47 - 0,30) / 0,47 = 470 кН

F = 0,5 x 469,9800047 = 234,9900024 кН

- сняться с мели можно работой винта на задний ход.

4. Снятие с мели кренованием

Кренование применяется, когда судно село на мель одним бортом, а со стороны другого борта имеются достаточные глубины. Креновать судно можно перекачкой топлива, балласта или перемещением груза с борта, находящегося на мели на другой борт до тех пор, пока главная палуба не войдет в воду.

В результате поперечного перемещения груза массой Р, центр тяжести которого располагается в точке с ординатой Y1 в точку с ординатой Y2 изменения осадок бортов при креновании ДТ'кр составят:

ДТ'кр = +- (P x (Y2-Y1) x B) / (2 x D x h),

где: D - водоизмещение при средней осадке, которую судно имело до посадки на мель;

h - поперечная метацентрическая высота;

В - ширина судна.

Величина Т'кр будет отрицательной для борта, находящегося на мели, и положительной - для борта, находящегося на плаву. Дальнейшие действия аналогичны дифферентовке судна.

5. Снятие с мели с использованием частичной разгрузки

судно мель экипаж швартовый буксировочный

- Определим массу груза, подлежащего выгрузке

P = (F - Pзх) / (f x g) Pзх = 0,5 х Рпх

Рпх = 0,136 x 8235 = 1119,96 кН

Рзх = 0,5 х 1119,96 = 559,98 кН

Р = (674,575 - 559,98) / (0,5 х 9,81) = 23,36289501 т

P4 = 2895 P3 = 3618 P2 = 4825 P1 = 2412

X = -62,80 X = -15,70 X = 23,55 X = 62,80

- Найдем абсциссу равнодействующей силы реакции грунта

XR = ((D х H) / (?D x L)) x (?Tн - ?Тк)

XR = ((24743 x 165) / (137,5 x 157) x ( 0,63 - (-0,52)) = 217,49 м

- Снимаем 12,8 т из трюма номер 2 и 10,6 т из трюма номер 3

- При снятии грузов, расположенных в различных местах, координаты их общего центра тяжести определим, как:

X = (p1 x ч1 + p2 x ч2 + p3 x ч3) / (p1 + p2 +p3)

X = 5,73 м

- Определим изменение метацентрической высоты

h1 = h - (Pсн / (D - Pсн)) х (Тср - ?Тср/2 - h - Zсн),

где Рсн - масса груза, снимаемого с точки с координатами (Xcн ; Yсн).

?Тср = Рсн / q

Zсн = 2 / 3 ( Tср + hнб )

?Тср = 23,36289501 / 25 = 0,01 м

Zсн = 2 / 3 х (9,88 + 2,1) = 7,99 м

h1 = 0,93 - (23,4 / (24743 - 23,4)) х (9,88 - 0,01/2 - 0,93 - 7,99)

h1 = 0,93 м

6. Использование якорного устройства при снятии с мели

Для создания дополнительного стягивающего усилия и уменьшения давления корпуса на грунт при посадке на мель носовой оконечностью судна можно использовать якорное устройство. Становые якоря при помощи грузовых стрел или кранов заводятся как можно дальше в корму. Во время снятия с мели сила тяги брашпиля дополняет силу тяги винта на задний ход. Завозка на шлюпках стоп-анкеров и верпов особенно на современных крупнотоннажных судах обычно не дает положительных результатов.

7. Снятие с мели с помощью других судов

Буксировка - наиболее часто используется для снятия судна с мели с посторонней помощью. Рассчитывается необходимое стягивающее усилие и если оно соизмеримо с суммарной силой тяги винтов судов-спасателей, то снятие с мели возможно буксировкой. При возможности, машина аварийного судна должна работать на задний ход: при этом кроме создания дополнительного стягивающего усилия, из-за вибрации уменьшается присасывание корпуса к грунту и уменьшается коэффициент трения корпуса о грунт.

Типичная схема буксировки при стягивании судна с мели приведена на рисунке.



- Определим стягивающее усилие при такой расстановке:

F = (P1 + Pя1) + (Р2 + Ря2) x cos б2 + (P3 + Ря3) х cos б3 + Рзх,

где Р1, Р2, Р3, Рзх - силы тяги винтов;

Ря1, Ря2, Ря3 - силы тяги, создаваемые якорными устройствами судов спасателей.

Pя = g x k x Nc

Pя = 9,812 х 3,0 х 1860 = 54,75096 кН

Pзх = 559,98 кН

F = (1120,0 + 54,8) + (1120,0+ х 54,8) x cos15 + (1120,0+ х 54,8) x cos15 + 560

F = 4325,1 кН

- этим способом возможно снять судно с мели

8. Якорное снабжение морских судов

- Масса каждого станового якоря Q должна быть не менее:

Q = k x Nc,

где k - коэффициент, равный 3,0; 2,75; 2,5 и 2 соответственно для судов неограниченного района плавания и ограниченных районах I, II и III

Q = 3,00 x 1860 = 5580 кг

- Суммарная длина обеих цепей l2 для становых якорей определяется в виде

l2 = 87 x r x 4vNc, где r - коэффициент, равный 1,00; 0,88; 0,76 и 0,64 по аналогии с k.

l2 = 87 x 1,00 x 6,567169657 = 571,3437602 м

-21 смычек при длине смычки в 27,5 м

- Калибр цепей:

d = s x t x vNc, где s - коэффициент, равный 1,00; 0,94; 0,88 и 0,82 по аналогии с k."

t - коэффициент, равный 1,75; 1,55; 1,35 соответственно для цепей обыкновенной, повышенной и особой прочности.

d = 1,00 x 1,75 x 43,12771731 = 75,47350528 мм

9. Снятие с мели буксировкой рывками

Буксировка рывками используется, когда стягивающее усилие недостаточно для снятия аварийного судна с мели. При рывке возникают силы инерции, которые могут многократно превысить разрывную прочность буксирного троса. Чтобы этого не произошло, необходимо рассчитать допустимую скорость буксировщика к моменту начала рывка.