Якорное и швартовное устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЯКОРНОЕ И ШВАРТОВНОЕ УСТРОЙСТВА

1.1 Назначение и общие сведения

Якорно-швартовные устройства должны удовлетворять требованиям правил Регистра "О комплектации судна якорями" определенной массы, якорными цепями и швартовными канатами надлежащего калибра, диаметра и длины, которые назначаются конкретному судну в соответствии с характеристикой снабжения.

Механизмы устройства устанавливают на открытой палубе, поэтому для судов с неограниченным районом плавания их рассчитывают, исходя из условия эксплуатации при температуре наружного воздуха в пределах от -30 до +45° С. При этом механизмы должны надежно работать при длительном крене на любой борт, при качке с углом крена на любой борт - 22°30'; длительном дифференте (без учета отрицательного дифферента) -5°; килевой качке с углом дифферента до 10° при наличии одновременного крена и дифферента указанных выше значений.

Каждое судно должно обладать соответствующим оборудованием для обеспечения ему безопасной стоянки и швартовки в самых разнообразных условиях. Например, при стоянке на сравнительно небольших глубинах (до 80--100 м) судно одерживается на месте при помощи якорного устройства. Для стоянки у причалов судно оборудуется швартовными средствами.

Якорное устройство - комплекс изделий и механизмов, предназначенный для постановки судна на якорь, т. е. для крепления судна к морскому грунту. Швартовным устройством называется комплекс изделий и механизмов, обеспечивающий возможность крепления судна к береговым причальным сооружениям или к другому судну. Оба вида устройств служат для неподвижного крепления судна, не имеющего хода. Общность назначения этих устройств сказывается и на взаимной их компоновке на судне. Однако по характеру использования и по конструктивному исполнению якорное и швартовное устройства существенно отличаются друг от друга. якорь крепление судно грунт

Якорные устройства судов должны обеспечивать:

а) возможность быстрой отдачи становых якорей и вытравливания якорных цепей на необходимую длину;

б) надежное крепление якорных цепей к судну для удержания его на якорной стоянке;

в) возможность снятия судна с якорей и подъема якорей на судно;

г) удобное крепление якорей на судне по-походному и хранение якорных цепей;

д) возможность быстрой отдачи якорей с цепями за борт в аварийных случаях.

Для выполнения этих требований якорное устройство включает в себя ряд следующих элементов:

- якори (становой, стоп-анкер, верп) - для крепления судна к грунту и удержания его на месте;.

- якорный канат (цепь, трос) - для соединения судна с якорем, подъема и опускания якоря;

- якорные клюзы и цепные трубы - направляющие приспособления, обеспечивающие перемещение якорных цепей (канатов); кроме того, якорный клюз служит для крепления якоря по-походному;

- якорный механизм (брашпиль, шпиль) - для выбирания с цепью или подтягивания судна к якорю, закрепленному в грунте;

- якорные стопоры - палубные приспособления для неподвижного крепления натянутой части якорного каната;

- цепной ящик - помещение на судне для хранения якорных канатов;

- механическое приспособление или глаголь-гак - для отдачи якорных цепей.

Кроме перечисленных элементов, в состав якорного устройства входит ряд вспомогательных приспособлений, облегчающих отдачу и выбирание якорей.

Эффективность якорного устройства определяется держащей силой якоря, зависящей от его конструкции и массы, от общей длины вытравленной за борт цепи и их общей массы. Держащей силой якоря называется наименьшее усилие, которое нужно приложить в направлении веретена, чтобы сорвать якорь с грунта, или максимальное усилие, которое может воспринять якорь, не отрываясь и не перемещаясь по грунту. Держащую силу обычно оценивают весом якоря. Например, если говорят, что эта сила равна трем, то это значит, что судно можно сместить с места силой, равной утроенному весу якоря. Кроме того, держащая сила зависит от свойств грунта. Если якорь лежит на плотном песке, то эта сила максимальна.

По форме якорь должен быть таким, чтобы его держащая сила при взаимодействии с грунтом была максимальной, она зависит от веса якоря и свойств грунта. Наибольшую держащую силу якорь имеет на плотном песке.

Как правило, на судне устанавливают носовое и реже - кормовое якорные устройства. Носовое устройство (рис.10.1) включает в себя весь перечисленный выше состав элементов. Кормовое якорное устройство чаще всего устанавливается на ледоколах, буксирах и судах специального назначения, которым якорная стоянка может потребоваться при определенном положении судна относительно ветра и течения, или на судах, швартующихся носом к причалу.

В походном положении якорь хранится в якорном клюзе Он должен свободно выходить из клюза при отдаче и плотно входить в него при выбирании, занимая правильное положение, не задевая лапами за форштевень и бульб. Не полностью вытравленную якорную цепь фиксирует цепной стопор.

Наиболее распространен обычный клюз с нишей. На судах с бульбовыми носовыми оконечностями применяются выступающие клюзы, на низкобортных судах - открытые.

В качестве якорных механизмов обычно используют брашпиль или два шпиля -по одному на каждый борт. Компоновка и выбор якорных механизмов зависят от размерений судна и, главным образом, от расстояния между палубными раструбами якорных клюзов, выполненных в виде труб. Внутренний диаметр трубы составляет размер, равный 7-8 калибрам цепи (калибр цепи - это диаметр сечения звена в месте его соприкосновения с другим звеном). В аварийной ситуации, когда судно вынуждено уйти со стоянки, оставив якорь и цепь на грунте, используется устройство быстрой отдачи цепи, размещаемое обычно в цепном ящике.

Свойствами любого якоря являются:

- быстро забирать грунт и легко отделяться от него при малой массе;

- повторно входить в грунт после срывов;

- сохранять постоянство держащей силы при перемене направления якорной цепи;

- легко отделяться от грунта при подъеме;

- обладать достаточной прочностью при компактных размерах, быть просты и недороги в изготовлении;

По назначению якоря делят на становые, располагаемые в носу судна и предназначенные для его удержания в заданном месте, и вспомогательные, размещаемые в корме - для разворота и удержания судна в заданном положении во время стоянки на становом якоре. К ним относится стоп-анкер, служащий для постановки судна лагом к ветру, и верп (от англ. warp - подтягивать, ancher - якорь) - легкий якорь, который используется в качестве станового якоря в случае его потери или в аварийных ситуациях, например, при снятии судна с мели, перетягивании его на другое место при отсутствии хода. В этом случае верп заводится на шлюпках с кормы судна и сбрасывается в нужном месте. Самый большой верп на судне называется стоп-анкером.

Количество и масса становых якорей для каждого судна выбирается по Правилам Регистра. Масса стоп-анкера равна ¹/ ₃ массы станового якоря, а масса верпа - половине массы стоп-анкера.

Количество и вес якорей, длина, калибр и разрывное усилие якорных цепей (тросов) в зависимости от размеров, района плавания и назначения судна. Согласно правилам Регистра становые якоря подбираются по характеристике снабжения

N_с = L(B + H) + S, (10.1)

где L - длина судна, м;

В - ширина судна, м;

Н - высота борта судна, м;

S - сумма поправок на надстройки и рубки судна, выражаемая в виде произведения следующих параметров k l, где l - длина надстроек и рубок, h - их высота.

Подробные указания по выбору этого произведения при определении якорной характеристики даны в «Правилах классификации и постройки морских стальных судов» Регистра.

В зависимости от якорной характеристики морские суда должны иметь два или три становых якоря. Если правилами предписаны три якоря, то третий является запасным и хранится на баке или в другом удобном месте. Стоп-анкер должны иметь все морские суда независимо от назначения и района плавания. Кроме того, ледоколы и спасательные суда снабжаются ледовыми якорями и верпами, а парусные и несамоходные - еще и верпами.

Суда внутреннего плавания, в зависимости от их размеров, имеют один или два становых якоря и кормовой якорь; второй становой якорь на речных судах - аварийный. В отличие от морских судов кормовой якорь на судах внутреннего плавания обладает таким же весом, как и основной становой якорь (чтобы при стоянке на сильном течении судно не разворачивалось поперек реки).

1.2 Устройство и типы якорей

Якоря классифицируют преимущественно по числу рогов и лап. По конструкции судовые якоря могут быть следующих типов:

- штоковые (с неподвижными и поворотными лапами);

- бесштоковые;

- многолапые;

- специальные.



В качестве становых преимущественно используются двурогие якоря с:

- неподвижными лапами и штоком;

- поворотными лапами без штока;

- поворотными лапами и штоком.

Головной частью якоря является продольный стержень - веретено, сверху которого закреплена скоба для подвешивания якоря к цепи, а внизу оно переходит в лапы и рога, отливаемые заодно с веретеном (рис.10.2), или прикрепляемые к нему на шарнире в коробке (рис.10.3; 10.4). У некоторых якорей шток закреплен поперек веретена для повышения силы сцепления с грунтом. Иногда шток устанавливают на лапах, или на коробке.

Адмиралтейский якорь (рис.10.2) относится к якорям с неподвижными лапами и штоком, он прост в конструкции, обладает хорошей держащей силой, быстро забирает грунт, способен сохранять держащую силу при перемене направления натяжения цепи. При отдаче он ложится на грунт пяткой и опирается на шток. При натяжении каната в горизонтальном положении якорь разворачивается на 90⁰ и нижний рог с лапой зарывается в грунт. Шток не дает якорю раскачиваться при рывках якорной цепи и тем предохраняет лапу от выдергивания из грунта. Этим и объясняется большая держащая сила штоковых якорей, которая достигает 6-8 весов якоря G_я (коэффициент держащей силы равен 6-8). Адмиралтейские якоря изготавливаю весом от 10 до 3000 кг.

В 1959 г научно-исследовательское судно «Витязь» на двух адмиралтейских якорях установило мировой рекорд по глубоководной стоянке, равный 11 022 м.

Якорь Холла (рис.10.3) был предложен в 1885 г. английским капитаном Холлом и является одним из основных якорей на морских судах. Это бесштоковый якорь, входящий в грунт одновременно двумя поворотными лапами. Он состоит из веретена прямоугольного сечения, головы, двух лап и двух штырей, на которых вращается голова и лапы. Веретено проходит сквозь квадратное отверстие в голове и соединяется своей нижней частью с головой и лапами. Поворачиваясь на определенный угол, лапы входят в грунт. Когда цепь лежащего на грунте якоря получает натяжение, захваты головы упираются в грунт, лапы поворачиваются на определенный угол и зарываются.

Коэффициент держащей силы у якоря Холла значитеельно меньше(3-4) G_я чем у штоковых якорей, они удобны и надежны в эксплуатации, при подъеме полностью втягиваются в клюз, не запутывают якорные цепи, легко подвергаются разборке и сборке при ремонте. Масса якоря Холла находится в пределах от 100 до 8000 кг.

Со временем конструкция головы и лап бесштоковых якорей втяжного типа стала видоизменяться по и расстоянию между лапами и веретеном. Они получили название патентованных якорей. Так, в Англии - это якорь Байерса (рис.10.6), в США - якорь Болдта (рис. 10.5). Фирма Грузона выпускает якорь инженера Хейна (рис. 10.7). Голова этого якоря отлита вместе с острыми лапами, близко расположенными к веретену, благодаря чему он лучше сцепляется с грунтом и обладает большой держащей силой; на некоторых грунтах она оказалась в 4 раза больше, чем у якоря Холла.

Якоря Матросова и Данфорта (рис.10.4) по внешнему виду значительно отличаются от якорей других типов и относятся к якорям втяжного типа. Они обладают повышенной держащей силой (6-12 G_я) за счет близко расположенных к веретену лап. Якорь Матросова широко применяется на русских судах, второй - на американских. Общим для них является то, что лапы имеют большую площадь, а в нижней части - шток, предохраняющий якорь от опрокидывания, но не препятствующий втягиванию его в клюз.

Якорь Матросова быстро зарывается в песок и особенно хорошо держит в песчано-илистом грунте, так как шток погружается в него вместе с лапами. На твердом каменистом грунте держащая сила его несколько хуже из-за недостаточного веса. Этот якорь применяется преимущественно на небольших судах, где предпочтение отдается малому весу якорного устройства, но имеющему хорошую держащую силу.

Имеются однорогие конструкции якорей, которые применяются на доках и ледоколах.

Доковый якорь служит для долговременного закрепления плавдоков и земснарядов (коэффициент держащей силы 10-12), ледовый якорь закрепляют за край полыньи при стоянке судна во льдах. Его масса не превышает 150-180 кг, а держащая сила определяется в основном прочностью льда и лапы якоря.

Имеются также безрогие якоря, к которым относится мертвый якорь, представляющий собой усеченную пирамиду из чугуна или железобетона. Его держащая сила близка к массе якоря. Сегментный якорь, выполняемый в виде отливки, лучше входит в грунт и имеет коэффициент держащей силы 2,5. У грибовидного якоря этот коэффициент равен 6 -10. Винтовой якорь напоминает большой шуруп, который водолазы ввинчивают в грунт. Его держащая сила зависит в основном от свойств грунта. Безрогие мертвые якоря используют для швартовки судов на рейде и в гаванях и служат для удержания швартовных бочек, буев и т.п.).

1.3 Условия работы якорного устройства

Стоящее на якоре судно подвержено действию следующей системы внешних сил:

- давления ветра на надводную часть судна;

- давления воды на подводную часть судна, возникающей от наличия течения;

- натяжения якорной цепи;

- инерции от качки на волнении.

Рассмотрим условия стоянки судна на якоре. На рис. 10.8 сумму внешних сил R, действующих на судно, приложена у клюза якорной цепи в точке С. Эти силы уравновешиваются горизонтальной составляющей натяжения цепи Т_о, которая, в свою очередь уравновешивается держащей силой якоря и силой трения о грунт лежащей на нем части цепи.



Равенство Т_о = R иногда называют держащей силой якоря или якорного устройства, так как величина данной силы определяется не столько размером якоря, сколько размерами и весом якорной цепи. Практикой установлено, что сила трения цепи о грунт невелика и судно удерживается на месте одним якорем. Несмотря на это, роль якорной цепи в обеспечении стоянки судна очень велика, так как якорь хорошо держит только тогда, когда усилие отрыва его от грунта действует в горизонтальной плоскости. Этому способствует часть цепи, лежащей на грунте. Она же гасит динамические рывки, передающиеся от судна при порывах ветра.

При анализе условий работы якорного устройства наибольший интерес представляют следующие параметры:

h - высота выхода якорной цепи из клюза по отношению к грунту (глубина якорной стоянки судна);

l - длина провисающего участка цепи, равная длине вытравленной цепи;

- угол наклона вытравленной цепи к вертикали;

q = вес одного погонного метра цепи в воде, равный 1 - _воды/_стали 0,87 от погонного веса цепи в воздухе q_возд;

Т_а - наибольшее натяжение цепи в месте выхода ее из клюза;

Т_о - горизонтальная составляющая натяжения Т_а;

Натяжение цепи в точке А и длина якорной цепи могут быть определены по простейшим формулам:

T_о =R = ; l = (10.1)

Однако можно получить более точные уравнения, если рассматривать работу якорной цепи с учетом угла наклона цепи, который изменяется в широких пределах.

T_о = Т_а = l= (10.2)

где n = l/h;

Из этих уравнений вытекают важные для эксплуатации рекомендации:

1) на работу якорного устройства большое влияние оказывает погонный вес цепи; для получения одного и того же усилия T_о легкую цепь надо вытравить на большую длину, чем тяжелую. Например, стальной трос, который легче цепи в 6-7 раз при равной прочности, надо вытравить на длину, в 2,5 раза большую, чем цепь, что представляет угрозу (намотка троса на винт) для самого судна и стоящих рядом судов; поэтому правилами Регистра запрещено использовать тросы в качестве якорного каната;

2) с возрастанием силы R растет и передаваемое якорю усилие Т_о, при этом цепь выпрямляется и длина ее провисшей части l увеличивается, а длина участка цепи, лежащего на грунте, резко уменьшается, что чревато отрывом якоря. Чтобы избежать этого, при усилении ветра якорную цепь необходимо потравливать, визуально контролируя провисание цепи;

3) чем тяжелее и длиннее лежащая на грунте часть вытравленной цепи, тем большее ее провисание и запас потенциальной энергии, противодействующей отрыву, больше демпфирующие свойства цепи;

4) необходимую минимальную длину якорной цепи можно рассчитать, если известно внешнее усилие R, действующее на судно, и глубина h стоянки на якоре; при этом порядок воспринимаемых цепью усилий Т_о также можно рассчитать заранее, если подставить в формулу (10.2) конкретные значения параметров, применительно к данному судну, например, задано h = 20 м; l = 80 м; q_возд = 97 кг/м, погонный вес цепи в воде равен q_вода = 0,8797 = 85 кг/м; на грунте лежит 20 м цепи.

Результаты расчета:

n = (0,880)/20 = 3.2; Т_о = 0,5(3,2² - 1)8520 = 7850 кг; Т_а = 0,5(3,2² + 1)8520 = 9950 кг.

Можно принять, что

Т_а (1,2 1,4) Т_о;

Величина внешней силы R и предельная глубина стоянки h устанавливаются классификационными правилами, в частности правилами Регистра.

Постановка судов на якорь осуществляется в зависимости от глубины, качества грунта, направления и силы ветра и течения, необходимого пространства для циркуляции на якоре при перемене ветра и ряда других второстепенных факторов. Это пространство определяется радиусом дуги, описываемой кормой при изменении направления ветра, который равен

R 0,95 l_ц + L_cдна.

Рассмотрим основные случаи и способы постановки судов на якорь.

При тихой погоде или небольшом ветре судно ставится на один якорь, который отдают на малом переднем ходу судна. После вытравливания достаточно длинной части цепи (примерно 20-30 м) судно устанавливается на якоре против ветра. При сильном ветре для удержания судна на месте одного якоря, как правило, недостаточно, необходимо вытравить оба носовых якоря.

Указанные способы имеют существенный недостаток: при изменении направления ветра судно будет разворачиваться, описывая окружность вокруг точки закрепления якоря (якорей); не исключена возможность перекручивания цепей, что создаст трудности при снятии с якоря.

Во избежание этого судно ставят на «фертоинг», т. е. так, чтобы при отдаче якорей за борт между якорными цепями был угол около 180° (при положении судна носом против ветра). Для предотвращения запутывания якорных цепей при длительных стоянках применяется фертоинговая скоба (рис.10.9).

Эта скоба с вертлюгом, введенная в обе якорные цепи за бортом у форштевня, не допускает закручивания цепей.

На современных больших судах фертоинговая скоба применяется редко, так как расклепывание тяжелых якорных цепей за бортом связано с большими трудностями.

При длительной стоянке судов на рейдах используются другие способы, которые подробно изложены в инструкциях по обслуживанию якорного устройства.

1.4 Характеристика якорных канатов и их деталей

Якорный цепной канат составляется из отдельных коротких отрезков, называемых смычками, причем длина каждой смычки колеблется в пределах от 22 до 27,4 м. Смычки, соединяясь между собой, образуют гибкую связь, называемую якорным цепным канатом. Общая длина каната устанавливается правилами Регистра в зависимости от тех же характеристик, что и вес якорей (размеров судна, высоты надстроек и рубок) и на современных морских судах колеблется в пределах от 100 до 600 м, калибр цепи от 12 до 90 мм.

риентировочно калибр якорной цепи в мм можно определить в функции от водоизмещения судна D (т) по формуле: d a D^1/3 (где: а = 2,5 3,0 - для сухогрузных и пассажирских судов; а 2,4 2,6 для танкеров). Вес погонного метра цепи может быть приближенно определен по формуле: q 0,0215d² кг/м. Разрывную нагрузку цепи предварительно можно определить с помощью следующей формулы: Р_ц = сd², т.

Все якорные цепи после изготовления должны подвергаться испытанию на разрыв и на растяжение, которое производится на особом цепопробном станке. Для испытания на разрыв из каждой смычки вырубаются три звена, а на растяжение - испытывается вся смычка. Нормы нагрузок для испытаний регламентируются стандартами. Смычки, выдержавшие испытания, клеймятся на концевых звеньях клеймами Регистра. Цепи, находящиеся в эксплуатации, должны подвергаться периодическому отжигу и контрольным испытаниям по указанию Регистра.

Износ звеньев по диаметру более чем на 10% требует смены смычки. Износ цепи происходит от трения о клюз при резких изломах каната во время отдачи якоря.

Цепные якорные канаты изготовляют из сварочного железа или мягкой литой прокатной мартеновской стали, а распорки - либо отливаются из чугуна, либо штаммпуются из железа в соответствии со стандартами. В них дана следующая классификация якорных цепей в зависимости от методов изготовления и размеров калибров:

I - кузнечно-горновая сварка, цепь с распорками, калибр цепи от 13 до 100 мм;

II - кузнечно-горновая сварка, цепь без распорок, калибр от 7 до 37 мм;

III - электросварная с распорками калибром от 13 до 62 мм,

IV- электросварная без распорок калибром от 5 до 37мм;

V- литая с распорками калибром от 34 до100 мм.

По сравнению с якорными канатами (стальным и растительным) цепи имеют следующие преимущества:

- значительно меньше подвержены износу и, следовательно, более надежны и долговечны;

- не перекручиваются (благодаря вертлюгу);

- из-за своей тяжести провисают на стоянке больше, и это создает благоприятное направление усилий, передающихся на якорь.

На рис.10.10 изображен литой якорный цепной канат. Смычка А, примыкающая к якорю и соединенная с ним, носит название якорной. Смычка В, соединенная в цепном ящике или вне его с набором корпуса судна, называется коренной. Смычки Б, расположенные между якорной и коренной, называются промежуточными Если коренную смычку крепят к набору корпуса судна за обух, в составе цепного каната предусматривают жвака-галсовую смычку.

Основную часть всех смычек составляют общие звенья. Смычки соединяются между собой соединительными звеньями или скобами (рис.10.11). Соединительное звено по форме и размерам почти не отличается от общих звеньев, чего нельзя сказать о соединительных скобах, нередко вызывающих соскальзывание цепи с цепного барабана брашпиля.

Якорная и коренная смычки заканчиваются концевыми скобами, с помощью которых цепь соединяется с якорем и устройством для отдачи цепи. По своей конструкции они однотипны с соединительными скобами. Между концевой скобой и общими звеньями вставляются повышенной прочности концевое звено и два усиленных звена с вертлюгом между ними. Вертлюг предотвращает закручивание цепи. Они могут быть открытого или закрытого типа, кованными или литыми.

Каждая смычка состоит из звеньев с распорками нормального размера и лишь на каждом конце снабжена одним увеличенным звеном с распоркой и концевым большим звеном без распорки (рис.10.12).

Концевые звенья служат для соединения смычек между собой посредством особых соединительных скоб.

Введение в смычку увеличенного и концевого звеньев вызвано необходимостью создать плавный переход от обыкновенного звена к соединительной скобе, размеры которой значительно больше обычного звена, что исключает заедание скобы при отдаче якоря.

Концевое соединение комплектуется без распорки для того, чтобы обеспечить возможность пропускания соединительной скобы.

Для аварийной отдачи якорного каната используют откидные глаголь-гаки (рис.10.13), которые приводятся в действие с палубы и являются непременной частью жвако-галсовой смычки. Они устанавливаются внутри или вне цепного ящика и имеют разную конструкцию.

Применение для крепления коренного конца якорной цепи жвако-галсовой смычки с глаголь-гаком может быть допущено лишь по особому разрешению Регистра.

На всех смычках якорных цепей должны быть нанесены клейма технического контроля завода-изготовителя и инспектора Регистра.

При отдаче якоря необходимо довольно точно знать количество смычек вытравленной за борт цепи, о чем всегда докладывается на мостик. Для этой цели якорь - цепи обязательно маркируют по смычкам, разбивая их на номера, начиная от якоря.

Существует несколько способов маркировки, одним из которых является следующий:



1) на первой смычке - последнее звено с распоркой первой смычки и первое звено с распоркой второй смычки окрашивают в белый цвет, а на распорки этих звеньев кладут марки из нескольких шлагов отожженной (мягкой) проволоки;

2) на второй смычке - два звена с распорками в конце второй смычки и два таких же звена в начале третьей смычки окрашивают в белый цвет, а на распорки вторых звеньев накладывают проволочные шлаги;

3) на третьей смычке - окрашивают соответственно по три звена с распорками третьей и четвертой смычек, а проволочные шлаги накладывают на распорки третьих звеньев.

Такую же разбивку производят на четвертой и пятой смычках. Начиная с конца шестой смычки порядок разбивки повторяют.

Якорная цепь при подъеме укладывают в щепной ящик, расположенный под брашпилем.

На современных судах цепные ящики - узкие и высокие, что облегчает самоукладывание цепи без опасности ее заваливания. Укладка якорной цепи в такой ящик требует только надзора. Крепление якоря по-походному производится цепными стопорами различных конструкций (закладными, ленточными, винтовыми и др.) Постоянные стопоры располагают между брашпилем и якорным клюзом, причем наиболее распространенным типом такого стопора является винтовой (рис.10.14). К переносным палубным стопорам относятся цепные стопоры, состоящие из куска цепи, один конец которой крепят за обух на палубе или за кнехты, а другой конец, снабженный глаголь-гаком или вилкой (каргой), закладывают в якорную цепь. Расчетная нагрузка на стопоры при креплении якорей по походному должна составлять не менее двух масс якоря, запас прочности деталей - не менее 2,5 относительно предела текучести их материала или 0,7 относительно предела прочности.

Для цепей калибром более 70 мм применяется закладной стопор, который имеет только одну подвижную деталь закладной пал (рис. 10.15). Все палубные стопоры предназначены для надежного крепления якорной цепи при якорях, втянутых в клюзы. Удержание якорной цепи при отданном якоре осуществляется при помощи ленточного стопора.

1.5 Якорно-швартовные механизмы

Требования Регистра к якорно-швартовным механизмам. В соответствии с Правилами классификации и постройки судов российского Регистра каждое судно должно быть оборудовано якорными и швартовными палубными механизмами - брашпилями и шпилями, обеспечивающими отдачу и подъем становых якорей, удержание судна при отданных становых якорях, подтягивание судна к береговым или плавучим сооружениям и надежное крепление к ним. Эти механизмы имеют швартовные барабаны - турачки, которые используются для работы со швартовными и буксирными тросами.

В качестве становых якорей и стоп-анкеров допускается использование якорей Холла, Грузона, адмиралтейских и Матросова.

Якорные механизмы по расположению оси вала цепных барабанов делятся на: якорно-швартовные (двухъякорные) брашпили (рис.10.16; 10.17), у которых эта ось расположена горизонтально и якорно-швартовные (одноякорные) шпили, у которых ось вала расположена вертикально.

Согласно требованиям Регистра мощность привода якорного механизма должна обеспечивать выбирание любой из якорных цепей со скоростью не менее 10 м/мин в течение не менее 30 мин без перерыва, а также спуск одного якоря на условную глубину в зависимости от применяемого на судне калибра якорь-цепи. Условная глубина якорной стоянки исчисляется следующим образом: при калибре якорь-цепи до 14 мм - ¹/₃ длины якорь-цепи; 15-17 мм - 65 м; 18-28 мм - 80 м; более 28 мм - 100 м.

Привод якорного механизма должен обеспечивать также одновременное выбирание двух свободно висящих якорей с половины условной глубины.

По конструктивному исполнению брашпили делятся на три типа:

1) Б1-Б6 - с двухступенчатым редуктором, состоящим из червячной и зубчатой грузовой передач;

2) Б7-Б9 - с конически-цилиндрическим редуктором;

3) Б10-Б11 - с двумя (приводными электродвигателями, работающими на общий вал через редуктор.

Наиболее распространенными на судах являются электрические якорно-швартовные брашпили типов Б4, Б5, Б6.

Кинематическая схема электрического якорно-швартовного брашпиля типа Б-6, приведенная на рис. 10.16, одновременно обслуживает два якоря (правого и левого бортов), поэтому у него на грузовом валу имеется два цепных барабана, предназначенных для выбирания и отдачи якорных цепей. К цепным барабанам с одной стороны присоединены ленточные тормоза с приводами, выведенными на пост управления брашпилем, а с другой стороны имеются кулачковые муфты с приводами также выведенными на пост управления. Разобщив при помощи кулачковой муфты один из цепных барабанов, можно производить выбирание якорь-цепи на другом цепном барабане. Рабочее вращение цепные барабаны получают от электродвигателя через систему червячной и цилиндрической передач и промежуточные валы. На концах промежуточного вала насажены швартовные барабаны (турачки).

С помощью брашпиля можно производить подъем и отдачу правого и левого якорей поочередно или одновременно с помощью электропривода, а также производить подтягивание судна на швартовах с правого и левого бортов (при разобщенных муфтах), выбирать буксирные тросы. Мощность электрического привода должна быть такой, чтобы брашпиль или шпиль мог выбрать свободно висящий якорь и 100 м якорной цепи со скоростью 10-12 м/мин.

На рис.10.17 показана общая компоновка основных деталей и узлов брашпиля Б6. Брашпиль закрытого типа. Все составляющие части брашпиля смонтированы на общей фундаментной раме, закрепленной к судовому фундаменту. Червячная и цилиндрическая передачи заключены в прочный корпус, защищающий их от воздействия внешней среды и механических повреждений. Грузовой вал с цепными звездочками установлен на четырех подшипниках качения. Два средних подшипника размещены в стенках корпуса редуктора, два крайних - в стойках брашпиля.

Вращение грузовому валу передается от электродвигателя через упругую муфту, моторный вал редуктора. Каждая звездочка снабжена ленточным тормозом и кулачковой муфтой, имеющими ручные приводы. Ручной привод применяется в основном как вспомогательный (резервный).

На брашпилях предусмотрена установка дистанционных указателей длины вытравленной цепи по одному на каждую звездочку.

Пуск брашпиля производят включением, а остановка - выключением электродвигателя. Включенный электродвигатель сообщает через упругую муфту промежуточные валы, червячную и зубчатую передачи вращение грузовому валу брашпиля, несущему на себе свободно надетые цепные звездочки и два швартовных барабана, посредством которых осуществляются якорные и швартовные операции.

Швартовные операции производят брашпилем при заторможенных и разъединенных с грузовым валом цепных звездочках.

Электрический двухпалубный якорно-швартовный шпиль (рис.10.18) состоит из вертикального барабана, находящегося на палубе и сидящего на валу (шпинделе). Под палубой расположены электродвигатель, редуктор и тормозное устройство, состоящее из диска и ленточного тормоза с приводом, выведенным на палубу.

Чтобы отдать якорь, необходимо зажать ленточным тормозом диск, снять с цепи стопор и разъединить маховиком звездочку со швартовным барабаном. После этого масса якоря воспринимается звездочкой. От звездочки вниз идет удлиненная втулка, на которой насажен диск. Если ослабить ленточный тормоз, диск начнет вращаться и якорь выйдет из клюза. При выборке якоря необходимо соединить звездочку со швартовным барабаном, ослабить ленточный тормоз и включить электродвигатель. Вал начнет вращаться вместе и звездочка будет выбирать цепь вместе с якорем.

Наименьшее значение пускового момента на звездочке механизма должно быть достаточным для создания двойного тягового усилия при страгивании якорь-цепи и судна при швартовке.

Тормозное устройство механизмов должно обеспечивать удержание якоря с цепью при их спуске с учетом возникающих инерционных сил. В связи с тем, что последние могут достичь значительных величин, спуск якорей, как правило, производят осторожно, на малой скорости, чему способствует тормозное устройство. Следует также учитывать возможность спуска якоря с помощью электропривода, т. е. при выключенной звездочке.

Привод якорного механизма одновременно должен выбирать два свободно висящих якоря с половины условной глубины стоянки, указанной в формуляре. Ручной привод рассчитан на подъем одного якоря со скоростью 0,04 м/с при действии на звездочку номинального тягового усилия. При этом усилие на каждой рукоятке должно быть не более 160 Н (16 кгс) на одного работающего.

Привод швартовного механизма должен обеспечивать непрерывное выбирание швартовного троса с номинальными скоростью и тяговым усилием в течение 30 мин.

При этом скорость выбирания швартовного троса должна находиться в пределах 0,15-0,30 м/с. В случае необходимости привод швартовного механизма должен развивать усилие в тросе не менее двойного номинального в течение 15 с. Тормозное устройство швартовных механизмов оборудуют автоматическим тормозом, который способен удерживать действующее на грузовой барабан усилие извне, равное 1,5 номинального тягового усилия. Каждая цепная звездочка оборудуется тормозом с моментом не менее 0,6 пробной нагрузки якорной цепи. Усилие на рукоятке привода тормоза допускается не более 150 Н (15 кгс). Широкое распространение бульбообразных носовых образований на судах затруднило установку двухъякорных брашпилей, вместо которых получают распространение как якорно-швартовные шпили, так и полубрашпили (одноякорные брашпили) или якорно-швартовные лебедки. Электрический привод на современных судах вытесняется более совершенными электрогидравлическим приводом, который обеспечивает широкое регулирование скоростей.

Швартовная лебедка (рис.10.19) служит для подтягивания судна к причалу, выборки тросов, а также для крепления на их турачках швартовных концов. При необходимости, для этих целей могут использоваться и грузовые лебедки.

Простые швартовные лебедки имеют барабан, на который наматывается швартовный трос. После подтягивания судна к причалу швартов не крепится на кнехты, а остается на барабане швартовной лебедки. При швартовных операциях эти лебедки удобнее, чем брашпили и шпили, так как отпадает необходимость использовать кнехты. Однако при изменении осадки судна, стоящего на швартовах во время погрузочно-разгрузочных операций или при изменениях уровня воды приливного характера, необходимо постоянно следить за натяжением швартовов и при необходимости потравливать или подбирать их. Этого недостатка лишены автоматические швартовные лебедки, которые получили большое распространение на современных судах.

На рис. 10.19 изображена электрическая автоматическая швартовная лебедка, которая имеет два режима работы - ручной и автоматический. Швартовный трос постоянно закреплен на барабане, имеющем ленточный тормоз. Барабан свободно сидит на силовом валу лебедки и входит в зацепление с ним при помощи шлицевого соединения. Сообщение и разобщение барабана с валом осуществляется рычагом. Турачка жестко связана с силовым валом.

Подтягивание судна к причалу, подача на берег и выборка троса с берега производятся при ручном управлении лебедкой, на котором она имеет две скорости при работе с нагруженным тросом, на ускоренном ходу лебедка может работать с ненагруженным тросом.

При стоянке на швартовах лебедка переводится в режим автоматической работы. В этом режиме лебедка самостоятельно будет потравливать или подбирать швартовный трос при изменении нагрузки на швартов по отношению к установленной на швартовном переключателе. Автоматическое включение электродвигателя лебедки на выбирание или потравливание троса производится при помощи взвешивающего устройства, которое связано с силовым валом через пружину, установленную на определенное натяжение, и изодромом - устройством, где замыкаются контакты, обеспечивающие включение и выключение двигателя лебедки.

Работа автоматической швартовной лебедки заключается в следующем. Для подготовки лебедки к пуску необходимо вращением маховика включить главный прерыватель и аварийный выключатель, установить указатель желаемого натяжения троса на максимальную величину. Управление лебедкой с ненагруженным тросом осуществляется при помощи рукоятки контроллера на первой или второй скорости. Когда надобность в скоростной работе отпадет, переключатель переводят в нулевое положение. При работе турачкой барабан отключают зажатием ленточного тормоза.

При автоматическом управлении вращением ручного колеса установить стрелку указателя желаемого натяжения против стрелки указателя фактического натяжения троса; контрольный переключатель переводят на «автоматическое управление». Ставить лебедку на этот режим нельзя, если фактическое натяжение троса больше установленного на указатель натяжения швартовного троса.

После окончания работы выключить аварийный выключатель, плотно закрыть вентиляционную крышку двигателя.

1. 6. Основные элементы швартовного устройства

В состав швартовного устройства судна входят:

- швартовы - гибкие тросы для соединения судна с берегом или с другим судном, для подтягивается судна к причальным сооружениям и другим местам;

- вьюшки и банкеты - вращающиеся барабаны с ручным приводом для уборки и хранения швартовов по-походному;

- кнехты - металлические тумбы на палубе, которые служат для крепления швартовов;

- киповые планки- металлические приспособления на палубе судна для пропуска швартовов за борт в районе леерных ограждений, предназначенные для придания швартовам нужного направления и предохранения их от перетирания;

- швартовные клюзы - металлические приспособления в фальшборте судна для пропускания швартовов с кнехтов на берег и предохранения тросов от перетирания;

- бросательные концы - лини - пеньковые тонкие тросы окружностью до 25 мм для подачи швартовов с судна на берег;

- проводники - вспомогательные тросы, заводимые при необходимости между бросательными концами и тяжелыми швартовами;

- тросовые или цепные стопоры на швартовах - приспособления для временного закрепления швартовов в момент их переноса их с турачки брашпиля на кнехты или на другое место;

- кранцы - приспособления, служащие для смягчения возможного удара о причал или корпус другого судна при швартовке;

- швартовные механизмы (лебедки и шпили), которые служат для подтягивания судна к причальным сооружениям и выбирания швартовов.

Основные характеристики швартовных канатов (тросов). В зависимости от типа судна и условий его швартовки в практике судостроения применяют стальные, растительные тросы и тросы из синтетических волокон.

Швартовные тросы должны быть легкими, гибкими, прочными, эластичными и износостойкими. В устройствах с автоматическими швартовными лебедками их используют для многослойной навивки на барабаны лебедок.

В качестве стальных швартовных тросов, при отсутствии в швартовном устройстве автоматических лебедок, наиболее предпочтительны стальные канаты типа ТК, состоящие из 6 х 24 = 144 проволок и семи органических сердечников, а также канаты марки I с противокоррозионным покрытием ЖС, правой свивки с прочностью проволок 140 и 150 кг/мм². На эту прочность рассчитаны стандартизованные изделия швартовных устройств.

При наличии в швартовном устройстве автоматических лебедок в качестве швартовных тросов применяются стальные канаты типа ТК (точечное касание), состоящие из 6 х 37 = 222 проволок и одного органического сердечника, а также типа ЛК-РО (линейное касание), содержащие 6 х 36 = 216 проволок и один органический сердечник с пределами прочности проволоки 150 и 160 кГ/мм (для уменьшения размеров барабанов лебедок).

Пеньковые канаты допускается применять в качестве швартовных тросов только на судах, характеристика которых N_с не превышает 600. На судах с N_c > 600 используются более прочные, легкие и гибкие манильские и сизальские канаты. Растительные швартовные тросы обязательно применяются на судах, перевозящих легковоспламеняющиеся нефтепродукты, и на судах тропического плавания.

N_c = km

где k =1,0 - коэффициент для самоходных судов; k = 1,3 - для несамоходных судов;

m = 1,0; 0,9; 0,8; 0,7 - коэффициент для судов, соответственно, категорий I,II,III,IY.

L - длина судна, измеренная на уровне летней грузовой ватерлинии;

B - ширина судна, измеренная между наружными кромками шпангоутов;

Н - высота борта на середине длины судна;

S - сумма поправок на надстройку, рубку, квартердек, специальные палубные сооружения.

Канаты из синтетического волокна изготовляют из нитей капрона, нейлона или перлона. Отечественная промышленность вырабатывает капроновые канаты окружностью от 25 до 200 мм. Ввиду меньшего веса по сравнению с растительными, капроновые канаты предпочтительны для швартовных устройств с обычными механизмами, т. е. в случае применения ручного труда во время швартовных операций.

Швартовные канаты работают в неблагоприятных условиях, резко уменьшающих их срок службы. Наиболее тяжелыми являются условия работы швартовного каната при выбирании его под нагрузкой брашпилем или шпилем. Выборка швартовых производится за счет силы трения, создаваемой между канатом и поверхностью турачки брашпиля или барабана шпиля. Чтобы увеличить эту силу, необходимо наложить на турачку несколько шлагов, которые в процессе выбирания каната постоянно смещаются вдоль оси барабана в результате их перехода с большего диаметра на меньший.

Однако скольжение каната по барабану при большом удельном давлении вызывает повышенный взаимный износ, который усиливается при перегибах на направляющих роульсах и киповых планках. Особенно неблагоприятны условия работы швартовного каната при травлении его через швартовный кнехт во время гашения инерции движущегося судна. Величина воспринимаемого при этом усилия может оказаться выше допустимого, что при перегибе и рывках каната может привести к его обрыву.

Вместе с тем швартовные канаты должны быть легкими, прочными и не тяжелыми, так как швартовка судна выполняются с большой долей ручного труда. В связи с этим к швартовным канатам, обслуживаемым обычными швартовными брашпилями и шпилями, предъявляются следующие требования:

- выдерживать без разрыва наибольшее тяговое усилие швартовного механизма, соответствующее предельному крутящему моменту на валу приводного электродвигателя. В то же время прочность каната не должна быть чрезмерной, чтобы при обрыве каната не происходило разрушения деталей швартовного устройства;

- быть достаточно эластичным и выдерживать динамические нагрузки;

- быть достаточно легким, гибким и стойким к вредному воздействию разнообразных условий внешней среды и стойкими на износ от трения.

При работе с автоматическими швартовными лебедками швартовные канаты в дополнение к перечисленным требованиям должны быть пригодны для многослойной навивки на барабан при любых нагрузках в пределах изменения тягового усилия. Этому требованию в полной мере удовлетворяют стальные тросы, имеющие высокую общую и структурную прочность. При этом эластичность каната не имеет первостепенного значения, поскольку его закрепляют на барабане лебедки, обладающей способностью поддерживать постоянное натяжение. Это относится и к неавтоматическим швартовным лебедкам, если они имеют муфту предельного момента, обеспечивающую автоматическое стравливание каната при увеличении нагрузки сверх нормы.

Типы швартовных канатов. В якорно-швартовных устройствах судов морского флота и внутреннего плавания находят применение следующие канаты:

- стальные,

- растительные: пеньковые, манильские и сизальские;

- из искусственного волокна: капрона, нейлона и перлона.

Канаты стальные. Конструкцию стальных канатов характеризуют следующие основные элементы:

- число прядей;

- количество проволок в прядях;

- тип и число сердечников;

- направление свивки;

- характер касания проволок в прядях;

- вид и род свивки.

В швартовных устройствах используются шестипрядные канаты с органическими сердечниками, которые наиболее легко поддаются сращиванию и допускают изготовление сгонов на концах благодаря рациональному соотношению диаметра прядей и диаметра центрального сердечника. Органические сердечники в каждой пряди и в центре каната, изготавливаемые из пеньки, манилы или хлопка, придают канатам эластичность, а, следовательно и большую стойкость к динамическим нагрузкам. Кроме того, пропитанные смазкой органические сердечники служат запасом смазывающего материала. В эксплуатации пряди нагруженного каната сжимают органический сердечник и выдавливают из него смазку, которая проникает в зазоры между проволоками и смазывает их.

В зависимости от направления свивки прядей тросы могут быть правыми и левыми.

При закреплении канатов на барабане направление свивки подбирают таким образом, чтобы канат дополнительно подкручивался при намотке, вследствие чего плотность свивки и долговечность каната увеличиваются. Для швартовных канатов, наматываемых на турачки с любой стороны, целесообразное использовать тросы правой свивки.

По характеру касания проволок в прядях различают канаты с линейным касанием (ЛК) и с точечным касанием (ТК) проволок.

Линейное касание обеспечивается таким подбором проволок разного диаметра, при котором все проволоки следующего слоя ложатся в углубления, образуемые нижележащими проволоками, а также одинаковым шагом свивки. Канаты линейного касания имеют повышенную стойкость на износ, поэтому они надежно работают на швартовных лебедках. Однако канаты точечного касания более стойки в условиях тяжелой работы.

По виду свивки различают канаты:

- односторонней свивки, при которой направление свивки проволок в прядях и прядей в канатах совпадают;

- крестовой свивки, при которой направление свивки прядей и каната противоположны; канаты этой свивки имеют большую структурную прочность, и поэтому их чаще применяют для швартовов, несмотря на повышенную жесткость.

По роду свивки канаты могут быть:

- обыкновенные;

- нераскручивающиеся.

У обыкновенных канатов проволоки и пряди не освобождены от внутренних напряжений, появляющихся в процессе свивки и стремящихся раскрутить канат.

В нераскручивающихся канатах проволокам и прядям, для уменьшения внутренних напряжений, перед свивкой придают пространственную кривизну путем предварительной деформации проволок и прядей.

В качестве швартовов применяют только нераскручивающиеся канаты, которые обладают следующими преимуществами:

- отличаются большей гибкостью, так как в них сняты внутренние напряжения;

- не перекручиваются при выбирании каната на барабан; отличаются более равномерным распределением растягивающих усилий на каждую прядь, а внутри пряди - на каждую проволоку^;

- оказывают большее сопротивление усталостным напряжениям, вызываемым переменным изгибом;

- при обрыве не расплетаются; отдельные оборванные проволоки сохраняют свое положение в канате, что значительно облегчает ручную работу с ним и предохраняет от повреждения поверхность турачек и барабанов.

Независимо от конструкции стальные тросы классифицируют по:

- пределу прочности материала проволоки на растяжение,

- вязкости проволоки;

- противокоррозионной защите, что обязательно оговаривается при заказе.

Предел прочности канатной проволоки на растяжение колеблется в пределах 70-210 кг/мм². При заказе тросов необходимо учитывать, что стандартные детали швартовных устройств рассчитаны на разрывную нагрузку стального троса с пределом прочности проволок 140-150 кг/мм², а швартовные механизмы согласно действующим стандартам рассчитаны на работу со стальными тросами, имеющими предел прочности проволок 160 кг/мм² - при диаметре троса до 33,5 мм и 140 кг/мм² - при тросах большего диаметра. Исходя из этого, прочность стальных тросов для швартовки судов не должна быть выше тех, на которые рассчитаны детали и механизмы швартовных устройств. Важным показателем качества каната является вязкость проволоки, от которой зависит число переменных изгибов и скручиваний при испытании каната на выносливость. По этому показателю канаты подразделяются на: