Общие понятия об остойчивости

Влияние на остойчивость пересыпающегося груза

Если на судне находится пересыпающийся груз, не заполняющий отсек полностью и имеющий свободную поверхность, то, например, при качке судна может произойти его смещение по ширине (длине) отсека. Смещение сыпучего груза начинается лишь при наклонении судна на угол и, превышающий угол естественного откоса груза (угол между горизонталью «0-0» и поверхностью груза «1-1» на рис. 20). При этом свободная поверхность груза повернется только на угол (и-).

Рис. 20. К влиянию перемещения сыпучего груза на остойчивость

Кренящий момент (?М), возникающий вследствие пересыпания груза, приближенно может быть вычислен по формуле

гдес_сг-плотность сыпучего груза;

i_x-центральный момент инерции площади свободной поверхности груза в отсеке.

Различают статический б_ст и динамический б_д углы естественного откоса, причем б_д < б_ст. При качке, вследствие действия инерционных сил (появления угловых ускорений), пересыпание груза может происходить при углах крена меньших, чем угол естественного откоса.

В эксплуатационных условиях судно может получить угол наклонения от разового действия момента, при котором сыпучий груз сместится. В исходное положение при этом судно не вернется, так как не произойдет обратное смещение груза. При повторном действии момента того же направления произойдет дальнейшее смещение груза в сторону крена. В результате такого нарастающего смещения груза происходит «накапливание» угла крена судна. Появление остаточного угла крена является характерным отличием влияния на остойчивость сыпучего груза по сравнению с влиянием жидкого груза. В этом заключается бульшая опасность сыпучих грузов с точки зрения остойчивости судна. На судах, перевозящих зерно, для уменьшения опасного влияния смещения груза на остойчивость устанавливаются временные продольные переборки, называемые шифтинг-бордсами.

Смещение сыпучего груза зависит от физико-механических, химических и других его свойств и в некоторых случаях может носить лавинообразный характер.

7. Некоторые прикладные задачи, решаемые методом начальной остойчивости

Подъем кормы на плаву для осмотра и ремонта гребных валов и винтов

Для выполнения ремонтных работ по движительно-рулевому комплексу на плаву необходимо принудительно создать дифферент на нос. При этом выход кормовой части корпуса из воды может быть обеспечен без использования дока или кессона.

В принципе задача может быть решена тремя способами: приемом груза в носовую часть судна, переносом имеющегося на судне груза из кормы в нос, а также снятием груза с кормы или подъемом кормы с помощью крана. Каждый из способов можно применять в отдельности или в совокупности с другим, если имеются производственные возможности.

В качестве заданной величины принимаем необходимое изменение осадки дТ_к; определению подлежит величина требуемого для этого дифферентующего момента, создаваемого переносом, приемом или снятием груза (подъем кормы краном).

Перенос груза с кормы в нос при сохранении положения груза по высоте судна. При заданном изменении осадки необходимый угол дифферента определяется из выражения (рис. 21, а):

 ,

откуда

(31)

В то же время, используя зависимость (11), можно записать

(32)

Приравняв правые части выражений (31), (32) получим

Используя последнюю зависимость, можно, задавшись величиной плеча продольного перемещения, рассчитать вес груза. Необходимый момент можно создать перемещением различных грузов на разные расстояния.

Уменьшение осадки кормы за счет приема груза (жидкого балласта) в носовую часть судна (рис. 21, б). При приеме груза средняя осадка (осадка кормы) судна увеличивается на дT. С учетом этого необходимая осадка кормы обеспечивается путем дифферентовки судна на нос в такой мере, чтобы осадка кормы уменьшилась на . Применительно к этому случаю можно записать

 и (33)

где-значение коэффициента продольной остойчивости судна до приема груза (изменением коэффициента остойчивости из-за приема груза пренебрегаем ввиду того, что ).

Приравняв правые части зависимостей (33), получим выражение для момента, который необходимо создать приемом груза

(34)

Если при осуществлении подъема кормы возможно изменение значений P и l_пр, то, чтобы воспользоваться формулой (34), необходимо принять некоторое значение Р, рассчитать изменение средней осадки , а затем обеспечить необходимый момент за счет величины плеча l_пр.

Рис. 21. Варианты подъема кормы судна на плаву

При заданном значении плеча l_пр вес необходимого груза или балласта определяется по формуле

(35)

гдеS-площадь действующей ватерлинии.

Способ подъема кормы краном или путем снятия с нее груза. Сопоставление рис. 21, б и рис. 21, в при одновременном рассмотрении формул (34) и (35) позволяет получить следующие расчетные выражения для данного способа

(36)

где-плечо момента дифферентующего.

По формуле (36) вычисляется необходимая грузоподъемность крана; при этом величина x_г определяется по точке закрепления троса.

Сравнивая три способа подъема кормы, нетрудно выявить, что наименьшее значение дифферентующего момента и угла дифферента необходимо создать в случае снятия груза с кормы или ее подъема краном.

Практически применяется наиболее доступный способ создания дифферента; при этом может быть осуществлена комбинация двух или даже трех способов. В любом случае необходимо проверить осадку носа после наклонения и убедиться в безопасности выбранного способа, в частности, с точки зрения общей продольной прочности корпуса.

8. Задача о «корабле на камне»

Посадка на мель является одним из наиболее распространенных видов аварий. Возможна и преднамеренная посадка судна на грунт для предотвращения еще большей опасности (ударов о жесткие конструкции или берег, потопления и т.п.).

При посадке на грунт необходимо уметь проводить расчеты, связанные со снятием судна с мели. К ним относятся определение реакции грунта и координат места касания, а также количества и координат центра тяжести груза, который необходимо переместить или снять с судна для его всплытия.

Случай посадки судна на мель без получения пробоины. В первую очередь необходимо определить силу воздействия грунта на корпус судна и координаты точки ее приложения (рис. 22). Воздействие грунта можно считать аналогичным снятию груза из точки касания судном дна водоема; тогда из условия равенства потерянной силы плавучести и силы R получим

где-изменение средней осадки;

Т₀-средняя осадка судна до посадки на мель;

Т_н, T_к-замеренные осадки судна на мели носом и кормой соответственно.

Рис. 2 К определению воздействия грунта при посадке судна на мель

Значение коэффициента поперечной остойчивости судна после посадки на мель с учетом того, что аппликата условно снятого груза равна нулю (), можно определить по формуле

Тогда, при замеренном значении угла крена (и), ордината точки касания с грунтом находится по выражению

или, при известной ширине корпуса (В), а также замеренных осадках правым (Т_пр) и левым (Т_л) бортами, - по формуле

При определении абсциссы точки приложения реакции грунта поправкой к коэффициенту продольной остойчивости можно пренебречь ввиду ее малости по сравнению с начальным значением коэффициента, т.е. считать . С учетом этого, абсцисса рассчитывается с использованием зависимости

гдеL-длина судна.

После определения силы реакции грунта и координат точки ее приложения к корпусу появляется возможность выполнить расчеты с целью снятия судна с мели. Очевидным способом устранения силы R является приложение к судну, с помощью, например, плавкрана подъемной силы P = R по линии действия силы R.

С этой же целью можно снять или перенести груз с оконечности и борта, сидящих на мели, на противоположные оконечность и борт судна. Решение задачи в этих случаях сводится к определению дифферентующего и кренящего моментов, при действии которых на судно его осадки станут равными замеренным после посадки на мель: T_н, T_к, T_пр, T_л. Для выполнения таких расчетов могут быть использованы зависимости п.3 и п.4.

При получении пробоины опорная сила реакции грунта увеличивается на вес влившейся воды. Количество влившейся воды определяется методами, используемыми в расчетах по непотопляемости судна.

Определение остойчивости судна опытным путем

Остойчивость судна рассчитывается при его проектировании. Однако в процессе разработки проекта судна, его строительства и переоборудования возможны неучтенные изменения или неточные определения составляющих массы судна и положения их центра тяжести. В связи с этим для определения фактической остойчивости проводят специальное кренование построенного (переоборудованного) судна, - так называемый опыт кренования.

Такое кренование выполняется по инструкции Российского Речного Регистра в условиях тихой воды, на месте, с отданными швартовами и при порожнем состоянии судна. Все грузы, могущие при наклонении смещаться, должны быть закреплены; должно быть исключительно влияние свободных поверхностей жидких грузов. Целью опыта кренования является определение положения центра тяжести судна.

Для проведения опыта кренования на палубе судна укладывают предварительно взвешенный балласт (чугунные чушки, стальные болванки или мешки с песком). Балласт размещается в 4…6 местах (группы крен-балласта) вдоль правого и левого бортов симметрично относительно диаметральной плоскости (рис. 23). Кренование осуществляется переносом крен-балласта с борта на борт; при этом кренящий момент () определяется как произведение веса балласта i-ой группы на плечо его перемещения по ширине судна (l_i). Также замеряется соответствующее значение угла крена - и_i. Углы крена создаются до 4.

Рис. 23. Схема размещения крен-балласта на палубе судна

По результатам замеров рассчитывают значения начальной поперечной метацентрической высоты судна h_i, основываясь на метацентрической формуле остойчивости при крене

(37)

где-угол крена вследствие переноса группы крен-балласта, в радианах.

Представленный в (37) вес судна D_c вычисляется по объемному водоизмещению V, значение которого в момент кренования определяется с использованием масштаба Бонжана или по грузовому размеру. Необходимые для этого осадки носом, кормой и на миделе замеряются в соответствующих местах судна.

Исходя из (37), можно получить

Итоговое значение метацентрической высоты h₀ рассчитывается с использованием h_i методом наименьших квадратов.

Для вычисления аппликаты и абсциссы центра тяжести судна во время опыта кренования используются зависимости

(38)

Используемые в (38) малый (r) и большой (R) метацентрические радиусы, а также аппликата и абсцисса центра величины судна снимаются с кривых элементов теоретического чертежа, исходя из полученного значения объемного водоизмещения (V).

Результаты опыта кренования используются не только при той нагрузке масс, которая была в процессе кренования судна, но и при других его эксплуатационных состояниях. Применительно к другим состояниям судна полученные данные соответствующим образом исправляются на недостающие и излишние грузы по отношению к зафиксированным во время опыта.

Полученные из опыта кренования вес судна и аппликата его центра тяжести используются для решения задач по остойчивости судна, как при малых, так и при больших углах крена. Результаты опыта кренования принимаются как исходные данные при расчетах нагрузки для рейсовых грузовых планов и при составлении информации об остойчивости судна.

Список используемой литературы

остойчивость судно посадка

1. В.И. Любимов, С.А. Иванов, П.С. Цыбин «Теория и устройство судов», г. Горький 1990 г.

Е.П. Роннов «Нормирование остойчивости судов внутреннего плавания» г. Н. Новгород 1991 г.

Размещено на Allbest.ru