Аварийная буксировка судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования

«Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет»

(ФГОУ ВО «ДАЛЬРЫБВТУЗ»)

Кафедра «Судовождение»

Курсовая работа по дисциплине

«Маневрирование и управление судном»

Тема: Аварийная буксировка судна

Выполнил: Лапытько С.И.

Владивосток 2020

Содержание

1. Расчет буксировщика

1.1 Расчет буксируемого судна

1.2 Расчет буксировщика

2. Расчет элементов буксирной линии

2.1 Подбор стального троса для буксировки аварийного судна

2.2 Определение возможности использования штатного буксирного троса

2.3 Определение возможности использования швартовых тросов

2.3.1 Определение параметров однородной буксирной линии, изготовленной из швартовных тросов

2.3.2 Определение параметров амортизатора, изготовленного из швартовных тросов, при использовании штатного буксирного троса

Заключение

Список литературы

Введение

Буксировка судов морем относится к особым случаям морской практики.

Теория буксировки судов в море была разработана русским академиком А.Н. Крыловым в 1924 году.

Как правило, буксировка осуществляется транспортными судами или мощными буксирами спасателями.

Буксировочная операция предусматривает: предварительную проработку предстоящего маршрута перехода, предварительные расчеты по буксировке, рекомендации капитанам.

Цели курсовой работы:

? закрепление теоретических знаний по выбору параметров однородной буксирной линии при морской буксировке аварийного судна;

? расчет сопротивлений действующих на буксируемое судно, трос и буксировщик;

? выбор буксировщика исходя из баланса сопротивлений и упора винта;

? определение максимальной скорости буксировки исходя из характеристик судов и гидрометеоусловий;

? определение параметров буксирной линии, при которых обеспечивается безопасность буксировки аварийного судна;

? ознакомление с международными требованиями и Нормами Российского морского регистра судоходства по обеспечению безопасности морской буксировки.

В таблице 1.1 представлены основные характеристики буксируемого судна, швартовых тросов и штатного стального буксирного троса. Также указаны параметры гидрометеоусловий.

Таблица 1.1 ? Исходные данные (вариант 19)

Наименование параметра	Обозначение	Размер-ность	Значения величин
Характеристика судна
Длина по действующей ватерлинии		м	160
Ширина корпуса	В	м	24
Осадка средняя	d	м	7,3
Водоизмещение		т	21057
Лобовая площадь парусности		м2	384
Бортовая площадь парусности		м2	1120
Диаметр винта		м	4,75
Дисковое отношение		?	0,53
Винт застопорен-З, винт вращается-В	?	?	З.
Характеристика швартовых тросов
Длина	L	м	190
Разрывная прочность		кН	353
Материал	?	?	капрон крученый 3-прядный
Штатный стальной буксирный трос
Длина	L	м	220
Разрывная прочность		кН	1025
Погодные условия
Скорость ветра		м/с	7
Волнение моря		м	1
Волнение моря		балл	4

1. Расчет буксировщика

1.1 Расчет буксируемого судна

Основными силами, действующими на караван, является упор винта буксировщика Т и сопротивление среды движению каравана ?R (рисунок 1.1)

Рисунок 1.1 ? Взаимосвязь сил движущих и сил сопротивления

Суммарное сопротивление каравана определяется по формуле, кН [1, c.7]:

Сопротивление трения корпуса судна определяется по формуле, кН:

где - для морской воды стандартной плотности = 1025 кг/м³, (105 кгс?с²/м⁴);

- площадь смоченной поверхности корпуса судна, м²;

- скорость судна, м/с (примем 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c);

- коэффициент трения, выбираемый из таблицы 1 методических указаний [1, c.8] в зависимости от длины судна.

Площадь смоченной поверхности корпуса судна , м²:

где - длина судна по действующей ватерлинии, м;

- средняя осадка судна, м;

- ширина корпуса судна, м;

- коэффициент общей полноты корпуса судна;

Коэффициент общей полноты корпуса судна, :

где - весовое водоизмещение судна, т;

Аналогично рассчитаем сопротивление трения корпуса для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2

Остаточное сопротивление определяется по формуле, кН:

Аналогично рассчитаем остаточное сопротивление для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2

Сопротивление воздуха определяется по формуле, кН (расчетная формула для худшего варианта из возможных):

где - скорость ветра, м/с;

- проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель-шпангоута (лобовая площадь парусности корпуса), м²;

- проекция надводной поверхности судна на диаметральную плоскость судна (бортовая площадь парусности), м².

Рисунок 1.2 ? Координатные плоскости и оси

Аналогично рассчитаем сопротивление воздуха для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2

Сопротивление движению судна, вызываемое волнением моря определяется по формуле, кН:

буксировка аварийное судно

где - волнение моря, балл;

Аналогично рассчитаем сопротивление движению судна, вызываемое волнением моря для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2

Сопротивление застопоренного винта определяется по формуле, кН [3, c.399]:

где - дисковое отношение винта;

- диаметр винта, м;

Аналогично рассчитаем сопротивление застопоренного винта для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2

Полное сопротивление буксируемого судна определяется по формуле, кН:

Аналогично рассчитаем полное сопротивление буксируемого судна для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2

Сопротивление воды движению погруженной части буксирного троса определяется по формуле, кН [3, c.400]:

где - длина погруженной части троса, м;

- диаметр троса, м;

где - средняя высота крепления буксирного троса над уровнем воды, м;

- линейная плотность буксирного троса, кг/м;

- полная длина буксирного троса.

Однако в условиях морского волнения из-за постоянного расхождения и схождения судов тяга на гаке будет постоянно изменяться, а, следовательно, будет постоянно изменяться и величина погруженной части троса: при схождении судов трос будет больше погружаться в воду и создавать большее сопротивление, а при расхождении судов трос будет спрямляться и выходить из воды, что будет уменьшать сопротивление троса.

Приближенные расчеты показывают, что сопротивление стального буксирного троса, подобранного для буксировки при погодных условиях средней тяжести, составляет 6 - 9 % от сопротивления буксируемого судна. Для практических расчетов сопротивление буксирного троса можно принять равным 10 % от полного сопротивления буксируемого судна , кН:

Аналогично рассчитаем сопротивление воды движению погруженной части буксирного троса для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 ? Данные сопротивления буксируемого судна

1.2 Расчет буксировщика

Полное сопротивление буксировщика определяется по формуле, кН [1, c.10]:

Так как, судно-буксировщик заранее неизвестно, и ставится задача подбора судна достаточной мощности, то расчет буксировщика необходимо сделать для всех судов, которые имеются в наличии и потенциально могли бы использоваться для буксировки, согласно таблице приложения 2 методических указаний [1, c.28].

Таким образом, из имеющихся в наличии судов будет выбрано наименьшее из тех, которые в состоянии вести буксировку аварийного судна со скоростью не менее 5 узлов (2,57 м/c).

Тогда коэффициент общей полноты корпуса буксировщиков, :

Площадь смоченной поверхности буксировщиков , м²:

Сопротивление трения корпуса буксировщиков , кН (=2,57 м/c):

Остаточное сопротивление буксировщиков кН (=2,57 м/c):

Сопротивление воздуха буксировщиков , кН (=2,57 м/c, расчетная формула для худшего варианта из возможных):

Сопротивление движению буксировщиков, вызываемое волнением моря определяется по формуле, кН (=2,57 м/c):

Тогда полное сопротивление буксировщиков , кН (=2,57 м/c):

Тогда суммарное сопротивление каравана , кН (=2,57 м/c, данные буксируемого судна принимаются по таблице 1.2, расчет производится для всех буксировщиков, которые имеются в наличии):

Упор винта буксировщиков определяется по формуле, кН [3, c.400]:

где - шаг винта, м;

- диаметр винта, м;

- мощность, потребляемая гребным винтом, кВт (эффективная мощность двигателя, полезная мощность, передаваемая двигателем потребителю, чистая без механических потерь, на тренние поршня и подшипников, затратой работы на насосы -- топливный, продувочный, водяной и пр.);

- частота вращения гребного винта, об/с.

По результатам расчетов наименьшим, по техническим характеристикам, из представленных судов-буксировщиков, которое в состоянии вести буксировку аварийного судна со скоростью не менее 5 узлов, является судно номер 2. Данное судно обладает наименьшим сопротивлением.

Для данного судна рассчитаем сопротивление движению для всех скоростей судна 1..10 узлов или 0,514..5,14 м/c, полученные значения сведем в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 ? Данные сопротивления буксировщика номер 2

Таблица 1.4 ? Данные сопротивления буксировочного каравана

На основе расчетных данных построим график сопротивлений каравана при различных скоростях движения, а также согласно расчетному упору винта буксировщика номер 2, определим максимально возможную скорость движения каравана.

Рисунок 1.3 ? График сопротивления каравана при различных скоростях буксировки и максимально возможная скорость буксировки

Согласно графику представленному на рисунке 1.3, и расчетному упору винта выбранного буксировщика номер 2, максимально возможная скорость буксировки 5,7 узлов (=2,93 м/c)

2. Расчет элементов буксирной линии

2.1 Подбор стального троса для буксировки аварийного судна

Выбор троса производится по величине разрывной нагрузки троса, которая должна учитывать запас прочности по отношению к действующей силе.

Согласно графику представленному на рисунке 1.3, номинальная сила тяги на гаке при буксировании со скоростью 5 уз.

Разрывная прочность буксирного троса регулируется Правилами Российского морского регистра судоходства в зависимости от номинальной тяги на гаке, и определяется по формуле, кН:

где - коэффициент запаса прочности (n=3,98, ) [1, c.15];

Длина стального буксирного троса определяется по формуле, м:

где - высота волн, м.

Согласно таблице приложения 3 методических указаний [1, с.29] и рассчитанному значению разрывной прочности , примем для буксировки стальной буксирный трос номер 12 (ГОСТ 3083-66), характеристики которого представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1 ? Характеристики троса номер 12 (ГОСТ 3083-66)

№ троса	Диаметр, мм	Площадь сечения каната, мм2	Линейная плотность, кг/м	Разрывное усилие не менее, кН
	каната	проволоки
12	48,5	2,60	764,64	7,810	892,2

2.2 Определение возможности использования штатного буксирного троса

Поскольку штатный буксирный трос имеет ограниченную длину и заранее известную разрывную прочность, то его проверка на пригодность для проведения буксировки проводится по двум параметрам:

? предельно допустимое волнение;

? предельно допустимая скорость буксировки.

Таким образом, для штатного троса определим предельно допустимое волнение (высоту волн) , по формуле:

Предельно допустимая тяга на гаке , кН, определяется по формуле:

где - коэффициент запаса прочности (n=3, ) [1, c.16];



Рисунок 1.4 ? Определение предельно допустимой скорости буксировки для штатного буксирного троса (получено 7,2 узла (=3,7 м/c))

2.3 Определение возможности использования швартовых тросов

В данном случае буксировка проводится со скоростью до 5 узлов, при этом должны решаться задачи, где искомыми величинами являются:

? количество параллельно уложенных тросов в пучке;

? минимально необходимая длина.

2.3.1 Определение параметров однородной буксирной линии, изготовленной из швартовных тросов

В данном случае буксирная линия, изготовленная из швартовных тросов, под натяжением вообще не будет погружаться в воду, и в качестве величины тяги на гаке следует принимать согласно таблицы 1.2 для скорости буксировки 5 узлов.

Минимально необходимая разрывная прочность буксирной линии определяется по формуле:

где - коэффициент запаса прочности (n=4,238, ) [1, c.15];

Минимально необходимое количество швартовов (швартовых тросов) , по формуле:

где - разрывная прочность швартового троса (исходные данные);

Минимально необходимая разрывная прочность буксирной линии определяется по формуле:

где - длина синтетического троса, м;

- сила, растягивающая трос, кН;

- безразмерный коэффициент, зависящий от характеристик троса, выбираемый по таблице 5 методических указаний [1, c.18].

При расчетах следует помнить, что предельно допустимая кратковременная нагрузка на трос не должна превышать половину величины разрывной нагрузки троса / 2. Поскольку при ведении буксировки трос изначально растянут под действием силы тяги на гаке , а нагрузка на волнении может меняться от величины постоянной тяги на гаке до предельно допустимой нагрузки / 2, то величина упругого удлинения примет вид:

где - заданная высота волны, м (волнение, исходные данные);

При использовании для буксировки связки из нескольких параллельных синтетических швартовных концов выражения (2.8) и (2.9) примут соответственно вид:

Таким образом, принимаем буксирную линию изготовленную из трех швартовых концов длиной метра.

2.3.2 Определение параметров амортизатора, изготовленного из швартовных тросов, при использовании штатного буксирного троса

В случае изготовления комбинированной буксирной линии, состоящей из штатного буксирного троса и амортизатора, количество тросов в пучке должно иметь суммарную разрывную прочность ? не ниже разрывной прочности штатного буксирного троса (исходные данные), согласно формуле:

Исходя из этого количество тросов в пучке N определяется по формуле:

Однако поскольку речь идет о расчете амортизирующей вставки, следует учесть, что частично расхождение судов на волнении будет компенсироваться игрой штатного буксирного троса.

Высоту волн, которая будет компенсироваться игрой штатного буксирного, примем согласно расчетного предельно допустимого волнения.

Таким образом, для расчета длины синтетического амортизатора в качестве высоты волны, требующей компенсации, принимается величина превышения фактического волнения над величиной, допустимой для штатного буксирного троса, согласно формуле:

Тогда минимально необходимая длина упругой вставки в качестве амортизатора определяется по формуле:



Заключение

Буксировка аварийных судов является сложной и ответственной операцией

Все расчеты, связанные с проведением буксировки сводятся к определению:

? скорости буксировки;

? длины буксирного троса или буксирной линии;

? прочности буксирного троса или линии.

Расчет буксируемого судна, необходим для составления баланса сопротивлений и упора винта буксировщика, и выбора средств связанных с проведением буксировки.

Расчет судна-буксировщика, необходим для сокращения потерь полезной мощности, потерь времени, и сокращения потерь дизельного топлива, также большие размерения буксировщика, оказывают влияние на маневренность, плавность подхода (осторожность) к аварийному судну.

Расчет буксировочной линий необходим для соблюдения условий прочности, безопасности, эффективности процесса буксировки.

Также, во время планирования буксировочного процесса необходимо предусмотреть возможность использования штатного буксировочного троса и швартовых тросов, для профилактики не предвиденных обстоятельств.

Список литературы

1. Ганнесен, В. В. Аварийная буксировка судна: методические указания/ В. В. Ганнесен. - Владивосток: ДГТРУ, 2016. - 31 с.

2. Александров А.А. Справочник по управлению кораблем/ А.А. Александров. - Москва: издательство Министерства обороны СССР, 1974. - 533 с.

3. Снопков В.И. Управление судном/ В.И. Снопков. - СПб: Профессионал, 2004. - 536 с.

4. Кацман Ф.М., Теория судна и движители / Ф.М. Кацман, Д.В. Дорогостайский. - Л.: Судостроение, 1979. -- 280 с.

5. Зуев В. А. Выбор основных характеристик морских транспортных судов на начальной стадии проектирования: учеб. пособие / В.А. Зуев, Н.В. Калинина, Ю.И. Рабазов. - Нижний Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т., 2012. - 225 с.

Размещено на Allbest.ru