Расчет непотопляемости судна

Координаты центра тяжести  площади новой ватерлинии определяются следующим образом:

(25)   (26)

Моменты инерции площади  затопленного отсека представляются по формулам:

(27)   (28)

По полученным данным рассчитываются новые значения продольной и поперечной метацентрических высот:

(29) (30)

Углы крена и дифферента в градусах определяется по следующим зависимостям:

(31)   (32)

   После определения углов крена и дифферента производиться расчет параметров  осадки судна:

(33)   (34)   (35)

В приложении А представлен пример расчета времени затопления аварийного отсека, остойчивости и посадки аварийного судна. Для анализа состояния судна и принятия правильного решения рекомендуется составить сравнительную таблицу элементов посадки и остойчивости судна до и после аварии. По данным таблицы выполняется схема посадки аварийного судна (см. рисунок 3), и делаются выводы по разделу.

Рисунок 3 – Схема аварийной посадки судна

 

Оценка возможности частичной бункеровки судна топливом

Прием жидких грузов на судно приводит в общем случае к изменению  параметров посадки и остойчивости. В случае частичной бункеровки топливом, практикуемой достаточно часто в  последнее время, влияние на остойчивость может быть отрицательным, и поэтому  решение о такой бункеровке должно приниматься только на основе результатов  расчета изменения остойчивости и посадки.

Определение параметров остойчивости выполняется в следующей последовательности.

Вычисляем изменение остойчивости вследствие появления свободных  поверхностей жидкого груза по формуле:

(36)

где D_о - водоизмещение судна до приема топлива;

m_т - масса принимаемого топлива;

ρ_т - плотность топлива;

Σi_x - суммарный момент инерции свободных поверхностей топлива в танках левого и правого борта.

В случае частичного приема топлива  в оба танка:

(37)

где l_т и b_т -  длина и ширина топливного танка.

В случае частичного приема топлива  в один танк, при пустом или запрессованном втором танке:

(38)

Рассчитываем изменение остойчивости вследствие приема жидкого груза  по формуле:

(39)

где Т_o - начальная осадка;

- изменение осадки от приема груза;

S_вл - площадь действующей ватерлинии;

z_т - аппликата центра тяжести принятого топлива;

h₁ - исправленная метацентрическая высота.

Дня определения аппликаты центра тяжести принятого топлива считаем, что форма танка – параллелепипед. Тогда при приеме топлива в один танк:

(40)

При приеме топлива в два танка:

(41)

При приеме топлива в один танк полностью, а во второй частично:

(42)

где m_т1 = ρ_т^. l_т^. b_т^. t_т - масса топлива в полностью затопленном танке правого борта;

z_т1 - аппликата центра тяжести запрессованного танка.

Находим суммарное изменение остойчивости после приема топлива по формуле:

.

(43)

Вычисляем новое значение метацентрической высоты судна после приема топлива:

(44)

По полученному значению метацентрической высоты после бункеровки оценивается  остойчивость судна. При необходимости  принимаются меры по увеличению остойчивости.

 

Определение параметров посадки  судна после бункеровки

Угол крена судна θ определяем в градусах по следующей зависимости:

.

(45)

Если угол крена превышает 5°, то необходимо принять меры по увеличению остойчивости и спрямлению судна.

Угол дифферента судна после приема топлива в радианах:

(46)

где  ψ₀ - начальный угол дифферента;

х_т = х_п + l_т/2 - абсцисса центра тяжести принятого топлива;

х_f - абсцисса центра тяжести площади ватерлинии;

H - продольная метацентрическая высота;

D₀ - водоизмещение судна до приема топлива.

Осадка носом и кормой определяется по зависимостям:

(47) (48)

Для сравнения параметры посадки и остойчивости судна до и после приема топлива удобно представить в виде таблицы. В завершении раздела необходимо дать заключение о возможности частичной бункеровки топливом при заданном варианте состояния загрузки судна с указанием принятых мер по поддержанию остойчивости.

 

Приложение А

Пример расчета элементов остойчивости и посадки судна при затоплении одного отсека

Таблица 1 - Исходные данные

Наименование, единицы измерения	Обозн.	Значение
Длина судна, м	L	125
Ширина  судна, м	B	18
Осадка  судна, м	T	6.4
Коэффициент общей полноты корпуса	δ	0.75
Коэффициент полноты ватерлинии	α	0.8
Поперечная  метацентрическая высота, м	h	0.62
Продольная  метацентрическая высота, м	H	125
Длина затопленного отсека, м	l	15
Ширина  затопленного отсека, м	b	9
Площадь пробоины, м2	F	0.5
Координаты  центра тяжести отсека, м	xv	16.3
	yx	1.8
	zv	3.3
Расстояние  от ватерлинии до центра пробоины, м	Hb	3.1
Абсцисса  центра тяжести площади ватерлинии, м	xf	5.3
Коэффициент расхода	μ	0.7

 

Расчет количества поступившей воды

1. Объем нижней части отсека, м³

v₁ = l^.b^.(T - H_b) = 15 ^. 9 ^.(6.4 – 3.1) = 445.5

2. Объем верхней части отсека, м³

v₂ = l ^. b ^.H_b = 15 ^. 9 ^. 3.1 = 418.5

3. Объем затопленного отсека, м³

v = v₁ + v₂ = 445.5 + 418.5 = 864

4. Расход воды через пробоину при затоплении нижней части отсека, м³/с

5. Расход воды через пробоину при затоплении верхней части отсека, м³/с

Q₂ = Q₁/2 = 2.73/2 = 1.37

6. Время затопления нижней части отсека, с

t₁ = v₁/Q₁ =445.5/2.73 = 163.2

7. Время затопления верхней части отсека, с

t₂ = v₂/Q₂ = 418.5/1.37 = 357.7

8. Общее время затопления отсека, мин

 

 

Расчет элементов  судна до получения повреждений

1. Объемное водоизмещение, м³

V = L^.B^.T^.δ = 125 ^. 18 ^. 6.4 ^. 0.75 = 10800

2. Площадь ватерлинии, м²

S = L^.B^.α = 125 ^. 18 ^. 0.85 = 1912.5

Расчет элементов  аварийного судна

1. Площадь потерянной ватерлинии, м²

S_v = l ^. b = 15 ^. 9 = 135

2. Площадь новой ватерлинии, м²

3. Изменение осадки, м

4. Моменты инерции свободной поверхности воды затопленного отсека, м⁴

5. Координаты центра тяжести площади новой ватерлинии, м

6. Моменты инерции потерянной ватерлинии, м⁴

7. Изменение поперечной метацентрической высоты, м

8. Изменение продольной метацентрической высоты, м

9. Поперечная метацентрическая высота после затопления , м

10. Продольная метацентрическая высота после затопления, м

11. Угол крена, град

12. Угол дифферента, град

13. Осадка носом, м

14. Осадка кормой, м

15. Осадка средняя, м

 

Приложение Б

Пример расчета элементов остойчивости и посадки судна при бункеровке

Таблица 2 - Исходные данные

Наименование, единицы измерения	Обозн.	Значение
Длина судна, м	L	100
Ширина судна, м	B	18
Осадка судна, м	T	4
Коэффициент общей полноты корпуса	δ	0.7
Коэффициент полноты ватерлинии	α	0.8
Поперечная  метацентрическая высота, м	h	0.4
Продольная  метацентрическая высота, м	H	100
Плотность морской воды, т/м3	ρ	1.025
Плотность топлива, т/м3	ρт	0.9
Масса принимаемого топлива, т	mт	300
Размеры топливных танков, м	lт	18
	bт	9
	tт	1.8
Абсцисса  центров тяжести топливных танков, м	хт	17
Абсцисса  центра тяжести площади ватерлинии, м	xf	-5

 

Расчет основных элементов судна

1. Водоизмещение, т

D = L^.B^.T^.δ^. ρ = 100 ^. 18 ^. 4 ^. 0.7 = 5166

2. Площадь ватерлинии, м²

S = L^.B^.α = 100 ^. 18 ^. 0.8 = 1440

Поскольку объем принимаемого топлива  превышает объем одного танка, возможны два варианта приема топлива. Первый вариант, принимать топливо поровну в танки левого и правого бортов, во избежание появления крена. Второй вариант, чтобы уменьшить отрицательное влияние на остойчивость свободной поверхности жидкого груза один танк заполняется полностью, а танк другого борта оставшимся количеством топлива.