Сухогрузный теплоход класса “* О-пр(Лед)А”

 

Плавучесть

Плавучестью называют способность судна плавать по определенную осадку при заданном количестве находящихся на нем грузов.

На плавающее судно (рис. 1) вертикально вниз действуют силы веса (тяжести), пропорциональные нагрузке масс судна, а вертикально вверх — силы гидростатические, пропорциональные массе вытесненной воды. Результирующая сил веса Р равна сумме сил веса (тяжести) самого судна и всех грузов, находящихся на нем, приложена в центре тяжести (ЦТ) судна в точке G и всегда направлена вертикально вниз. Результирующая гидростатических сил, определяемых давлением воды на поверхность судна, приводится к вертикальной силе yV, направленной вверх и называемой силой поддержания, или силой плавучести. Согласно закону Архимеда, вес, или водоизмещение (масса), плавающего тела равны весу или массе вытесненной им воды: P=yV или D = ρV, гдеV — объем подводной части судна, м3; у — удельный вес воды, н/м3 или тс/м3; D — масса судна, т; ρ — плотность воды, т/м3; P — вес судна в целом, кН или тс. 

 

Рис. 1. Схема сил, действующих на судно. 

 

Cила поддержания yV приложена в центре тяжести подводного объема — точке С, которую называют центром величины (ЦВ). Объем V называется объемным водоизмещением и служит мерой плавучести.

Следует различать понятия веса и массы судна. Масса выражает инерционные и гравитационные свойства судна, является скалярной величиной и измеряется в тоннах (т). Вес судна является векторной величиной и измеряется в килоньютонах (кН) или тонна-силах (тс). Масса судна в тоннах численно равна его весу в тонна-силах.

Так как под действием сил Р и yV судно находится в равновесии, то необходимо, чтобы эти силы были равны и действовали по одной прямой в противоположные стороны. Если обозначить координаты точек G и С по длине, ширине и высоте судна соответственно хg и хc, yg и ус, zg и zc, то условия равновесия плавающего судна можно выразить следующими уравнениями: P=yV или D = ρV; xg=xc; yg = yc. Так как судно симметрично ДП, то точки G и С должны лежать в этой плоскости, т. е. уg=yc=0. У наводных судов центр тяжести G лежит выше центра величины С, т. е. zg>zc.

Так как объем подводной части корпуса можно выразить через главные размерения и коэффициент общей полноты, т. е. V=δLBT, то водоизмещение (массу) судна можно представить в виде D=ρδLBT.

Водоизмещение D (нагрузка масс) и координаты центра тяжести (центра масс) определяются расчетом, учитывающим массу и местоположение отдельных составляющих нагрузки масс судна. 

 

Рис. 2. Определение площади шпангоута.  

 

Объемное водоизмещение, а также координаты центра величины С определяют по теоретическому чертежу методом трапеций в табличной форме. Вычисления начинают с определения площади шпангоутов. С этой целью площадь каждого шпангоута разбивают следами ватерлиний на n-е число участков, и криволинейные кромки заменяют прямыми (рис. 2). Расчеты будут тем точнее, чем большее число ватерлинии проведено. Площадь шпангоута определяется как удвоенная сумма площадей трапеций, вписанных в этот шпангоут. Далее на прямой в определенном масштабе отмечают теоретические шпангоуты, восстанавливают перпендикуляры и на них также в масштабе отмечают соответствующие площади шпангоутов. Полученные точки соединяют плавной линией, которая характеризует изменение площади поперечного сечения судна по длине и называется строевой по шпангоутам (рис. 3). Если найти площадь фигуры, ограниченной строевой по шпангоутам, то она с учетом масштаба будет равна объемному водоизмещению судна. Площадь строевой по шпангоутам определяется так же, как и площадь шпангоутов.  

 

Рис. 3. Строевая по шпангоутам. 

 

Объемное водоизмещение можно определить, пользуясь строевой по ватерлиниям, представляющей собой кривую, абсциссы которой в принятом масштабе дают площади ватерлиний в зависимости от осадки. Площадь фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, в соответствующем масштабе равна объемному водоизмещению по заданную осадку. Площадь ватерлиний, а также площади фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, находят. так же, как и площади шпангоутов, методом трапеций. Для этой же цели можно использовать специальный прибор, называемый планиметром.

Если для разных осадок определить объем погруженной части корпуса и соответствующее этим осадкам водоизмещение, то можно построить график, называемый грузовым размером (рис. 4). Пользуясь грузовым размером, можно определить изменение средней осадки от приема или расходования груза или по заданному водоизмещению определить осадку судна. 

 

Рис. 4. Грузовой размер.  

 

Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно обладать запасом плавучести. Под запасом плавучести понимается количество грузов, которое судно может принять сверх находящихся на нем до полного погружения. Мерой запаса плавучести служит объем надводной непроницаемой части судна от действующей ватерлинии до верхней палубы, имеющей водонепроницаемые закрытия. В этот объем могут входить и надстройки, если они также имеют водонепроницаемые закрытия. В случае попадания воды внутрь корпуса осадка судна увеличивается, но оно остается на плаву. Запас плавучести зависит от величины надводного борта: чем он больше, тем больше запас плавучести. Исходя из этого Регистр назначает каждому судну в зависимости от его размеров, назначения и района плавания минимальный надводный борт, который фиксируют в «Свидетельстве о грузовой марке», выдаваемом каждому судну.

Обычно запас плавучести составляет 30 — 50 % водоизмещения, на танкерах 15 — 25%, на пассажирских судах до 100%.

 

Управляемость

Управляемостью называется способность судна быть поворотливым и устойчивым на курсе. Поворотливостью называется способность судна подчиняться действию руля, а устойчивостью на курсе— способность сохранять заданное направление движения. Вследствие влияния на движение судна различных возмущающих факторов (волн, ветра), для обеспечения устойчивости на курсе требуется постоянное вмешательство рулевого. Таким образом, качества, характеризующие управляемость судна, являются противоречивыми. Так, чем более поворотливо судно, т. е. чем быстрее оно меняет направление своего движения при повороте руля, тем менее оно устойчиво на курсе.

При проектировании судна оптимальное значение того или иного качества выбирают в зависимости от назначения судна. Основным качеством пассажирских и грузовых судов, совершающих дальние рейсы, является устойчивость на курсе, а буксиров — поворотливость.

Способность судна самопроизвольно отклоняться от курса под влиянием внешних сил называется рыскливостью.

Для обеспечения требуемой управляемости в кормовой части судна устанавливают один или несколько рулей (рис. 12). Если на движущемся со скоростью v судне переложить руль на угол α, то на одну сторону руля начнет действовать давление набегающего потока воды — равнодействующая гидродинамических сил Р, приложенная в центре давления и направленная перпендикулярно к поверхности руля. Приложим в центре тяжести судна взаимно уравновешенные силы P1 и Р2, равные и параллельные Р. Силы Р и Р2 образуют пару сил, момент которой МВР поворачивает судно вправо, МВР = Рl, где плечо пары l= GA cosα + a. 

 

Рис. 12. Схема сил, действующих на судно при перекладке пера руля. 

 

Приближенно можно считать, что центр тяжести судна лежит на мидель-шпангоуте, а величина а сравнительно мала. Тогда GA = 0,5L; l=0,5Lcosα и MВР=0,5PLcosα.

Силу Р1 разложим на составляющие Q = P1 cosα = P cosα и R = P1 sinα = Psinα. Сила Q вызывает дрейф, т. е. перемещение судна перпендикулярно к направлению движения, а сила R уменьшает его скорость.  

 

Рис. 13. Элементы циркуляции судна:   DЦ – диаметр циркуляции; DТ – тактический диаметр циркуляции; β – угол дрейфа. 

 

Таким образом, сразу же после перекладки руля на борт ЦТ судна начнет описывать в горизонтальной плоскости кривую, постепенно переходящую в окружность, называемую циркуляцией (рис. 13). Диаметр окружности DЦ, которую начнет описывать центр тяжести судна после начала установившейся циркуляции называется диаметром циркуляции. Расстояние между ДП до начала циркуляции и после поворота судна на 180° — тактическим диаметром циркуляции DT. Мерой поворотливости судна является отношение диаметра циркуляции к длине судна. Угол между ДП судна и касательной к траектории движения судна при циркуляции, проведенной через центр тяжести судна, называется углом дрейфа β.

При движении на циркуляции судно кренится на борт, противоположный перекладке руля, под действием центробежной силы инерции, приложенной в центре тяжести судна, и гидродинамических сил, приложенных к подводной части судна и рулю. Для обеспечения хорошей управляемости на малых ходах (в стесненной акватории, при швартовке), когда обычный руль неэффективен, применяют средства активного управления.

 

 

РАЙОН ПЛАВАНИЯ И СХЕМА ВОДНЫХ ПУТЕЙ ДЛЯ СУДОВ ДАННОГО ТИПА.

Район плавания.

Внутренние водные пути Европейской части РФ, прибрежные морские

районы Балтийского, Азовского, Черного, Каспийского морей.

На данный момент Сухогрузный теплоход класса “* О-пр(Лед)А”

проект N191 с головным судном «Белград» перестроен в нефтеналивное

судно «Астон Челенджер» в 2006-2008 годах. Сдача в эксплуатацию

после переоборудования — 15.08.2008 г. С 2011 года судно работает на

обслуживании искусственных островов северной части Каспийского моря в

порту Актау (Казахстан). 

 

 

Литература:

1.Библиотека корабельного инженера Е.Л.Смирнова.

2.ОАО "Инженерный центр судостроения" www.ship-project.ru. 3.Морское агентство Транс-Сервис http://www.trans-service.org.

 

 

Содержание курсовой работы:

История и география морского судоходства.

Классификация объектов морской техники.Классификация судов.

Эксплуатационные и мореходные свойства судна.

РАЙОН ПЛАВАНИЯ И СХЕМА ВОДНЫХ ПУТЕЙ ДЛЯ СУДОВ ДАННОГО ТИПА.