Якорно-швартовные устройства
.pdfскорости судна в момент контакта с причалом, м/с; С„ - коэффициент присоединенных масс при движении судна лагом; Се - коэффициент эксцентриситета, зависящий от положения точки контакта судна с причальным сооружением; Cd - коэффициент деформации судна, который зависит от доли энергии, поглощаемой за счет изгиба корпуса судна и местных деформаций бортового перекрытия; Сс - коэффициент, зависящий от типа причала, вводимый для учета демпфирующего эффекта воды, находящейся между судном и причалом
Коэффициенты присоединенных масс: - для плоской пластины
Cm=\ + 2d/B, |
(4.2) |
где В и d - ширина и осадка судна, м;
- для плоской пластины с учетом пространственного ее обтекания
|
|
|
|
(4.3) |
где ц = , |
у |
(1 - 0,425 |
у |
L |
|
|
); у = — ; р - массовая плотность воды; |
||
Vl+Z7 |
|
1+Х |
d |
|
L - длина судна;
- для трехосного эллипсоида вращения с учетом пространственного
его обтекания водой |
|
|
_ |
. |
4 npLBd |
|
|
Ъм. |
Т |
|
|
где ц = — — ; |
|
|
2 - Г |
|
|
F,
Е, F(q>0, к), Е(%, к) - полные и неполные эллиптические интегралы I
и II |
рода |
с модулем |
к2 |
=(р2 |
-l)/(p2 -g2); |
<р„ = arcsin (g); |
|
a = L;b |
= B; |
с-2d |
;g = clb\ |
p = a/b . |
|
||
Формула |
(4.2) |
применима |
при |
выполнении |
приближенных |
||
|
|
|
|
|
|
|
151 |
расчетов, (4.3) дает уточненное значение коэффициента Ст по (4.4) можно получить достаточно точные значения коэффициента С„. Для судов острых образований (С„ 5 0,5). Для судов с L / B > 10 формула (4.4) приобретает вид
Ст = ! + 8 i t p / . r f 2 ' ( 3 M c ) .
Для точных расчетов коэффициента присоединенных масс их интегрируют по поперечным сечениям корпуса судна. Это имеет смысл в тех случаях, когда остальные величины, входящие в (4.4), известны с той же точностью.
При нецентральном ударе судна о причал инерция движения не будет поглощена полностью. Судно начнет совершать вращательное движение вокруг точки первоначального каната и, возможно, произойдет повторный контакт. Долю энергии навала, воспринимаемую в первоначальный момент контакта кранцевой защитой, принято характеризовать коэффициентом эксцентриситета
il+R2 COS2 7
где г„ = ,jly / М с - радиус инерции судна относительно оси у, м;
1У - момент инерции судна относительно оси у, т м 2 , R - расстояние от центра тяжести судна до точки контакта, м; у - угол подхода судна к причалу,град.
Момент инерции судна определяется в зависимости от относительного положения точки контакта по длине судна I' L (здесь / - расстояние вдоль причала от точки контакта до центра тяжести судна) и распределения его массы (рис. 4.1,л). Целесообразно момент инерции судна определять по одной из кривых 1...4. В приближенных расчетах принимается для крупных нефтеналивных судов iy - 0,2/., для других судов iy S 0,17 L.
Максимально допустимый угол подхода к причалу составляет 10...15", каждый подход судна с большим углом является аварийным. Крупные суда подходят к причалу почти параллельно. Их угол подхода не превышаете,5...2,0°.
152
Кроме формулы (4.5), коэффициент эксцентриситета можно определять с помощью графиков на рис. 4.1,6 и 4.2 (заштрихованная область - зона первого контакта судна с причалом).
Вслучае применения эластичных отбойных элементов
коэффициент деформации судна Cd = 1,0, при сравнительно жестких Cd =0,9...0,95 . Коэффициент причала Сс = 0,8 справедлив для причалов типа сплошной стены, Се = 1,0 - для сквозных причалов.
Единого мнения относительно скоростей подхода судов к причалу пока нет. Естественно, что более крупным судам свойственна меньшая скорость. Для определения нормальной составляющей скорости подхода к причалу при проектировании кранцевой защиты можно пользоваться графиками на рис. 4.3 (пунктирными линиями нанесены скорости подхода судов без помощи буксиров, сплошными - с помощью буксиров). Некоторые рекомендации по выбору расчетных скоростей подхода к причалу судов различного водоизмещения приведены в табл. 4.1.
Рис. 4.1. Зависимость относительного момента инерции судна (о) и коэффициента Се (б) от положения точки контакта с кранцем и распределения массы судна по его длине:
1 - распределение по Байлсу; 2 - по трехмассовой схеме при расположении
крайних масс при расстоянии L/4 от миделя; 3,5 - |
по |
двухмассовой схеме |
|||
при расположении |
масс на расстоянии £ / 4 |
и |
L / 2 от |
|
миделя |
соответственно; 4 - |
при равномерном законе изменения массы |
по длине |
|||
судна |
|
|
|
' |
153 |
|
|
|
|
||
Рис. 4.2. Зависимость коэффициента эксцентриситета от положения точки контакта с кранцем и радиуса инерции судна iy:
1 - iy = 0,20 L; 2 - iy = 0,25 L ; 3 - i, = 0,263 L
|
Рис. 4.3. Допускаемые скорости подхода судов к причалу в |
||||||||
1-1' |
- |
зависимости от их водоизмещения и условий подхода: |
|||||||
с |
легкими |
условиями |
подхода |
к |
защищенной |
акватории; |
|||
2-2' |
- |
с |
трудными условиями |
подхода |
к |
защищенной |
акватории; |
||
3-3' |
- |
с |
легкими |
условиями |
подхода к |
незащищенной |
акватории; |
||
4-4' |
- |
с |
благоприятными |
условиями |
подхода к незащищенной |
||||
акватории; 5-5' - с трудными условиями подхода к незащищенной акватории;
1 - |
А = 80000 т; 2 - |
Д = 30000 т; 3 - |
Д = 20000 |
т; 4 - |
Л = 10000 |
т; |
5 - |
А > 20000 т; 6 - |
Д<10000т; 7 - |
Д = 5000 |
т; 8 - |
Д = 1000 |
т; |
9- |
А< 2000 т |
|
|
|
|
|
154 |
|
|
|
|
|
|
При проектировании Крайневой защиты необходимо обоснованно подходить к выбору расчетной скорости подхода судна к причалу, так как, например, ошибка в скорости в два раза приводит к ошибке при определении энергоемкости в четыре раза. При упрощенных расчетах потребную минимальную энергоемкость можно определить по формуле £ = 9,8 Д/ (120+л/д), где Д - водоизмещение судна, т, или по формуле £ = у Мс v212 где v - нормальная составляющая скорости подхода, принимаемая в отечественной практике в соответствии с табл. 4.1; v|/ - коэффициент, значения которого приведены ниже в зависимости от типа причального сооружения:
набережные со сплошной вертикальной стенкой из |
|
обыкновенных или фасонных массивов, массивов-гигантов, |
|
оболочек большого диаметра |
0,50; |
набережные эстакадного или мостового типа на свайных |
|
опорах с задним шпунтом |
0,55; |
пирсы эстакадного или мостового типа, палы причальные |
0,65; |
палы причальные головные или разворотные |
1,60. |
Потребная минимальная энергоемкость при швартовке в море определяется следующим образом:
для случая подхода судна к другому судну
£ = [ м л 2 ( 1 + * ) ] / 2 ,
где Л/с - масса швартующегося судна, т (кНс2/м); v„ - скорость подхода, м/с; к- коэффициент присоединенных масс судна, к « 0,35;
для случая совместной стоянки судов в море
Е = МУ„/2,
где М„ - приведенная масса двух судов с учетом их присоединенных масс, т:
™П = |
(1+ка)МхМг |
77~ • |
Т, |
||
|
Х,Мг+Х2М, |
|
155
Здесь Mi, Мг - |
массы швартующихся судов, т; кгг - коэффициент |
|||
присоединенных |
масс судов £ и = 0 , 7 5 ; |
х,,хг |
_ |
коэффициенты, |
учитывающие положение точек контакта |
судов, |
в |
расчетах можно |
|
принять Xi = Хг ~ 1.0; v „ - скорость соударения судов, м/с, определяемая либо экспериментально, либо с помощью разработанных расчетных методик.
Таблица 4.1. Зависимость скорости подхода судна к причалу от его
водоизмещения
Водоизмещение |
0,3 |
0,5 |
2 |
5 |
10 |
20 |
40 |
100 |
200 |
300 |
>500 |
|
Д , тыс. т. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Скорость V, м/с, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
принятая: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в отечественной |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,15 |
0,13 |
0,11 |
0,10 |
0,09 |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
|
практике |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
за рубежом |
0,40 |
0,30 |
0,28 |
0Д6 |
0,24 |
0,22 |
ОДО |
0,18 |
0,15 |
0,14 |
0,13 |
4.3. Максимально допустимая величина контактных давлений
Для бортовых перекрытий судов, швартующихся к причалам, максимально допустимая величина контактных давлений принимается равной для танкеров дедвейтом 10000...45000 т РК =0,186...0,276 МПа, дедвейтом 65000 т Рх = 0,26...0,365 МПа, дедвейтом 100000 т и больше Рж =0,35...0,40 МПа; для навалочных судов (независимо от дедвейта) Рк =0,12...0,26 МПа; для малых судов Р, =0,20 МПа.
Для бортовых перекрытий в районе переменной ватерлинии судов, швартующихся в море при волнении не более 6 баллов, максимально допустимая величина контактных давлений определяется по Правилам Регистра судоходства Украины:
Pt = а, а 2 (0,190+0,05 ц/д-Ю"3 - 0,464),
где Д - для рыболовного судна водоизмещение по летнюю грузовую ватерлинию, т; для промыслового судна водоизмещение наибольшего из швартующихся к промысловому судну рыболовных судов, т (в любом случае Д не должно приниматься более 7500 т); а , - коэффициент, принимаемый в зависимости от интенсивности предельного волнения, на котором предусматривается швартовка
156
судна, и его водоизмещения, при Л <2000 т коэффициент а , принимаем равным 1; 1,15; 1,60 при интенсивности волнения 4, 5 и 6 баллов; при Д > 2000 т коэффициент а , соответственно равен 0,82; 1,0; 1,16; а 2 - коэффициент принимаемый в зависимости от района усиления борта, а 2 = 0,8... 1,1.
Для таких плавучих объектов, как лихтеры, подводные аппараты, допускаемые значения контактных давлений определяются расчетом.
Максимально допустимая величина полного усилия, передаваемого кранцевой защитой на бортовые перекрытия судов, задается редко. По ней определяются размеры контактной поверхности и оценивается прочность бортового перекрытия.
4.4. Выбор характеристик кранцевой защиты
Характеристики кранцевой защиты выбираются на основании сравнения потребной минимальной энергоемкости Е с энергоемкостью кранцев А, кН м, т.е. А>Е, и максимально допустимой величины контактного давления Рк с контактным давлением, передаваемым кранцевым устройством Р, т.е.
РК>Р |
(4.6) |
Энергоемкость кранцев определяется зависимостью между сжимающим усилием Q и проседанием кранца F (рис. 4.4) и может
быть представлена в виде А = F jQdF. Максимальную теоретическую
о
энергоемкость имеет кранец с характеристикой 4 (идеальный кранец). Для сравнения кранцев друг с другом введена величина, характеризующая его энергетический КПД - степень энергетического совершенства кранца:
(4.7)
где Ат - максимальная энергоемкость кранца при максимальном проседании Fm; Q„Fm - энергоемкость идеального кранца. Таким образом, из (4.7) следует, что %а S1.
157
Рис. 4.4. Силовые характеристики кранцев:
1 - параболическая; 2 - линейная; 3 - логарифмическая; 4 - идеальная
Энергоемкость серийно изготовляемых кранцев определяется с помощью таблиц (см. табл. 3.15). Контактные давления, передаваемые кранцевым устройством на борт судна, натяжения в оболочке кранца и его проседание определяются расчетным путем. Количество кранцев и, необходимое для безопасной швартовки судна, рассчитывается по формуле п > Е/А .
Схема кранцевой защиты транспортного рефрижератора представлена на рис. 4.5. Швартовные пневматические кранцы располагают при работе горизонтально, вертикально, а иногда наклонно вдоль борта судна. Значительное повышение безопасности швартовных и грузовых операций достигается при применении плавучих кранцев диаметром 3 м и длиной б м, подвесных - диаметром 2 м.
Рис. 4.5. Схема кранцевой защиты борта транспортного рефрижератора:
1 - швартовный канат; 2 - кранец подвесной пневматический из двухтрех баллонов диаметром 0,96 м, 3 - кранец плавучий пневматический диаметром 2 м; 4 - кранец подвесной пневматический, состоящий из четырех-пяти баллонов диаметром 0,96 м; 5 - подъемник; 6 - междукранцевый канат 158
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Якорно-швартовные устройства являются одними из основных устройств судов, обеспечивающих их надежную и безопасную эксплуатацию, а также безопасность находящихся на борту людей. За последние годы эти устройства изменились, появился ряд новых элементов, изменились некоторые вопросы проектирования, конструирования- и расчетов. Вышли в свет Правила классификации и постройки морских судов Регистра судоходства Украины, поэтому пособие выполнило еще одну задачу - ознакомление студентов и инженеров с требованиями нового классификационного общества.
159
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Александров М.Н., Голиков В.И., Донченко М.В., Еганов А.Е.
Методические аспекты безопасности на море // Морские технологии: Сб. науч. тр. - Николаев: НКИ, 1993. - С.37-43.
2.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3
т. / Машиностроение. - 6-е изд., перераб. и доп. - М., 1982. -
Т.1.-736 с.
3.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3
т. / Машиностроение. - 6-е изд., перераб. и доп. - М., 1982. -
Т.2. - 584 с.
4.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3
т. / Машиностроение. - 6-е изд., перераб. и доп. - М., 1982. -
Т.3 . - 5 7 6 с.
5.Зайцев Ban.В. Оптимизация главных размерений судовгазовозов с цилиндрическими танками // Сб. науч.трудов НАН Украины. Ин-т математики. - Киев: НАН Украины, 1998. - Вып. "Физико-технические и технологические приложения математического моделирования". - С. 112-115.
6. Зайцев В. В., Еганов А.Е., Толышев Э.В. Техникоэкономические вопросы проектирования и строительства систем морской транспортировки газов: Учебное пособие. - Николаев: ЧП "И.А. Гудым", 2002. - 150 с.
7.Зайцев В.В., Коробанов Ю.Н., Жуков Ю.Д. Проектирование якорных и швартовных устройств (якорные устройства): Учебное пособие. - Николаев: НКИ, 1987. - 74 с.
8.Зайцев В.В., Коробанов Ю.Н., Жуков Ю.Д. Проектирование якорных и швартовных устройств (швартовные устройства): Учебное пособие. - Николаев: НКИ, 1988. - 77 с.
9.Зайцев В.В., Коробанов Ю.Н., Жуков Ю.Д. Проектирование якорных и швартовных устройств (якорные устройства): Учебное пособие. - 2-е изд., исправ., доп. - Николаев: НКИ, 1992. - 74 с.
10.Зайцев В.В., Коробанов Ю.Н., Жуков Ю.Д. Проектирование якорных и швартовных устройств (швартовные устройства): Учебное пособие. - 2-е изд., исправ., доп. - Николаев: НКИ, 1992. - 77 с.
11.Машиностроительные материалы: Краткий справочник / В.М.
Раскатов, B.C. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 511 с.
160