Якорно-швартовные устройства

2,4. Надежность якорной стоянки

Элементы проектируемого в соответствии с заданием якорного устройства должны обеспечивать надежную якорную стоянку, которая' чнрактеризуется следующими условиями:

а) суммарная держащая сила якорей и участка якорей цепи, нежащей на грунте, должна быть больше горизонтальной составляющей внешней силы R, действующей на судно;

б) действующая на якорь сила натяжения якорного каната должна Лмть приложена к якорной скобе горизонтально;

в) коэффициент запаса прочности якорной цепи должен быть не менее 5.

31

Величина аэро- и гидродинамических сил, воспринимаемых стоящим на якоре судном, зависит от скорости и направления ветра и течения, характеристик волнения, формы надводных и подводных частей корпуса судна, размеров и расположения надстроек, рубок и т.п.

Исходными данными для определения аэродинамических сил являются ветровые режимы вероятных районов якорных стоянок. В практических целях скорость ветра оценивают по шкале Бофорта, каждому баллу которой соответствуют определенные значения v. и

Изменение скорости ветра по высоте над уровнем моря связано с наличием над водной поверхностью некоторого слоя воздуха, средняя скорость которого равна нулю. Условная толщина такого слоя принимается равной z0 = 0,002, м. С учетом сил внутреннего трения воздуха скорость ветра на произвольной высоте над поверхностью моря вычисляется по формуле

v,(z) = v , ( 6 ) — ( 2 . 1 )

In—

Z„

32

К задании на курсовое проектирование скорость ветра задана на ui.il о re 6 м над уровнем моря. При определении аэродинамических сил, ••'Пггвующих на систему судно-якорь, необходимо по формуле (2.1) определить скорость ветра на следующих высотах над уровнем мори, м:

D-d

на половине высоты надводного борта судна z = — - — ;

h."

(l)-d)+—+^ihl, для каждого уровня z необходимо определить

2 ,«2

ыгльное давление р, а затем найти

±Р.

/-0

| иг /) - высота борта судна, м ; d - осадка, м; ht - высота первого яруса ийлстройки, м; А, - высота г-го яруса надстройки, начиная со второго «русл, м; и - количество ярусов надстройки на судне.

Исходными данными для определения гидродинамических сил апляются характеристики волнения и течения: высота волны 3%-й ипгснсченности й3%, м; средний период волнения хг , с; скорость шчеиия vT, м/с.

И настоящее время еще не существует достаточно точной и ипшсительно простой методики, позволяющей в общей постановке определять параметры движения заякоренного судна и усилия в •лгмситах якорного устройства. Поэтому в курсовом проекте при определении гидравлических сил необходимо учитывать только шлнную скорость течения vT.

Рассмотрим поведение стоящего на якоре судна и характер н-Ио гнующих на него сил.

Ilu судно, стоящее на якоре, действуют внешние силы, нПуеловленные течением Дт и ветром R„ а также реакция упругой якорной связи приложенная у якорного клюза (рис. 2.9,а). Судно при чтом совершает сложное движение, некоторые позиции которого оокп'шны на рис. 2.9,6.

33

Рис. 2.9. Схема распределения усилий, действующих на заякоренное судно:

а - вид сбоку; б - траектория движения судна стоящего на якоре;

Величину силы, вызванной течением R„ Н, находят по формуле

(2.2)

где £ - безразмерный коэффициент сопротивления, вычисляемый методами теории корабля; £i - площадь смоченной поверхности корпуса судна, м; р - массовая плотность морской воды, р = 1025 кг/м\ v, - скорость течения, м/с.

3.4

С учетом гипотезы о независимости друг от друга отдельных оплавляющих полного сопротивления можно записать:

нгчсния Л^.=йф=0. Сопротивление застопоренного гребного винта, Н, иЛычно определяется по эмпирической формуле

Д , . = 258,5 9Z5.42,

ше 8 - дисковое отношение гребного винта; D, - диаметр гребного пии та, м; vT - скорость течения, м/с.

Сопротивление проворачиваемого винта, Н,

Л „ = 5 0 6 Д Ч 2 .

Нсли в задании на курсовое проектирование не заданы дисковое

Гак как каждое из слагаемых выражения (2.3), кроме Д3.„ можно представить в виде (2.2), то

35

трения эквивалентной технически гладкой пластины, вычисляемый обычно по формуле Прандтля-Шлихтинга, ^ = 0,455/(lg Re)"8 ; здесь

учитывающий местную и общую шероховатость обшивки корпуса [для свежеокрашенного корпуса обычно принимают С,ш =(0,2...0,3)-КГ3, а для обросшего корпуса или спустя 6...8 месяцев после доковой очистки =(0,5...0,6)10"']; £„„ - коэффициент сопротивления, учитывающий наличие выступающих частей [для одновальных судов

Сила давления ветра на надводную часть корпуса судна, Н, при стоянке на одном якоре вычисляется по формуле

R . = KPtр (5бп sin а, + S m cosa,),

где А, = 0,8 - коэффициент воздушного сопротивления; рср - среднее давление ветра на пластину, расположенную перпендикулярно к его

проекций на диаметральную плоскость надстроек (с учетом палубных грузов) и надводной части корпуса, м2; 5Ф Н ( , 5ФК( - площади проекций тех же надстроек и надводной части корпуса на плоскость мидельшпангоута, м2; коэффициент 0,3 учитывает приближенно уменьшение скорости ветра у поверхности воды; а , - угол между направлением ветра и диаметральной плоскостью судна, принимаемый обычно равным 30°.

между линиями якорных канатов в плане, равный 30...60°.

Держащая сила якорного устройства Т,, Н, складывается из держащей силы якоря и держащей силы участка якорной цепи длиной /г, лежащего на фунте:

36

т, = kgM+lrmufg,

i дс к - коэффициент держащей силы якоря, принимаемый для якоря Холла равным 3,0...4,0; g = 9,8 - ускорение свободного падения, м/с2; \1 - масса якоря, кг; тг - линейная масса якорной цепи в воде, кг/м;

/коэффициент трения цепи о грунт.

Длину участка якорной цепи /„ лежащего на грунте, в курсовом проекте необходимо принимать в зависимости от глубины якорной ноянки h (при А<50м /г = 50 м; при А >50 м I, = 25 м). Линейная масса якорной цепи в воде, та =0,019а!2, где dn - калибр цепи, мм. Коэффициент трения якорной цепи о грунт с учетом присасывания к ipyrny в среднем для различных грунтов равен 1.

Первое условие надежной якорной стоянки выполняется, если 71 2 Я,. Второе условие надежной якорной стоянки будет выполнено, если принятая длина якорной цепи обеспечит такую стоянку, при которой на грунте будет находиться участок цепи /г в случае приложения к якорю силы R,.

Длина провисающего участка якорной цепи, м, удовлетворяющая пому условию,

| ле h - глубина якорной стоянки, принимаемая по заданию. Длина участка якорной цепи, лежащего на грунте,

I дс /о - полная длина якорной цепи для одного якоря с учетом якорной

икоренной смычек, м; / - длина провисающего участка цепи, м; длина участка якорной цепи от устройства для крепления и отдачи

ю|к-нного конца якорной цепи до бортовой обделки (раструба) мм>рного клюза, принимаемого в курсовом проекте:

/ , = y + Ll t +(150...200)du ,

37

Гр/7", > 5. Здесь Гр - разрывное усилие якорной цепи, Н, определенное по табл. 2.3 или по формулам п. 2.3; Г. - натяжение якорной цепи у клюза, равное Л, + magh, Н.

2.S, Якорные механизмы

В качестве якорных механизмов в настоящее время на судах морского флота используют брашпили, якорные или якорношвартовные шпили, якорные или якорно-швартовные лебедки, швартовные лебедки с брашпильными приставками (швартовные лебедки с блоком-звездочкой). При выборе типа якорного механизма для проектируемого якорного устройства необходимо учитывать его преимущества и недостатки, тип, назначение и размеры судна, площадь палубы, отводимой под якорно-швартовное устройство, загроможденность палубы, удобства эксплуатации и трудоемкость обслуживания, рациональную степень механизации и автоматизации, весогабаритные характеристики элементов якорного устройства, полноту носовой оконечности судна, наличие носового бульба, районы эксплуатации судна. Кроме того, необходимо учитывать специфику швартовного устройства. Поэтому целесообразнее выбирать якорные механизмы параллельно со швартовными.

При выборе типа якорного или якорно-швартовного механизма необходимо пользоваться следующими рекомендациями.

1. В зависимости от типа и назначения судна выяснить требуемую степень механизации и автоматизации швартовных операций. Если проектируется якорно-швартовное устройство для судна с быстро изменяющейся в процессе грузовых операций осадкой (контейнеровозы, лихтеровозы, навалочники, накатные суда), а следовательно, с быстро изменяющимися длинами швартовных канатов, то целесообразно устанавливать автоматические швартовные лебедки. Таким образом, при полностью автоматизированном швартовном устройстве, когда все швартовные канаты должны

38