2.3. Расчет общей продольной остойчивости.

Из «Информации об остойчивости судна «Андрей Бубнов» при перевозке навалочных грузов» в табл. «Гидростатический элемент» выбираем значение момента, дифферентующего на 1 см осадки МТС = 101 тм

По формуле

Мдиф1см = 0,01*(qДН/L)

находим продольную метацентрическую высоту Н.

Н = Мдиф1см*L / 0,01*q*Д = 101*110/0,01*9,81*4460 = 25,4 м

Для продольной прочности судна продольная метацентрическая высота должна быть не меньше Н = 25,4 м.

3. Контроль и обеспечение непотопляемости судна.

Непотопляемостью называют способность судна сохранять плаву­честь и необходимую остойчивость после затопления одного или не­скольких отсеков корпуса. Обеспечение непотопляемости является важнейшим условием безопасности плавания судна.

Характеристики непотопляемости судов нормируются Правилами Регистра. Судно признается удовлетворяющим требованиям непотоп­ляемости, если аварийная ватерлиния при затоплении расчетных отсе­ков ни в одной точке не пересекает предельную линию погружения, проведенную на бортах корпуса ниже кромки незакрытых отверстий на 75 мм.

Требования к остойчивости поврежденного судна считаются выпол­няемыми, если расчеты для случая затопления указанного числа отсе­ков покажут следующее:

·                   начальная метацентрическая высота в конечной стадии затопле­ния, определенная методом постоянного водоизмещения, составляет не менее 0,05 м;

·                   угол крена при этом без принятия мер по спрямлению не превышает 15°;

·                   аварийная ватерлиния на 300 мм проходит ниже отверстий в бор­тах или переборках;

·                   диаграмма статической остойчивости поврежденного судна имеет достаточную площадь участков с положительными плечами.

В период проектирования судна разрабатывают документ, содержа­щий информацию об аварийной остойчивости и посадке аварийного судна. Пользуясь ею, капитан в случае аварии имеет возможность оце­нить состояние поврежденного судна и принять необходимые меры по его спасению.

Непотопляемость судов обеспечивается прежде всего определен­ными конструктивными мероприятиями, а также грамотными действия­ми экипажа в аварийной ситуации. Так, при проектировании судна выбирают такую высоту непроницаемого надводного борта, при кото­рой обеспечиваются достаточные запасы плавучести и остойчивости.

Важнейший фактор, обеспечивающий непотопляемость судна, — разделение корпуса на отсеки прочными водонепроницаемыми перебор­ками. Разбивку на отсеки выполняют с учетом возможных поврежде­ний и влияния затопления каждого из отсеков на крен, дифферент и остойчивость судна. Объем любого отсека должен быть меньше запаса плавучести, а уменьшение остойчивости при затоплении отсека не должно сопровождаться опрокидыьанием судна. В процессе проекти­рования выполняют специальный расчет и строят кривую предельных длин отсеков, которая определяет максимально допустимое расстояние между водонепроницаемыми переборками. Число переборок должно удовлетворять требованию по их минимуму, обеспечивая при этом за­данные требования по сохранению мореходных качеств после затопле­ния части отсеков.

Иногда на крупных судах отсеки, ограниченные поперечными переборками, делят продольными водонепроницаемыми переборками. Однако наличие таких переборок может вызвать опасный крен судна после затопления отсека, ширина которого меньше ширины судна. Для ликвидации крена в подобных случаях разрабатывают систему затопле­ния отсеков, что позволяет при сохранении достаточной остойчивости спрямить судно.

Важное значение для сохранения мореходных качеств судна после затопления одного из отсеков имеют предупредительные организаци­онно-технические мероприятия, для выполнения которых личный со­став проходит специальную подготовку и тренировку. К таким меро­приятиям относятся: поддержание в процессе эксплуатации судна не­проницаемости наружной обшивки, палуб, переборок и сохранение гер­метичности люковых закрытий; сохранение необходимого запаса пла­вучести и остойчивости; содержание средств борьбы за живучесть в полной готовности к действию.

Борьба за непотопляемость судна обеспечивается быстрыми и точ­ными действиями экипажа согласно разработанным инструкциям и наставлениям.

Комплекс предупредительных мер по сох­ранению непотопляемости в случае аварии включает следующее.

1. Контроль остойчивости неповрежденно­го судна, которая должна быть достаточной для компенсации ее потерь, вызванных затоп­лением, и сохранения ее нормированного ава­рийного минимума. С этой целью при состав­лении исполнительного варианта каргоплана, а также в течение рейса нельзя допускать превышения предельного значения статического момента водоизмещения Мz приведенного в Информации об остойчивости и в Информации о непотопляемости.

2. Заблаговременную оценку с помощью Информации о непотопляемости степени обес­печения непотопляемости в конкретном рейсе и прежде всего выявление и фиксирование на доске нагрузки и остойчивости (оперативном планшете) одиночных отсеков, а также пар смежных отсеков, при затоплении которых в данном рейсе непотопляемость не обеспечена.

3. Обеспечение водонепроницаемости кор­пуса в процессе эксплуатации с целью преду­преждения поступления воды в отсеки и рас­пространения ее в смежные отсеки в случае затопления одного из них.

4. Обеспечение и поддержание постоянной и немедленной готовности экипажа и техниче­ских средств к борьбе за непотопляемость.

В Информации о непотопляемости для каждого варианта затопления приведены кон­кретные меры. Наряду с этим может возник­нуть возможность и необходимость использо­вать и другие общие меры из приведенного ниже перечня.

Меры по сохранению аварийной остойчи­вости и плавучести:

а) предотвращение поступления забортной воды в неповрежденные помещения при крене, дифференте и при качке путем закрытие всех иллюминаторов, люков, дверей и других от­верстий, за исключением используемых в борь­бе за живучесть судна;

б) снижение интенсивности поступления воды в поврежденные отсеки путем соответст­вующего маневрирования судном при данных гидрометеорологических условиях;

в) предотвращение поступления воды из поврежденных отсеков в смежные помещения через отверстия в переборках и сварные швы;

г) откачка фильтрационной воды из непо­врежденных отсеков;

д) подкрепление деформированных пере­борок, находящихся под аварийным напором воды;

е) заделка пробоины и откачка воды из поврежденных отсеков при первой возмож­ности;

ж) контроль за состоянием отсеков, смеж­ных с аварийным.

Меры по повышению аварийной остойчи­вости:

а) откачка жидких грузов из высокораспо­ложенных неповрежденных танков и цистерн;

б) прием водяного балласта в низкорас­положенные цистерны (при достаточном запасе аварийной плавучести);

в) быстрое удаление воды с палуб судна;

г) удаление льда с палуб и надстроек;

д) удаление груза с верхних палуб (в са­мых крайних случаях).

Меры по повышению аварийной плаву­чести:

а) откатка воды из неповрежденных тан­ков и цистерн. При недостаточной аварийной остойчивости или недопустимом ее снижении такая откатка разрешается только из цистерн, расположенных выше ЦТ судна;

б) осушение затопленных отсеков после заделки пробоин.

Меры по спрямлению и удифферентовке судна:

а) перекачка жидких грузов в цистерны, наиболее удаленные от района повреждения, или прием в них жидкого балласта;

б) откатка жидких грузов из цистерн, рас­положенных вблизи района повреждения, если это позволяет остойчивость;

в) перекачка жидких грузов из цистерн поврежденного борта в цистерны неповрежденного борта или балластировка последних.

Меры по повышению (частичному восста­новлению) аварийной остойчивости и плаву­чести:

а) меры по повышению остойчивости должны предшествовать мерам по спрямлению судна, это особенно важно в тех случаях, когда начальная метацентрическая высота от­рицательна или близка к нулю;

б) следует всегда помнить, что крен после аварии может быть вызван отрицательной на­чальной остойчивостью или несимметрией за­топления относительно диаметральной пло­скости.

При отрицательной начальной остойчиво­сти совершенно недопустимо спрямление судна контрзатоплением отсеков противоположного борта, так как это может привести к перевали­ванию и опрокидыванию судна через противо­положный борт. В таких случаях крен следует уменьшать исключительно восстановлением остойчивости путем затопления или осушения только симметричных относительно ДП от­секов;

в) принципиально важно оценить знак на­чальной остойчивости до принятия мер по вос­становлению остойчивости и плавучести. Для этого значение, начальной метацентрической высоты h должно быть оценено заранее на ос­нове данных Информации и оперативного планшета. Свидетельством отрицательной на­чальной остойчивости после затопления могут быть следующие характерные признаки:

появление крена при точно установленном симметричном относительно ДП затоплении;

переваливание с борта на борт под воздей­ствием случайных причин (перекладки руля на ходу, волнения и т. д.);

наличие крена, противоположного вызван­ному несимметрией затопления;

большие количества фильтрационной воды в отсеках и в помещениях судна при пустых днищевых отсеках.

При восстановлении остойчивости и спрям­лении судна цистерны должны заполняться и осушаться полностью; манипуляции по приему балласта при перекачке необходимо произво­дить одновременно только с одной парой ци­стерн; крен и дифферент следует уменьшать не сразу, а по этапам.

Основной документ по непотопляемости — Оперативная информация о непотопляемости судна (ОИ), которая дает возможность решать задачи трех типов:

·                   заранее на стадии составления каргоплана дать ограничения или рекомендации по обеспе­чению аварийной посадки и остойчивости в данном рейсе;

·                   заранее или на любом этапе рейса опре­делить и оценить аварийную посадку и остой­чивость при затоплении одного или группы отсеков, выделить (по обоснованным призна­кам) те тяжелые случаи повреждения и затоп­ления отсеков, в которых судно обречено и борьба за его спасение становится бессмыс­ленной;

·                   в зависимости от полученной оценки ава­рийного состояния дать для каждого случая затопления конкретные рекомендации по пер­воочередным мерам борьбы за спасение судна и по срочным мерам для спасения экипажа в случае, если судно обречено.

Следует помнить, что только Оператив­ная информация, составленная достаточно полно для конкретного судна, позволяет наи­более точно определить аварийную посадку и остойчивость судна. При отсутствии Информа­ции или при устаревших ее формах для грубой оценки состояния судна при затоплении единич­ного отсека могут быть использованы прибли­женные формулы (табл. формул), полученные ме­тодом постоянного водоизмещения при за­топлении отсеков трех категорий:

1) отсек затоплен полностью и объем воды в нем не зависит от того, сообщается он с забортной водой или нет;

2) отсек затоплен не полностью и не со­общается с забортной водой;

3) отсек затоплен не полностью и сообща­ется с забортной водой.

В формулах (см. табл. формул) приняты сле­дующие обозначения:

относящиеся к состоянию судна до затоп­ления отсека:

s0 — объемное водоизмещение судна. м3;

S, xf —площадь (м2) и абсцисса ЦТ пло­щади ватерлинии, м;

h, H—поперечная и продольная началь­ные метацентрическне высоты судна, м;

d, d H, dK—осадки (углубления) при ЦТ ва­терлинии и при носовом и кормо­вых перпендикулярах, м;

L — длина судна между перпендикуля­рами, м;

относящиеся к затопленному отсеку:

V — объем воды в затопленном отсеке, а для отсека 3-й категории — объем воды в затопленном отсеке по первоначальную ватерлинию до за­топления отсека, м3;

х, у, z — координаты ЦТ объема V, м;

s -- потерянная площадь ватерлинии, т. е. площадь поверхности воды в затопленном отсеке на уровне первоначальной ватерлинии до за­топления отсека, м2:;

xs, уs, — координаты ЦТ потерянной пло­щади ватерлинии, м;

isx, isy — собственные моменты инерции по­терянной площади ватерлинии от­носительно осей, параллельных ко­ординатным, м4;

ix, iv — собственные моменты инерции свободной поверхности воды в за­топленном отсеке относительно осей, параллельных координат­ным, м';

относящиеся только к случаю затопления отсека 3-й категории:

S' — действующая площадь ватерли­нии, которую судно имело до за­топления отсека, м2;

х'f, у'f — координаты ЦТ действующей пло­щади ватерлинии S', м;

ipx, ipy— потерянные моменты инерции пло­щади ватерлинии, м4;

d'—осадка (углубление) судна при ЦТ действующей площади ватер­линии S, м.

Посадку судна и изменение его остойчивости при затоплении отсека полностью, как может быть при затоплении междудонного пространст­ва, оценивают по методу начальной остойчивости, используя все зави­симости из задачи о приеме груза.

Для оценки посадки и остойчивости судна при затоплении отсека, сообщающегося с забортной водой, но не заполняемого полностью,

удобнее пользоваться методом по­стоянного водоизмещения. Суть ме­тода состоит в том, что заполнен­ный водой отсек исключают при оп­ределении элементов плавучести, а масса судна остается неизменной. Для решения задачи зададим эле­менты затопленного отсека (рис.11):

S0T — площадь затопленного отсека ( потерянная площадь ватерлинии), м2;

Jx, Jy — моменты инерции потерянной площади относительно продольной и по­перечной осей, м4;

х, у, z — координаты ЦТ затопленного отсека, м.

Рис. 11. Затопление отсека III кате­гории

Тогда изменение средней осадки судна после затопления отсека

DT = (r Va) / r(S – Sот) = Va / S - Sот

где r — плотность воды, т/м3;

V3 — объем затопленного отсека, м3;

S — пло­щадь действующей ватерлинии, м2.

Осадки носом и кормой после затопления отсека

Тн, к = Т + DT + (L/2)tgy

Изменение поперечной метацентрической высоты определяется из­менением метацентрического радиуса и аппликаты ЦВ:

Dhm = Dr + Dzc

Метацентрический радиус изменяется в связи с уменьшением мо­мента инерции площади ватерлинии на размер площади затопленного отсека:

Dr = DJx/V = - (Jx + Sотy2)/V

где Jx — момент инерции площади первоначальной ватерлинии, м4;

V — объемное водоизмещение судна, м3.

Таблица формул для расчета аварийной остойчивости и посадки судна при затоплении одиночного отсека.

4. Качка и безопасное штормование судов.

Качкой называют сложное колебательное движение, которое судно может совершать как твердое тело при плавании на спокойной или взволнованной поверхности воды. Возможность колебательного про­цесса определяется наличием сил или моментов, оказывающих сопро­тивление перемещениям и стремящихся возвратить судно в исходное положение.

Под действием возмущающей силы судно может иметь шесть воз­можных видов перемещений: три поступательных в направлении осей х, у, z и три колебательных вокруг этих осей. Однако только три из них могут иметь колебательный характер. Вертикальные колебания (сила действует в направлении оси z), приводящие к периодическим по­гружениям и всплытиям, называют вертикальной качкой. Колебания вокруг оси у, вызывающие наклонения с борта на борт, называют бор­товой качкой (переменный крен). Колебания вокруг оси х, вызываю­щие продольные наклонения, называют килевой качкой (переменный дифферент).

Сила в направлении оси х вызывает ускорение или торможение дви­жения, а сила в направлении оси у— боковое смещение (дрейф). Мо­мент вокруг оси z вызывает лишь отклонение от курса.

Колебания судна обычно происходят одновременно, но их раздель­ное изучение облегчает задачу, а результирующее перемещение, оп­ределяющее положение судна относительно воды, может быть полу­чено суммированием результатов.

Характеристиками колебательного процесса являются:

амплитуда качки — наибольшее отклонение судна от положения равновесия;

размах качки — полное перемещение от одного крайнего положе­ния до другого (сумма двух амплитуд следующих друг за другом коле­баний);

частота качки w — число полных колебаний судна за время 2nt;

период качки t — интервал времени между двумя последователь­ными колебаниями отклонений судна в одном и том же направлении (два размаха), t = 2p/w;

коэффициент динамичности качки — отношение амплитуды кач­ки к амплитуде волны, отражающее реакцию судна на воздействие ре­гулярных волн.

Если возмущающая сила приложена однократно, то колебательный процесс под действием сопротивления быстро затухает. Амплитуда максимального отклонения зависит от значения приложенной силы и характеристик судна, а частота или период качки — только от ха­рактеристик судна. Поэтому такие колебания называют собственными, или свободными.

Наиболее важным параметром качки является частота, которая при совпадении с частотами действующих сил может привести к резо­нансным колебаниям и значительному, иногда многократному, увеличе­нию амплитуды. Обеспечение плавания без попадания в условия резо­нансных колебаний возлагается на судоводителя. При отсутствии рас­четных данных с достаточной точностью период свободной бортовой качки может быть определен по формулe

tq = Kk (B/h1/2m) (1)

где Kk — размерный коэффициент (принимают Kk = 0,83-:-0,86 с/м для пассажирских судов, 0,75-:-0,85 с/м для грузовых судов и 0,62-:-0,72 с/м для буксиров; большие значения коэффициента относятся к порожнему судну, меньшие — к груженому);

В — ширина судна, м;

hm — малая метацентрическая высота, м.

Из формулы (1) видно, что чем меньше метацентрическая высота, тем больше период качки, а следовательно, плавнее качка. Поэтому в процессе проектирования и эксплуатации судна стремятся к тому, что­бы его метацентрическая высота имела минимальное значение, обе­спечивающее безопасность мореплавания.

Периоды свободной килевой и вертикальной качки одинаковы и приближенно могут быть определены:

ty = tверт – (2,7-:-3)Т

где Т — осадка судна, м.

Связь между периодом бортовой качки и метацентрической высотой позволяет заметить, что при увеличении остойчивости (hm возрастает) снижается плавность качки (tq убывает), т. е. возрастает частота коле­баний w.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5