Остойчивость судна во время рейса п. Самара – п. Кавказ

Содержание Введение

1. Понятие об остойчивости и дифферентовке судна

1.1 Тип судна

1.2 Остойчивость и дифферентовка судна

2. Расчет остойчивости и дифферентовка неповрежденного судна

3. Судно после повреждения

3.1 Оценка состояния аварийного судна

3.2 Расчет остойчивости и дифферентовка поврежденного судна

4. Мероприятия по спрямлению судна и восстановлению остойчивости Заключение Список используемой литературы

остойчивойсть дифферентовка судно спрямление

В результате проработки данной дипломной работы необходимо научиться пользоваться судовой документацией, которая относится к остойчивости данного типа судна. Так же необходимо научиться определять остойчиво судно с грузом, с порожним и с затопленным каким-либо отсеком, согласно требованиям «Правил Речного Регистра», предъявляемых данному типу судна.

Цель данной дипломной работы заключается в том, чтобы рассчитать остойчивость судна в данном рейсе. Так же необходимо рассчитать, как поведет себя судно во время затопления условной пробоины, относящейся к отсеку первой, второй и третьей категории.

Научиться спрямлять судно контрзатоплением и определять остойчивость судна во время спрямления, опасно такое затопление для судна в начальный и конечный период спрямления.

Необходимую информацию по данному судну следует брать из «Информации об остойчивости и аварийной остойчивости» данного типа судна, которая находится у капитана.

1. Понятие об остойчивости и дифферентовке судна

1.1 Тип судна

Танкер «Волгонефть-267»

Габаритные размеры судна:

L=132,6 м В=16,9 м Н=5,5

Коэффициенты даны при осадке по летнюю грузовую марку д=0,846

б=0,903

в=0,999

Груз: сырая нефть Порт отправления: Самара Порт назначения: Кавказ р-н якорной стоянки № 451

Схема грузовых танков и балластных цистерн

1.2 Остойчивость и дифферентовка судна

Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения равновесия под воздействием внешних сил, снова к нему возвращаться после прекращения этого воздействия.

Различают статическую остойчивость при медленных наклонениях, когда силами инерции и сопротивления воды можно пренебречь, и динамическую остойчивость при быстрых наклонениях, когда необходимо учитывать действие сил инерции и сопротивления воды.

Нормы Регистра СССР регламентируют значения максимального плеча остойчивости l_max, угла максимума диаграммы _m и угла заката _v. Перпендикуляр к оси абсцисс, восстановленный из точки =57,3° до пересечения с касательной к начальному участку диаграммы, представляет собой метацентрическую высоту.

Изменение возвышения ЦТ над ЦВ при накренении судна называется плечом динамической остойчивости l_d. Зависимость между и l_d, изображенная графически, называется диаграммой динамической остойчивости.

Диаграммы статической и динамической остойчивости взаимозависимы и могут преобразовываться одна в другую.

Точка перегиба диаграммы динамической остойчивости соответствует максимуму диаграммы статической остойчивости, а положение l_dmax соответствует точке заката диаграммы статической остойчивости.

Построив касательную к какой-либо точке диаграммы динамической остойчивости, соответствующей данному углу крена, проведя через эту же точку горизонтальную линию, равную 57,3°, и восстановив перпендикуляр из конца этого отрезка до пересечения с касательной, получаем плечо статической остойчивости для этого же угла, равное длине перпендикуляра.

Информация об остойчивости для капитана судна разрабатывается проектантом при постройке или модернизации судна. После одобрения Регистром СССР становится нормативным документом для повседневной деятельности при эксплуатации судна.

Целью снабжения судов Информацией об остойчивости является помощь капитану и контролирующим организациям в поддержании достаточной остойчивости в эксплуатации, а также в случаях, когда судно вынужденно окажется в условиях более тяжелых, чем предусмотрено Правилами Регистра СССР. Формальное соблюдение указаний Информации не освобождает капитана от ответственности за остойчивость судна. Содержание, форма и объем Информации выбираются наиболее рационально исходя из типоразмера и назначения судов. Информация составляется на основании материалов опыта кренования и сгруппирована в четырех частях.

1. Общая часть. Приводятся основные данные по судну: тип и назначение, район плавания и ограничения, если они имеются, главные размерения, водоизмещение и координаты Z_g и X_g судна порожнем. Приводится общая характеристика остойчивости и рекомендации по ее поддержанию, указываются нормативные величины показателей остойчивости по основному критерию К., углу максимума диаграммы статической остойчивости _max, максимальному плечу диаграммы l_max, пределу положительной статической остойчивости (закат диаграммы) _зак начальной метацентрической высоте. Даются указания по расходованию жидких грузов и учету влияния их свободных поверхностей.

2. Остойчивость при типовых случаях загрузки. Данные по типовым случаям загрузки приводятся в форме расчетных бланков, на которых помещается схема размещения грузов и запасов (грузовой план), с указанием данных об осадке судна, расчетные таблицы с подсчетом масс данного случая, методика расчета нормативов остойчивости, диаграммы статической и динамической остойчивости. Каждый типовой случай загрузки снабжается пояснительным текстом.

3. Материалы для самостоятельных расчетов. Приводятся данные, позволяющие с минимальной затратой времени достаточно точно определить соответствие фактической остойчивости установленным нормативам. Для этой цели в третьей части Информации помещены бланки для расчетов, диаграмма максимальных допустимых статических моментов в зависимости от водоизмещения, дедвейта или осадки судна, при которых удовлетворяются требования по остойчивости. При этом диаграмма имеет несколько предельных кривых для различных случаев эксплуатации (без обледенения, с обледенением, при обычном грузе, при лесном грузе и т. д.).

В этой части имеются также вспомогательные справочные материалы и методические указания по производству самостоятельных расчетов при вариантах, не предусмотренных типовыми случаями загрузки. Практически такие расчеты производятся на каждый рейс, если речь не идет об однородном грузе.

4. Материалы сравнения по нормативам. Предназначены для более точного определения всех показателей остойчивости и посадки судна при нетиповых случаях загрузки судна, когда его остойчивость может оказаться на пределе. Такими материалами служат: универсальная диаграмма статической остойчивости, сводная диаграмма нормативных показателей (семейство кривых допустимых значений К., h, l_max, _max, _зак), диаграмма дифферентующих моментов (для определения посадки судна), данные по углу заливания и некоторые другие в зависимости от типа судна.

Конвенция СОЛАС-74 требует, чтобы капитан судна был снабжен сведениями, необходимыми для поддержания в условиях эксплуатации остойчивости неповрежденного судна, достаточной для того, чтобы оно могло выдержать самое опасное повреждение. При всех условиях эксплуатации остойчивость неповрежденного судна должна позволять выдерживать конечную стадию затопления одного (двух, трех в зависимости от индекса деления на отсеки) любого отсека. При расчетах принимаются следующие размеры повреждения: длина пробоины — 3 м плюс 3% длины судна или 11 м, смотря по тому, что меньше; глубина пробоины — 1/5 ширины судна; высота — от основной плоскости неограниченно вверх. Несимметричность затопления (относительно ДП) должна быть сведена к минимуму. Конечное состояние судна после повреждения и в случае несимметричного затопления после принятия мер по спрямлению должно отвечать следующим условиям:

в случае симметричного затопления после аварии остаточная метацентрическая высота должна быть всегда положительной и не менее 0,05 м;

в случае несимметричного затопления общий угол крена не должен превышать 7°. В особых условиях с разрешения Регистра Союза ССР угол крена может быть до 15°;

предельная линия погружения в конечной стадии затопления ни в коем случае не должна оказаться под водой.

Для оценки состояния аварийного судна должна быть Информация о непотопляемости, разрабатываемая на уровне проектных организаций и одобренная Регистром СССР. Информация о непотопляемости структурно аналогична информации об остойчивости с той разницей, что здесь даны варианты затопления последовательно всех отсеков, приведены данные по коэффициентам проницаемости отсеков, параметры остаточной плавучести и остойчивости, аварийной посадки и мероприятия по спрямлению судна.

Под коэффициентом проницаемости отсека µ понимается отношение объема влившейся воды по заданный уровень к полному теоретическому объему отсека по этот же уровень. Например, принимается, что µ равен:

машинные помещения — 0,85; жилые помещения — 0,95;

пустые танки и трюмы — 0,98; трюмы с генгрузом — 0,60;

трюмы с лесом — 0,35.

Понятно, что у одного и того же судна коэффициент проницаемости может меняться в зависимости от рода груза, степени заполнения помещения грузом или запасами. Понятно также, что практически невозможно дать все возможные варианты затопления и аварийной посадки и остойчивости. Поэтому Информация о непотопляемости дает наиболее неблагоприятные случаи затопления с точки зрения сохранения мореходности (остойчивости и плавучести). Это сделано потому, что все остальные случаи будут легче. Типовые случаи, приведенные в Информации о непотопляемости, рассчитываются на полный груз, включая палубный, на 100; 60 и 10% запасов и несимметричное затопление. Несимметричность берется относительно ДП. Принимается, что грузовые помещения заполнены полностью или близко к этому генеральным или навалочным грузом, кроме руды.

Особый случай представляет собой перевозка грузов с малым удельным погрузочным объемом (0,2—1,0 м³/т). У неповрежденного судна этот случай влечет за собой избыточную остойчивость. Избыточная остойчивость порождает большие инерционные силы на качке, которые являются причиной смещения значительных масс груза и, следовательно, возникновения больших постоянных кренящих моментов, что в свою очередь является непосредственной угрозой опрокидывания судна. В случае аварийного затопления трюма, загруженного тяжелым грузом (металл, камень, руда и т. д.), увеличивается коэффициент проницаемости µ, а это в свою очередь влечет за собой увеличение количества принятой в трюм воды при наличии пробоины и, как следствие, худшую аварийную посадку с точки зрения запаса плавучести, чем в случае перевозки генерального груза. Это вызывает необходимость иметь готовые расчеты на такого рода загрузки. Такие расчеты имеются на каждом судне в виде дополнения к Информации об остойчивости, выделенного в отдельную часть. Это дополнение называется «Перевозка грузов с малым удельным погрузочным объемом». Дополнение состоит из двух частей.

Часть I. Типовые эксплуатационные случаи перевозки груза с малым удельным погрузочным объемом для разных его значений. Структурно аналогична основной Информации об остойчивости с той разницей, что в данном случае нормируется еще и верхний предел остойчивости.

Часть II. Информация о непотопляемости при перевозке такого рода грузов.

Кренование — надежный способ определения метацентрической высоты. Оно производится в тихую погоду у причала. Как исключение допускается кренование при стоянке на якоре. В этом случае из водоизмещения исключаются массы якоря и якорной цепи, лежащей на грунте.

У причала судно удерживается двумя продольными швартовами, которые потравливаются перед производством отсчетов, трап убирается. Судно не должно касаться причала, грунта или другого судна. Танки должны быть пустыми или запрессованными.

Масса твердого балласта для кренования должна составлять 0,5—1% водоизмещения. Допускается кренование забортной водой, принимаемой в балластные танки. Возможно кренование с помощью тяжеловеса, вынесенного стрелой за борт судна или расположенного на палубе у борта.

Накренение судна проще всего фиксировать с помощью небольшого груза, подвешенного на нити диаметром около 0,5 мм или на проволоке диаметром около 0,25 мм. На больших судах длина нити (проволоки 4−6 м, на малых—не менее 1,5 м. Во время наблюдений для быстрейшего затухания колебаний груз помещают в сосуд с водой или маслом. Таких весков устанавливают не менее двух в разных местах судна.

Для отсчетов углов крена в нижней части веска перпендикулярно нити прикрепляют линейку так, чтобы нить ее не касалась.

После накренения судна, когда амплитуды колебаний веска станут менее 1 см, не дожидаясь полного затухания колебаний, записывают отклонения веска вправо и влево для нескольких качаний и вычисляют среднее арифметическое значение отклонения. При наибольшем крене судна отклонение веска от среднего положения должно быть не менее 15 см.

Метацентрическая высота

h=57,3mb/(Ди), (1)

где т — масса балласта, т;

b — плечо перемещения балласта, м.

Угол крена

tgи=k/l, (2)

где k—отклонение веска от среднего положения, выраженное в единицах длины веска;

l — длина веска от точки подвеса до шкалы.

Угол крена можно измерить также с помощью двух стеклянных трубок, нижние концы которых соединены резиновой трубкой длиной, примерно равной ширине судна. Длина стеклянных трубок около 1 м. Трубки устанавливают вертикально и заполняют водой. Угол крена рассчитывают по формуле 2, где k— изменение уровня воды в трубке после накренения судна, а l —половина расстояний между трубками.

2. Расчет остойчивости и дифферентовка неповрежденного судна Остойчивость данного типа судна рассчитывается по формулам, которые приведены ниже:

Дифферент данного типа судна рассчитаем как осадку носом и кормой, откуда сразу будет видно разницу осадок в сантиметрах. Зная количество тонн на 1 сантиметр осадки можем выравнивать судно и загрузить на данную осадку.

L_ст=L_ср-(Z_g?smQ)-(М_ст/D), h_m=z_m-z_g, z_g= (M_z+M_?min)/D,

где

L_формы — плечо формы (м), берется из «Информации об остойчивости для капитана» (табл. 13).

L_ст — плечо статической остойчивости, м.

d_cр — средняя осадка при данном водоизмещении (табл. 12).

h — поперечная метацентрическая высота, м.

z_m — возвышение метоцентра над килем, м (табл. 12).

z_g — возвышение центра тяжести над килем, м.

x_c — абсцисса ЦВ, м (табл. 12).

МТС — момент дифферентующий судно на 1 см (табл. 12).

x_f — абсцисса ЦТ площади ватерлинии, м (табл. 12).

М_z — сумма моментов нагрузок относительно оси OZ, тм.

M_?min — сумма моментов свободных поверхностей, тм.

128,6 — расчетная длина судна, м.

М_ст — суммарный статический момент при крене (табл. 14).

Дифферент М_диф= М_х-(D-X_c)

t= М_диф/(100· МТС)

d_н= d_cр+ t (0,5-X_f/128,6)

d_k = d_cр + t (0,5+X_f/128,6)

d_мид= 0,5· (d_н+d_к)

Угол крена

Все расчеты приведены ниже в таблицах 1−3.

На основании данных расчетов (табл.2) строим график статической и динамической остойчивости (рис. 6) и оцениваем остойчиво судно или нет согласно требованиям «Правил Речного Регистра» предъявляемых к судну типа «Волгонефть»:

1. Метацентрическая высота с учетом поправки на свободные поверхности h не менее 0,15 м.

2. Диаграмма статической остойчивости должна иметь максимальное плечо l_max не менее 0,2 м, при угле и_m не менее 25є.

3. Диаграмма статической остойчивости должна иметь протяженность (угол заката) и не менее 50є.

Таблица 1

Весовые нагрузки судна в грузу

Таблица 2

Расчет плеч статической остойчивости

Таблица 3

Расчет метацентрической высоты и дифферента судна

3. Судно после повреждения

3.1 Оценка состояния аварийного судна Оценка состояния аварийного судна определяется по основным характеристикам — плавучести, остойчивости, общей продольной прочности и местной прочности водонепроницаемых перекрытий (в основном переборок). Одни из этих характеристик поддаются количественному анализу, другие (например, прочность водонепроницаемых переборок) нет.

Плавучесть. При проектировании судна ему назначается надводный борт по методике, принятой Международной конвенцией о грузовой марке 1966 г. и Правилами Регистра СССР. Величина надводного борта является критерием запаса плавучести судна. Эта величина зависит от назначения и размеров судна, а также от сезона и района плавания. Величина минимально допустимого надводного борта фиксируется знаком грузовой марки и определяет полную грузоподъемность судна и его мореходность. Если бы можно было быть уверенным в том, что никогда, ни при каких обстоятельствах не произойдет фильтрации воды внутрь корпуса, можно было бы значительно увеличить грузоподъемность судна за счет уменьшения надводного борта, сохранив при этом положительную плавучесть. Увеличение грузоподъемности могло бы составить до 50%. Однако поскольку такой уверенности нет и быть не может, величина назначенного судну надводного борта представляет аварийный запас плавучести, обеспечивающий судну остаточную положительную плавучесть при затоплении, по крайней мере, одного отсека. Таким образом, принцип деления на отсеки и назначение величины надводного борта взаимоувязаны самым тесным образом при проектировании судна. Согласно нормативам Конвенций СОЛАС-74 судно должно быть спроектировано так, чтобы при наихудшем варианте затопления любого из отсеков надводный борт ни в какой точке не был бы менее 76 мм. Это достигается конструктивным устройством и расположением водонепроницаемых перекрытий — продольных и поперечных переборок, палуб, междудонных и диптанковых перегородок.

Мировая статистика катастроф на море свидетельствует, что от потери плавучести в чистом виде гибнет весьма незначительное число судов.

Остойчивость. Если в отношении плавучести затопление любого отсека влечет за собой ее уменьшение, то в отношении остойчивости этого однозначно определить нельзя без рассмотрения того, какой отсек и как именно он, был затоплен. В одном случае остойчивость ухудшается, в другом — остается неизменной, в третьем — улучшается. С этой точки зрения затопленные отсеки делятся на три категории.

Отсек, первой категории — отсек, затопленный полностью независимо от того, сообщается он через пробоину с забортной водой или нет. Основной характерной особенностью и принципиальным отличием такого отсека от других является отсутствие в нем свободной поверхности жидкости, которая имеет решающее влияние на остойчивость. Затопление отсека первой категории равносильно приему твердого груза, и если координаты, центра тяжести объема воды в отсеке лежат ниже нейтральной плоскости (иными словами — в пределах подводной части судна), то в этом случае остойчивость судна улучшается. Влияние затопления отсека первой категории на посадку и остойчивость описывается уравнениями из теории корабля:

где дh — изменение поперечной метацентрической высоты в результате затопления отсека;

дН — изменение продольной метацентрической высоты в результате затопления отсека;

v — объем затопленного отсека;

Vобъемное водоизмещение судна до затопления;

Т — средняя осадка до затопления;

дТ — приращение средней осадки в результате затопления отсека;

х, у, z — координаты центра тяжести затопленного отсека;

Х_F — координата центра тяжести площади ватерлинии до затопления отсека;

L — длина между перпендикулярами;

— углы крена и дифферента соответственно;

дТ_н, дТ_к — приращение осадки носом и кормой в результате затопления соответственно;

h₁,H₁ — поперечная и продольная метацентрические высоты после затопления отсека соответственно.

Из анализа приведенных уравнений следует, что

дh>0, если z<T + - остойчивость увеличивается;

дh=0, если z=T + - остойчивость не изменяется;

дh<0, если z>T + - остойчивость уменьшается.

Уравнение z=T + , является уравнением нейтральной плоскости относительно основной, а выражение показывает отстояние нейтральной плоскости от плоскости действующей ватерлинии. Нейтральная плоскость, как правило, в подавляющем большинстве случаев находится ниже действующей ватерлинии, но могут быть случаи, когда она будет выше. Численное значение величины весьма незначительно, а это означает, что практически нейтральная плоскость совпадает с плоскостью действующей ватерлинии. Поскольку не существует естественного варианта затопления отсека первой категории, при котором его центр тяжести находился бы выше или на уровне действующей ватерлинии, то затопление такого отсека в любом случае остойчивость улучшает.

Отсек, второй категории — затопляемый частично, имеющий свободную поверхность жидкости и не сообщающийся с забортной водой. Такое затопление может иметь место при намеренном частичном затоплении отсека либо в случае фильтрации воды из других отсеков. Затопление отсека второй категории равносильно приему жидкого груза, имеющего свободную поверхность. Изменение остойчивости при этом описывается формулой теории корабля:

(3)

где дh — приращение метацентрической высоты от влияния свободной поверхности жидкости;

г_ж — удельный вес жидкости;

i_x — собственный центральный момент инерции свободной поверхности жидкости относительно своей продольной оси;

гудельный вес забортной воды;

V — объемное водоизмещение до затопления.

В данном случае речь идет о затоплении отсека забортной водой,

когда г_ж =г, формула (3) при этих условиях получает вид:

(4) (5)

где l — длина затопленного отсека;

b — ширина затопленного отсека;

k — коэффициент, зависящий от формы поверхности жидкости, определяемый согласно рис. 1.

Используя формулы (4) и (5) в окончательном виде, можем написать

(6)

Формула (6) показывает влияние свободной поверхности жидкости на остойчивость при затоплении отсека второй категории.

Из этой формулы следует два важных вывода.

1. Знак минус свидетельствует о том, что при затоплении отсека второй категории остойчивость судна всегда уменьшается.

2. Уменьшение остойчивости не зависит от количества воды в отсеке, так как в формуле (6) отсутствуют массовые и объемные характеристики воды, влившейся в отсек.

Разделение отсека продольными водонепроницаемыми переборками на п равных отсеков уменьшает потерю остойчивости от влияния свободных поверхностей в n² раз, т. е.

(7)

На основании формулы (7) устанавливаются шифтингбордсы при перевозке зерна и разделяются танки продольными переборками на танкерах значительной ширины.

Следует иметь в виду, что возможны случаи, когда влияние свободной поверхности жидкости приводит к так называемой недейственной потере остойчивости, которую можно не учитывать ввиду крайней малости и кратковременности ее влияния. Это возможно при наличии очень тонкого слоя жидкости в отсеке или когда он заполнен почти полностью. В этих случаях влияние свободной поверхности жидкости имеет место только в пределах весьма малого угла крена и_пред, а затем по мере нарастания крена идет стремительное сокращение площади свободной поверхности, и, следовательно, дh. Считается, что свободная поверхность жидкости в отсеке, заполненном на 5% и менее и на 95% объема и более, не оказывает влияния на остойчивость и в первом случае отсек считается пустым, во втором — заполненным полностью.

Рис. 1. Значение коэффициента k

Рис. 2. Изменение коэффициента остойчивости судна при затоплении отсека второй категории Характер изменения остойчивости при затоплении отсека второй категории показывает диаграмма на рис. 2, где .

Из анализа диаграммы можно сделать следующие выводы.

1. Максимальное падение остойчивости имеет место в начальный момент затопления, что объясняется влиянием свободной поверхности.

2. При дальнейшем затоплении наблюдается устойчивое возрастание остойчивости, могущее даже превысить первоначальный показатель D_oh_o, что объясняется влиянием возрастающей массы воды и понижением общего центра тяжести судна Z_g при неизменномили уменьшающемся влиянии свободной поверхности за счет уменьшения угла крена.

3. У длинных отсеков от влияния свободной поверхности идет более стремительная в динамике и более значительная по величине потеря остойчивости, чем у коротких, но в дальнейшем длинные отсеки быстрее восстанавливают утраченную остойчивость (показатель л).

4. Остойчивость узких судов при затоплении отсека второй категории по всем показателям лучше, чем широких (показатель).

Отсек третьей категории — затопленный частично и сообщающийся с забортной водой через пробоину. В двух предыдущих случаях оценка и расчет остойчивости и посадки после затопления велись методом приема груза. При затоплении отсека третьей категории такие, расчеты производятся методом постоянного водоизмещения. Это означает, что затопленный отсек исключается из плавучего объема судна и его подъемная сила гасится. Для того чтобы обрести новое положение равновесия, сохранив объем подводной части, на который действуют силы поддержания, постоянным, судно вынуждено погрузиться на дT. В этом случае вода, попавшая в отсек, не считается принятым грузом, и судно сохраняет прежнюю массу и Z_g. Изменяются координаты центра величины Z_c и метацентра Z_m, что при неизменном Z_g вызывает изменение остойчивости. Для количественного определения изменений остойчивости и посадки при затоплении отсека третьей категории применяется математический аппарат, который в условиях аварийного судна использован быть не может ввиду своей громоздкости. Эти расчеты носят характер конструкторских проработок, выполняются на ЭВМ и приводятся в готовом виде в Информации о непотопляемости в форме типовых случаев затопления при наихудших условиях. Под наихудшими условиями понимается случай несимметричного затопления, когда судно загружено по максимальную осадку грузом с малым удельно-погрузочным объемом, имея максимальное значение коэффициента проницаемости отсеков. Качественно же картина выглядит следующим образом. Из механики известно, что момент инерции площади сечения является мерой жесткости этого сечения. Жесткость есть сопротивляемость деформациям. Площадь действующей ватерлинии является сечением корпуса судна по водоразделу. Момент инерции площади ватерлинии является мерой сопротивляемости опрокидыванию, т. е. мерой остойчивости. При оценке остойчивости и посадки методом постоянного водоизмещения после затопления отсека третьей категории отсек считается не существующим и площадь свободной поверхности воды в отсеке исключается из общей площади действующей ватерлинии. Площадь поверхности воды в отсеке называется потерянной площадью ватерлинии. Это, естественно, сказывается на величине момента инерции площади ватерлинии и, следовательно, на величине метацентрического радиуса, так как .

При неизменном V (метод постоянного водоизмещения) уменьшение I_х влечет за собой уменьшение r и, как следствие, h. Исключение определенной площади в пределах площади ватерлинии вызывает смещение ее центра тяжести, и судно получает дифферент, а три несимметричном затоплении и крен.

Подводя итоги рассмотрения вариантов затопления можно сделать выводы.

1. Категории затопления отсеков могут переходить одна в другую при определенных обстоятельствах. Заделка пробоины превращает отсек третьей категории в отсек второй категории, ухудшая при этом показатели остойчивости в процессе осушения, особенно на последней стадии. Фильтрация воды из затопленного отсека через водонепроницаемые перекрытия может породить второй отсек второй категории, что может поставить судно в критическое положение.

2. Наиболее опасным является отсек второй категории, особенно на первой стадии затопления и в последней стадии осушения.

3. Главной опасностью при затоплении отсеков является потеря остойчивости, а не плавучести.

4. Затопление только отсека первой категории в практике встречается редко и опасности для судна практически не представляет. Опасность представляет; фильтрация воды из этого отсека, так как этот факт превращает один отсек первой категории в два отсека второй категории (как минимум).

5. Несимметричное затопление при прочих равных условиях ухудшает состояние судна с точки зрения остойчивости и плавучести, так как требует для спрямления судна дополнительного количества воды, которое не всегда полностью заполняет откренивающий объем, и, таким образом, появляется еще один отсек второй категории.

3.2 Расчет остойчивости и дифферентовка поврежденного судна Для того чтобы узнать, как будет вести себя судно в плане остойчивости в аварийной ситуации делаем необходимые расчеты по остойчивости для условно пробитого балластного танка № 10, когда судно находится в грузу на осадку 3,38 м.

Делаем расчет остойчивости, когда балластная цистерна затоплена на высоту 3,6 м. Так же по полученным данным видим, что судно имеет достаточную остойчивость, и может продолжать плавание, если ему позволяет глубины при данной осадке.

Из этих расчетов видно, что судно получило значительный дифферент на нос и имеет крен на правый борт, но имеет хорошую остойчивость. На судне необходимо делать такие расчеты на все виды цистерн и поврежденных отсеков.

На основании данных расчетов (табл. 7) строим график статической и динамической остойчивости (рис.7).

Расчет нашего условного повреждения приведен в табл.4−7.

Таблица 4

Весовые нагрузки поврежденного судна

Таблица 5

Расчет плеч статической остойчивости

Таблица 6

Расчет метацентрической высоты и дифферента судна

Таблица 7

Плечи статической и динамической остойчивости

Рис. 3. Дифферент судна

4. Мероприятия по спрямлению судна и восстановлению остойчивости Спрямлением судна называются действия, направленные на устранение или хотя бы уменьшение аварийного крена и дифферента. Весь этот комплекс мероприятий должен проводиться только после оценки состояния аварийного судна по вышеуказанным параметрам, так как в противном случае положение судна, и без того тяжелое, можно усугубить.

Основоположник учения о непотопляемости адмирал С. О. Макаров еще в конце прошлого года предложил способ спрямления контрзатоплением, получивший признание и применение на флотах всего мира. Сущность этого способа заключается в определении кренящего момента от затопления и приложении антикренящего момента, одинакового по величине и противоположного по знаку, путем подбора и последующего преднамеренного затопления определенного отсека или группы отсеков. Очень важным является то обстоятельство, что контрзатоплению должна предшествовать оценка последствий, к которым контрзатопление приведет с точки зрения сохранения мореходности судна — плавучести, остойчивости и прочности. Эти операции удобно делать с помощью таблиц непотопляемости, автором которых является С. О. Макаров. Таблицы непотопляемости, однако, применимы только на судах с большим числом отсеков — военных кораблях (100— 150 отсеков), пассажирских судах, танкерах, рудовозах (50—60 отсеков). Чем больше альтернатив, тем выше степень оптимизации решения проблемы, но и труднее выбор, так как каждая альтернатива требует анализа. Но поскольку число вариантов имеет предел даже при большом количестве отсеков, то конечным будет и число оптимальных вариантов контрзатопления. Все возможные варианты затопления и контрзатопления для данного судна и составляют основное содержание таблиц непотопляемости. Нельзя забывать, что контрзатопление на определенной стадии (в начале и в конце преимущественно) неизбежно вызывает уменьшение и без того недостаточной аварийной остойчивости за счет появления дополнительных свободных поверхностей воды в контрзатапливаемых отсеках.

На современных судах довольно широко применяются бортовые цистерны на противоположных бортах, соединенные между собой трубопроводом большого сечения с запорной арматурой. Они специально предназначены для спрямления судна при эксплуатационных, ледовых и аварийных накренениях. На универсальных судах в качестве креновых могут использоваться бортовые топливные или цистерны пресной воды, оборудованные аналогичным образом. Исследуем влияние этих цистерн на положение судна. Рассмотрим две бортовые цистерны прямоугольного сечения по зеркалу воды, расположенные симметрично относительно ДП и соединенные между собой (рис. 4). При закрытом клапане перетока влияние их свободных поверхностей на остойчивость описывается формулой

Рис. 4. Влияние перетока жидкого груза на остойчивость судна

(8)

где l — длина цистерны, м;

b — ширина цистерны, м.

При открытом клинкете и наличии свободного перетока воды эти цистерны рассматриваются как одна и момент инерции i_x вычисляется относительно оси, проходящей через их общий центр тяжести:

. (9)

Преобразуя формулу (9), получим

(10)

где В — ширина судна.

Например, при влияние свободной поверхности воды в танках с перетоком в 28 раз больше, чем без перетока.

Исследование формул (8) и (10) показывает, что нормальное положение клапана перетока таких цистерн должно быть закрытым, так как в противном случае при крене судно стремительно начнет терять остойчивость. При эксплуатационной необходимости выравнивания уровней воды или топлива в бортовых сообщающихся танках это должно делаться под постоянным наблюдением, после чего клапана перетока закрываются.

Помимо приема воды на противоположный борт и перекачки из цистерны в цистерну, спрямить судно можно откачиванием воды за борт из цистерны пониженного борта или затопленного отсека, постоянно контролируя при этом остойчивость. Хорошие результаты приносит запрессовка частично заполненных танков или отсеков, так как это не только понижает центр тяжести судна, но и устраняет влияние на остойчивость свободных поверхностей жидкости. И наконец, последняя (по описанию, но не по эффективности) мера повышения остойчивости — сбрасывание каравана или другого палубного груза за борт. В чрезвычайных обстоятельствах все меры для спасения судна и экипажа приемлемы.

Помимо мероприятий по спрямлению и восстановлению остойчивости поврежденного судна, необходимо провести доступные в судовых условиях мероприятия по сохранению и восстановлению прочности корпуса. К таким мероприятиям относятся: восстановление разрушенных связей, предотвращение распространения трещин сверлением их концов диаметром не менее 15 мм, наложение стягивающих трещину планок на сварке, заварка трещины.

Нужно учитывать, что для судов с двойным дном перегиб (верхняя палуба работает на растяжение) опаснее прогиба (верхняя палуба работает на сжатие), потому что нейтральная ось корпуса (как балки) за счет наличия двойного дна находится ближе к двойному дну, поэтому при прогибе верхняя палуба испытывает большие напряжения, чем двойное дно, имея в то же время меньший момент сопротивления сечения. Для танкеров сторона изгиба равноценна при отсутствии двойного дна.

РЕКОМЕНДАЦИИ СТУДЕНТУ-ДИПЛОМНИКУ Остойчивость судна во всех представленных эксплуатационных случаях нагрузки удовлетворяет требованиям «правил» Речного Регистра, предъявляемых к судам типа М-СП.

Из вышеприведенных расчетов видим, что судну в данном положении не стоит продолжать свой путь, т.к. с таким дифферентом судно плохо управляемо. Исходя из запаса плавучести мы можем предпринять меры по спрямлению.

1) Если пробоина заделана и не имеет текучести, то мы можем предпринять действия по откачке затопленного отсека (балластной цистерны) стационарными или переносными насосами, если пробоина не заделана, а производительность в судовых насосов больше, чем пропускная способность пробоины, то также можем откачать затопленный отсек, тем самым выравнив судно.

2) Если первый пример спрямления судна нам не подходит или не осуществим, то прибегаем к способу, широко известному, как дифферентовка.

Дифферентовка — перемещение груза или затопление отсеков для спрямления судна или снятия с мели.

В нашем случае пробоины, предпримем действие к затоплению цистерны, которая располагается в корме противоположно затопленной, но с другого борта. В нашем случае это будет балластная цистерна № 11.

Но перед затоплением сделаем аналогичные расчеты по остойчивости для того, чтобы избежать опасных моментов. Делаем расчеты так же сначала для самого опасного момента, когда площадь свободной поверхности наибольшая, делаем анализ и переходим к последующим расчетам.

Когда провели все необходимые расчеты, сделали вывод, что такое затопление балластной цистерны № 11 привело к спрямлению и не ухудшило остойчивость, а лишь увеличило осадку, то если позволяют глубины приводим данный расчет в действие.

На основании данных расчетов (табл. 11) строим график статической и динамической остойчивости (рис.8).

Пример расчета приведен в таблицах 8−11.

Таблица 8

Весовые нагрузки спрямленного судна

Таблица 9

Расчет плеч статической остойчивости

Таблица 10

Расчет метацентрической высоты и дифферента судна

Таблица 11

Плечи статической и динамической остойчивости

Рис. 5. Дифферент судна

Рис. 6. Диаграмма статической и динамической остойчивости неповрежденного судна

Рис. 7. Диаграмма статической и динамической остойчивости поврежденного судна

Рис. 8. Диаграмма статической и динамической остойчивости выравненного судна

Таблица 12

Гидростатические элементы

Таблица 13

Плечи остойчивости формы (пантокарены).

Таблица 14

Суммарный статический момент при крене

Таблица 15

Значения грузовых танков

Таблица 16

Обозначение отсеков на схеме

Таблица 17 Расчет груза

заключение

В результате проделанной работы рассчитали остойчивость судна во время рейса п. Самара — п. Кавказ и согласно требованиям, предъявляемым к т/х «Волгонефть» определили, что судно при данной загрузке остойчиво и отвечает всем требованиям.

После расчета в грузу сделали условную пробоину балластной цистерны и, произведя необходимые расчеты, сделали вывод, что данный отсек второй категории не представляет опасности для судна, т.к. оно имеет достаточную остойчивость и выполняет требования «Правил Речного Регистра».

Расчет остойчивости в начальный и конечный моменты спрямления дал положительный результат, который также отвечает требованиям «Правил Речного Регистра».