Mathcad - Якорное устройство
.pdfПроектирование и расчет якорного устройства
1. Исходные данные
Lpp := 120 м |
|
a := 6.60 |
b := 1.71 c := 0.635 |
|||||||
Где, |
|
|
|
|
|
|||||
a = |
Lpp |
|
b = |
B |
c = |
d |
|
|||
|
B |
D |
D |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
Откуда главные размерения в м |
||||||||||
B := |
Lpp |
|
D := |
B |
d |
:= c D |
||||
a |
b |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
B = 18.182 |
D = 10.633 |
|
d = 6.752 |
Cв:= 0.68 коэффициент общей полноты судна
A := 766.3 м2 - площадь парусности
2. Вычисление характеристики снабжения судна.
По правилам регистра судоходства Украины расчитаем характеристику снабжения, для этого предварительно определив некоторые вспомагательные величины
Объемное водоизмещение:
∆ := Cв Lpp B d ∆ = 10017.109 м3
n := 1 ..5 hn := 2.5 м - высота одного яруса надстройки
Высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки верхней водонепроницаемой палубы надстройк
h := (D − d) + ∑hn h = 16.381 м n
Характеристика снабжения:
2 |
|
|
Nc := ∆ 3 |
+ 2 B h + 0.1 A |
Nc = 1136.988 м2 |
3. Выбор количества и массы становых якорей, калибра и суммарной длины обеих якорных цепей.
По таблице 2.1 из учебного пособия определяем для рассчитанной характеристики снабжения следующие величины:
Количество якорей: |
3 |
|
|
|
|
|
Масса каждого якоря: |
M := 3300 кг |
|
|
|
|
|
Суммарная длина обеих цепей: lц := 495 |
м |
|
|
|
||
Калибр цепи (цепь повышенной прочности): |
dц := 50 мм |
lц |
|
|
||
Принимаем длину одной смычки цепи 27.5 м, тогда в обеих цепях |
= 18 |
смычек - по 9 на каждый борт |
||||
27.5 |
||||||
|
|
|
|
|
4. Окончательное определение массы и размеров стандартизованных якорей.
По таблице 2.2 из учебного пособия определяем массу и размеры стандартизованного якоря Холла 1-го исполнения:
M := 3500 кг
Размеры якоря в мм |
|
|
Aя := 3500 H := 3456 y := 840 L := 1920 Bя := 880 B1 := 746 |
A1 := 1345 |
h1 := 294 |
5. Проверка надежности якорной стоянки
5.1 Первое условие надежной якорной стоянки
Величина внешней силы, действующей на судно в условиях якорной стоянки, определяется как сумма двух составляющих, одна из которых обусловлена течением, а другая действием ветра, их можно рассчитать по формулам:
Rт = (ζтр + ζш + ζв.ч.) ρ U2т2 Ω + Rз.в.
Rв = kв pCP (SБП sin(αв)+ SФП cos(αв))
R = Rт + Rв
Смоченная поверхность корпуса судна
Ω := Lpp (1.36 d + 1.13 Cв B) Ω = 2778.391 м2
ζв.ч. := 0.2 10− 3 - коэффициент сопротивления выступающих частей
ζш := 0.25 10− 3 - коэффициент, учитывающий шероховатость обшивки корпуса судна
Uт := 2.5 0.514 Uт = 1.285 |
м/c |
|
- скорость течения (принимаю) |
|||||||||||||
ν := 1.57 10− 6 - кинематический коэффициент трения |
||||||||||||||||
|
|
|
Uт Lpp |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
- число Рейнольдса |
||||
Re := |
|
|
|
|
|
Re = 9.822 × 10 |
||||||||||
|
|
ν |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ζтр:= |
|
0.455 |
|
|
|
ζтр = 0.002 - коэффициент сопротивления трения эквивалентной гладкой пластины |
||||||||||
|
log(Re)2.58 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
θ := 0.55 |
- дисковое отношение гребного винта |
|||||||||||||||
Dв:= 0.7 d |
Dв = 4.726 |
|
- диаметр гребного винта |
|||||||||||||
R |
з.в. |
:= 258.5 θ D |
2 U 2 |
R |
з.в. |
= 5243.912 Н - сопротивление застопоренного винта |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
в |
т |
|
|
|
|
|
||||
ρ := 1025 |
кг/м3 - плотность морской воды |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ U 2 |
|
Тогда |
|
Rт := (ζтр + ζш + ζв.ч.) |
т |
Ω + Rз.в. Rт = 11318.774 Н |
||||||||||||
|
2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kв:= 0.8 |
- коэффициент воздушного сопротивления; |
|||||||||||||||
pCP := 167 |
- среднее давление ветра при его силе в 7 баллов по шкале Бофорта, Па |
|||||||||||||||
SБП := A |
SБП = 766.3 |
м2 |
|
- приведенная площадь боковой парусности |
SФП := B h SФП = 297.835 - приведенная площадь фронтальной парусности
αв:= 30deg - угол между направлением ветра и ДП судна.
Тогда: Rв:= kв pCP (SБП sin(αв)+ SФП cos(αв)) Rв = 85648.623 Н R := Rт + Rв R = 96967.398 Н
Определим держащую силу якорного устройства: k := 3.0 - коэффициент держащей силы якоря Холла
m |
:= 0.019d |
2 m |
ц |
= 47.5 |
|
кг - погонная масса цепи в воде |
||||
|
ц |
|
ц |
|
|
|
|
|
||
f := 1.0 |
- коэффициент трения цепи о грунт с учетом присасывания; |
|||||||||
lг:= 25 |
м - минимальная длина участка якорной цепи, лежащего на грунте |
|||||||||
Держащая сила одного якоря: |
|
|||||||||
T |
1 |
:= k g M + l m f g |
T |
1 |
= 1.147 × 105 |
Н |
||||
|
|
|
г |
ц |
|
|
|
|
||
T1 |
> R |
- первое условие надежной якорной стоянки выполнено |
5.2 Второе условие надежной якорной стоянки заключается в обеспечении достаточной длины участка якорной цепи, лежащего на грунте.
hя.с. := 85 м - глубина якорной стоянки |
||||
Длина провисающего участка якорной цепи: |
||||
l := hя.с. 1 + |
2 R |
|
l = 206.401 м |
|
mц g hя.с. |
||||
|
|
|||
Полная длина цепи для одного якоря без учета якорной и коренной смычек: |
||||
l0 := 9 27.5 + 27.5 l0 = 275 |
, так как принмаем, что суммарная длина якорной и коренной смычек 27.5 м |
l1 := 25 м - расстояние от устройства крепления и отдачи коренного конца до раструба клюза Рассчитаем длину участка цепи, лежащего на грунте:
lг:= l0 − l − l1 |
lг = 43.599 м |
Что допустимо. |
|||
5.3 Третье условие надежной якорной стоянки выполняется если |
|||||
|
Tр |
|
|
> 5 |
|
|
R + m g h |
я.с. |
|
||
|
ц |
|
|
||
Tр := 0.52 dц2 |
Tр = 1300 кН |
- разрывное усилие для цепей второй категории |
|||
|
Tр 1000 |
|
|
= 9.519 9.519 > 5 Проверка выполнена |
|
|
|
|
|
||
|
R + m g h |
я.с. |
|||
|
ц |
|
|
6. Выбор якорного механизма
Рассчитаем необходимое тяговое усилие на звездочке для одного якоря и необходимую тяговую мощность якорного механизма:
Номинальное тяговое усилие определяем по формуле:P := a |
d |
2 10− 3 |
P = 104.25 кН |
1 |
зв |
ц |
1 |
где aзв:= 41.7 - коэффициент для цепей второй категории |
|
|
|
Максимальное усилие на звездочке: F := 1.5 P1 F = 156.375 кН
Мощность при скорости выбирания цепи: U := |
10 |
U = 0.167 м/с и общем КПД механизма |
η := 0.7 |
|||
|
|
|
|
60 |
|
|
N := |
P1 U |
N = 24.821 кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
я |
η |
я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По рассчитанным данным выбираю брашпиль Б8, со следующими характеристиками: Напряжение: 380 В Калибр якорной цепи: 53 мм
Расчетная глубина якорной стоянки: 100 м Номинальное тяговое усилие: 120.4 кН
Усилие в цепи на звездочке, удерживаемой ленточным тормозом: 655 кН Номинальная скорость выбирания якорной цепи: 0.18 м/с
7. Выбор якорного стопора и устройства для крепления и отдачи коренного конца якорной цепи.
По калибру цепи выбираю устройство для крепления и отдачи коренного конца с характеристиками: Тип устройства крепления и отдачи коренного конца: II
Калибры цепи: 49...53 мм. Масса: 130 кг.
По калибру цепи выбираю стопор с характеристиками: Тип стопора: винтовой фрикционный Калибры цепи: 49...53 мм.
Масса: 139 кг.