Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии)

Воздушное сопротивление:

Rвозд = 0,8АнW210-3, [кН]

где Ан – проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель-

шпангоута, м2;

W – скорость кажущегося ветра, м/с. Сопротивление судна на волнении:

Rволн = kволн0,5ρΩV210-3, [кН]

где kволн – коэффициент дополнительного сопротивления выбирается в

зависимости от силы волнения.

Сопротивление гребного винта: а) застопоренного

Rз.в. = 0,5(A/Ad)Dв2V2 или Rз.в. = 0,25Dв2V2; [кН]

б) проворачивающегося

Rп.в. = (0,1÷0,15)(A/Ad)Dв2V2; [кН] где A/Ad – дисковое отношение;

Dв – диаметр винта, м.

Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии)

Сопротивление погруженной части буксирного троса:
Rтр = 0,04lndmV2, [кН]
где ln – длина погруженной части троса ln =√l2-80R1hm/q	, м;
dm – диаметр троса, м;
l – полная длина троса (l = Fгhв/(10ki) или l = 85hв), м;
R'1 – сопротивление буксируемого судна без сопротивления троса, Н;
hm – средняя высота закрепления троса над уровнем воды, м;
q – линейная плотность буксирного троса в воде, кг/м;
Fг – тяга на гаке, кН;
hв – высота волны, м;
ki – коэффициент игры буксирного троса (в зависимости от Fг).

V = V0 √R0/R0+R1

Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии)

Для определения упора гребного винта можно использовать следующие формулы:

Pш = 0,136Pi; Pш = Pв/(Hвn), Pш = 1,13(1,9 – Hв/Dв)Pв/(Dвn),

где Pi – индикаторная мощность, кВт; (1 л.с. = 75 кг/мс = 735,5 Вт) Pв – мощность, потребляемая винтом, кВт;

Hв – шаг винта, м;

n – частота вращения винта, с-1.

Провес (стрела) буксирного троса: f = 1,22ql/Fг, м.

Толщина троса (диаметр или длина окружности) и материал изготовления определяют прочность троса, который выбирают по разрывному усилию Pразр = kFг. Запас прочности в буксирной линии:

k = 5, если Fг < 100 кН; k = 3, если Fг > 100 кН (в промежутке –

интерполяция).

Наибольшая скорость буксировки на тихой воде:

, [м/с]

где V0 – скорость полного хода буксировщика.

Выбор длины буксирного троса

После того как рассчитаны нагрузки на буксирную линию, выбирают длину буксирного троса, которая для морской буксировки должна быть такой, чтобы:

a) не было тормозящего влияния на буксируемый объект от кильватерной струи буксировщика;

b)обеспечивать удовлетворительную управляемость буксируемого объекта;

c)имелся достаточный провес буксирной линии и достаточная упругая деформация для смягчения рывков, которые оказывают суда каравана на буксирный трос вследствие ударов волн, качки, рыскания и т. д.;

d)обеспечивать возможность свободного орбитального движения обоих судов каравана на волнении.

Натурные испытания по определению мощности буксирования показывают, что при длине буксирного троса 3L, где L – длина буксировщика, продольная составляющая в кильватерной струе оказывает настолько малое влияние, что им можно пренебречь. При длине буксирного троса, равной 2L, влияние кильватерной струи становится довольно заметным.

Во время буксировки в море неизбежны рывки на тросе. Причиной таких динамических нагрузок являются удары волн, рыскание и резкие изменения скоростей движения буксировщика и буксируемого объекта, качка и т.д. Смягчить эти динамические нагрузки можно использованием:

а) потенциальной энергии упругой деформации каната:

где Т – усилие натяжения в буксирной линии, кгс; l – длина	линии, м;Е – модуль упругости троса, кгс/см2;
F –площадь сечения буксирного троса, см2;

б) потенциальной энергии веса буксирного троса, т.е. поднятием вверх центра тяжести кривой, по которой располагается трос. В этом случае чем ниже этот центр тяжести, тем на большую высоту он может быть поднят, и чем больше вес буксирной линии, тем большую кинетическую энергию она может компенсировать. Положение центра тяжести и вес буксирной линии находятся в прямой зависимости от длины буксирного троса.

Последнее, и самое главное, что требуется от буксирной линии, – это обеспечение свободы орбитального движения судов каравана при плавании в штормовом море. Для этого необходимо обеспечить горизонтальное перемещение от какого–то среднего положения в обе стороны на величину, равную половине высоты волны, а общее перемещение, которое будут иметь оба судна каравана, должно равняться высоте волны 2а = h.

Кроме того, должна быть известна горизонтальная проекция натяжения буксирного троса, равная тяге на гаке, которую обозначим Т0. При таких условиях можно определить степень расхождения судов за счет изменения формы буксирной линии и за счет ее упругих деформаций.

Выбор длины буксирного троса

Допустим, А В (рис.6) представляет собой буксирную линию, по которой расположится буксирный трос между судами A и В. Проведем оси координат так, чтобы ось OY прошла через вершину кривой Н в направлении вверх, начало координат O поместилось на оси OY на расстоянии с

от H, а ось ОХ была направлена вправо.

Напишем для этого случая уравнение буксирной линии:

здесь ТО – горизонтальная проекция натяжения в цепи; она везде

одна и та же и в нашем случае равна горизонтальному усилию в точке М;

q – масса 1 пог. м. буксирного каната в тех же единицах, что и ТО.

Выбор длины буксирного

Горизонтальное перемещение точки М будеттросаслагаться из разности х2–х1 (х1 – абсцисса точки при начальном значении Т0, а x2 – при конечном) и разности упругих удлинений

буксирного каната Δl2 – Δl1 при начальном и конечном значениях Т (Т – полное растягивающее усилие в канате; Δl1 – упругое удлинение буксирного троса при начальном значении Т; Δl2 – при конечном).

Разность x2 – x1 может быть найдена следующим образом. Определяем разность l – х для конечного и, начального значений T0. Тогда

Упругое удлинение может быть получено по формуле:

Натяжение может быть принято равным Т0, если величина с велика по сравнению с провесом каната y1 = f, как это видно из формулы [32].

Общее расхождение судов каравана

Как установлено выше, длина буксирной линии должна быть такой, чтобы было обеспечено расхождение судов каравана относительно друг друга на величину, равную высоте волны h, половина которой относится к одному судну, половина – к другому

Использованная литература:

1.КДП Репетей В.Д.,КДП Гудко В.П. Морские буксировки. Учебно- практическое пособие. 2008

Подготовил Доцент кафедры УС и БЖД на море ХГМА К.Д.П., К.Т.Н.

Товстокорый О.Н.