«Расчеты по снятию судна с мели»

Цель работы

Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков по определению остаточного давления судна на грунт при посадке на мель, после снятия части груза и выбор способа снятия с мели с учетом необходимых тяговых усилий.

Силы, действующие на судно, находящееся на мели.

Посадки судов на грунт являются наиболее рас­пространенным видом аварий. В практике мореплавания имеют место случаи, когда возникает необходимость умышленной посадки судна на мель. Такая ситуация складывается, когда судну грозит затопление на большой глубине, опрокидывание или гибель от пожара. Однако по какой бы причине судно не оказалось на мели, необходимо принять все меры к тому, чтобы материаль­ные убытки от снятия его с мели были минимальными.

Способы снятия судна с мели зависят от многих факторов, но в конечном счете определяются величиной и характером сил, действующих на судно во время нахождения на мели. При посадке судна на мель оно уменьшает осадку, в результате чего нарушается равно­весие между весом судна и силами поддержания воды. Если при этом водонепроницаемость корпуса не наруша­ется, разность этих сил будет равна силе давления судна на грунт. Проникновение воды в отсеки судна равно­сильно увеличению водоизмещения. Следовательно, при водотечности корпуса сила давления возрастет на вели­чину веса влившейся воды. От силы давления зависит сила трения, которую необходимо преодолеть, чтобы ста­щить судно с мели.

Тяговое усилие (в кН), необходимое для снятия судна с мели, равно

_{, (1)}

где f – коэффициент трения корпуса о грунт:

R – сила давления, кН.

Таблица 1. Величины коэффициентов трения покоя f

для различных грунтов

Характер грунта	Коэффициент
Жидкая глина, ил	0,20 - 0,30
Глина	0,30 - 0,45
Глина с песком	0,30 - 0,40
Мелкий песок	0,40 - 0,45
Крупный песок	0,40 - 0,50
Галька	0,45 - 0,50
Каменная плита	0,35 - 0,60
Булыжник	0,40 - 0,60

Коэффициент трения зависит от рода грунта и скорости перемещения трущихся поверхностей. Меньшие значения коэффициентов трения по своей величине приближаются к коэффициентам трения движения. Этими меньшими значениями можно пользоваться при определении силы трения в случае работы аварийного судна своими машинами, дающими заметную вибрацию всему корпусу. Коэффи­циент трения покоя (табл. 1) несколько больше коэф­фициента трения в момент получения судном движения при снятии с мели.

При посадке на мель, как правило, корпус судна проседает в грунте. Грунт начинает оказывать дав­ление на борта судна, что является причиной дополнительного сопротивления стягиванию с мели. Величина проседания зависит от рода грунта, силы давления корпуса, времени нахождения на мели. При проседании частицы грунта прилипают к корпусу, создавая эффект присасывания. Сила присасывания тем больше, чем больше вязкость грунта. Наибольшее присасывание наблюда­ется у вязкой глины.

На каменистых грунтах корпус может получить пробоины, в которые проникают камни и даже скалы. Это также препятствует снятию судна с мели.

При аварийно-спасательных работах по снятию с мели, выполняемых спасательными отрядами с привлечением специализированных судов, до начала работ вы­полняются трудоемкие инженерные расчеты, на основании которых определяются способы снятия аварийного судна с мели, в простых случаях пользуются упрощенными рас­четами по формуле (1) и принимают во внимание осо­бенности действия сил. Этого достаточно, чтобы принять принципиальное решение о возможности снятия судна с мели собственными средствами и оценить характер и объем аварийных работ.

Условные обозначения:

D - водоизмещение судна до посадки на мель, т.;

D' - водоизмещение судна после посадки на мель, т.;

D - потерянное водоизмещение, т.;

L - длина судна;

В - ширина судна, м;

δ - коэффициент полноты водоизмещения;

R - сила давления судна на грунт, кН;

Т_СТ – тяговое усилие для снятия с мели, кН;

N_e - мощность подводимая к винту, кВт;

Р_Я - вес якоря Холла;

F - тяговое усилие от работы главного двигателя, кН;

F_доп - дополнительное тяговое усилие от якорей, кН;

P_в - масса поступившей внутрь корпуса забортной воды, т.;

Т_ср - средняя осадка, м;

T_ср =T_ср - T'_ср - изменение средней осадки, см;

Т_н ,Т_к – осадки носом и кормой до посадки на мель, м;

Т_нм ,Т_км – осадки носом и кормой после посадки на мель, м;

q - число тонн на 1 см осадки, т/см;

- изменение дифферента, м;

M_диф - момент дифферентующий на 1 см, тм/см;

х_R - координата точки касания грунта по длине, м;

 - плотность забортной воды, т/м³;

_i - коэффициент проницаемости отсека (см. ниже);

l_i, b_i - длина и ширина отсека, м,

t_i - высота уровня воды в отсеке, м;

_i - коэффициент полноты отсека (см. таблицу 2).

х₁ , х₂ – начальная и конечная координаты перемещаемого груза, м;

х₃ - координата отсека приема водяного балласта, м;

Q - масса выгружаемого груза, т;

R – изменение реакции грунта в точке опоры, т;

h - поперечная метацентрическая высота;

К_п - коэффициент присоса корпуса к грунту.

Расчет давления корпуса на грунт. Из-за уменьшения осадки севшего на мель судна уменьшается его водоизмещающий объем, следовательно, уменьшается и масса вытесненной воды, т.е. сила поддержания, при неизменной массе судна.

Сила давления судна на грунт R в общем случае равна

R = D - D'+P_в=D + P_в, (2)

Потерянное водоизмещение при малых углах крена и дифферента, а также при отсутствии изгиба корпуса приближенно определяется по формуле

(3)

При значительной величине T_ср потерю водоизмещения следует опре­делять по грузовой шкале.

Массу поступившей внутрь корпуса забортной воды можно определить из формулы

(4)

V_i - объем затопленной части судовых отсеков, м³ .

Значения V₁, V₂,….V_п определяются из замеров уровней воды в отсеках по калибровочным таблицам или по формуле

(5)

Таблица 2. Коэффициент полноты отсека - .

Расположение отсека	Без второго дна	Под вторым дном
В оконечностях судна	0,5 – 0,6	0,7 – 0,8
В средней части судна	0,8 – 0,9	1,0

Средние значения коэффициента проницаемости отсека - 

- пустые трюмы - 0,97;

- трюмы с грузом - 0,6;

- пустые междудонные танки - 0,97;

- жилые помещения - 0,95;

- машинное отделение -0,85;

- котельное отделение - 0,80;

- кладовые снабжения - 0, 70.

Если трюм заполнен грузом не полностью, то объем подпалубных пус­тот нужно рассчитывать отдельно.

Расчет тягового усилия.

Тяговое усилие (в кН), создаваемое главным двигателем, приближенно может быть рассчитано по формуле

F = 0,136N_e , (6)

Тяговое усилие винтов на задний ход у дизельных судов приближенно равно 0,7 тягового усилия на передний ход (у турбоходов - 0,5).

Для создания дополнительного тягового усилия брашпиля необходимо завезти якорь. Это дополнительное тяговое усилие, с учетом коэффициента держащей силы, например, якоря Холла, равного 2,5, можно определить по формуле

(7)

Самостоятельное снятие судна с мели

Рекомендуется сразу же после посадки на мель давать самый полный ход назад на 5 - 10 минут, затем «стоп» и через несколько минут снова СПХН. При работе двигателя рекомендуется раскачивать судно перекладкой руля с борта на борт.

Если экстренные попытки сняться с мели к успеху не приводят, следует приступить к обследованию положения судна, чтобы выяснить, возможно ли сняться с мели с помощью собственных средств. В первую оче­редь необходимо определить наиболее точным способом место судна, выполнить вокруг него промер и составить планшет глубин. Во время промера должны быть уста­новлены глубины в районе штевней и вдоль бортов через каждые 10 — 20 метров с привязкой к шпангоутам и отбором проб грунта. На основании промера должно быть выяснено положение судна на мели, характер грунта, вероятные места пробоин, величина заглубления корпуса в грунт, районы безопасных глубин и направление снятия с мели, наличие опасности повреждения винта во время работы машины. На основании данных планшета рассчи­тывают силу давления и оценивают характер действия сил от заглубления корпуса и присоса.

Если не выполняется соотношение

0,095Ne + 25Р_Я > fR, (8)

то попытки к самостоятельной съемке судна с мели приведут к намыву грунта под корпус, неблагоприятному развороту судна к малым глубинам и к другим отрицательным последствиям.

В том случае, когда суммарного тягового усилия будет недостаточно, то для снятия судна с мели необходимо уменьшить его давление на грунт, выгру­зив часть груза. Для полной ликвидации давления судна на грунт необходимо выгрузить такое количество груза, масса которого равна потерянному водоиз­мещению. Однако разгрузка судна, сидящего на мели, является сложной операци­ей, требующей наличия другого судна, перегрузочных средств и благоприятной погоды. Поэтому отгружают, как правило, минимальное количество груза и максимально используют силу тяги. В этом случае масса выгружаемого груза определяется по формуле

(9)

Назначается коэффициент присоса корпуса к грунту (при песчаном -1,15, при глинистом - 1,25).

Дифферентовка судна.

При посадке судна на отдельный камень или на банку малых размеров, когда длина касания днища с грунтом не превышает ширины судна, можно считать его сидящим на мели одной точкой. Но в данной работе не рассматривается возможность перемещения груза в поперечном направлении при посадке на мель с креном.

В этом случае реакцию грунта может быть уменьшена снятием груза с оконечности, сидящей на мели, принятием груза на противоположную оконечность и переносом груза. Изменение осадки можно определить по дифферентовочной диаграмме. При отсутствии такой диаграммы вначале определяют изменение дифферента за счет посадки на мель

₍₁₀₎

_{определяют положение точки касания}

₍₁₁₎

_{Обычно груз, который может быть быстро выгружен, принят, перенесен на судне, представляет собой водяной балласт, жидкое топливо, пресную воду. Всякое изменение нагрузки при помощи иных грузов требует большого объема трудоемких работ}

При перемещении балласта из одной оконечности в другую изменение осадки определяют по формулам (12), (13)

₍₁₂₎

₁₃₎

При перемещении балласта следует ожидать изменение реакции в точке опоры

₍₁₄₎

_{Если приходится принимать или откачивать жидкий груз (балласт, топливо), то выбирают соответствующий отсек в таком месте на судне, что бы положение его по длине удовлетворяло условию (15)}

(15)

При приеме груза принимается знак «+», и знак минус «–» при снятии груза, расчет выполняется по формулам (16), (17).

(16)

(17)

Изменение реакции мели определяется по формуле (18)

(18)

Остойчивость судна на мели уменьшается из-за действия силы реакции грунта, направленной вертикально вверх. При этом остойчивость уменьшается настолько, насколько она уменьшилась бы от перемещения груза вверх, равно­го по весу силе реакции грунта, от основной плоскости до уровня грузовой ва­терлинии до посадки судна на мель.

Поправка поперечной метацентрической высоты судна на мели, равна

₍₁₉₎

h - поперечная метацентрическая высота до посадки на мель.

Остойчивость судна на плаву после снятия с мели подлежит проверке,

т.к. в процессе спасательной операции могли производиться разгрузка, пере­мещение груза и балласта; могли появиться также свободные поверхности жид­костей, отдельные отсеки могли оказаться затопленными.

Способы снятия судна с мели

1. Самостоятельное снятие работой своего ГД.

2. Стягивание судами-спасателями.

3. Снятие части груза, передача топлива, откачка балласта, пресной воды.

Иногда выбрасывают за борт часть груза.

4. Уборка грунта вокруг аварийного судна винтами спасателей. Могут

использоваться дноуглубительные снаряды. На каменистых грунтах возможны

взрывные работы.

5. Комбинированным способом: одновременная отгрузка груза, размывка грунта

и приложение тяговых усилий.

Пример расчета.

Исходные данные: Судно до посадки на мель: D = 17804 т; L = 134 м; B = 23,5 м; T_н = 8,65 м; T_к =8,85 м; М_диф =205тм/см; q = 25,0 т/см; h = 0.49 м; N_e = 8800 кВт; P_я = 5,6 т;

После посадки на мель: T_н' = 8,10 м; T_к' = 8,90 м; грунт – глина с песком; затоплена балластная цистерна двойного дна l × b × t = 16 × 14 ×1,5 (м), возможна перекачка балласта весом 290 т из форпика Х₁ = 63,6 м в ахтерпик Х₂ = 60,4 м, прием забортной воды в кормовой танк x₃ = - 49,8 м.

1. Рассчитывают изменение средней осадки после посадки на мель

T_ср =

2. Рассчитывают потерянное водоизмещение при малых углах крена и дифферента по формуле (3)

3. Массу воды влившейся в аварийный отсек определяют по формуле (4), (5). Отсек в двойном дне в оконечности, поэтому  = 0,8.

4. По формуле (2) определяют реакцию грунта

R =D + P_в= 625 + 267 =892 т = 8750 кН.

5. Тяговое усилие необходимое для снятия судна

6. Тяговое усилие при работе движителя на задний ход, т.е. при снятии кормой, по формуле (6)

F = 0,136N_e 0,7= 0,136 8800  0,7 = 838 кН

7. Дополнительное тяговое усилие от завезенных двух якорей по формуле (7)

8. _{Общее тяговое усилие от работающего двигателя на ЗХ и якорей}

_{T = F + Fдоп = 838 + 280 = 1118 кН}

_{Условие (8) не выполняется, так как}

F + F_доп = 838 + 280 = 1118  Т_ст = 3500 кН

9. Минимальное количество выгружаемого груза определяется по формуле (9)

_{При отсутствии возможности снятия указанного количества груза делают попытку уменьшить количество снимаемого груза перекачкой балласта из носового отсека в кормовой.}

10. Рассчитаем изменение дифферента за счет посадки на мель по формуле (10)

11. Определяют положение точки касания по формуле (11)

12. Выполним перемещение балласта из форпика в ахтерпик, рассчитаем приращения осадок носом и кормой судна по формулам (12), (13)

_{13.Уменьшение реакции опорной поверхности определим по формуле (14)}

Тяговое усилие необходимое для снятия судна

Для выполнения условия по снятию с мели T=F + F_доп = 1118  Т_ст1 = 1632 кН надлежит выполнить прием забортной воды в отсек положение по длине которого удовлетворяет уравнению (15)

кормовая балластная цистерна x₃ = - 49.8 м вполне удовлетворяет поставленной задаче

Условно назначим P₃ =50 т (не превышаем вместимость танка)

14.Приращение осадок определим по формулам (16), (17)

Изменение реакции мели определяется по формуле (18)

Тяговое усилие необходимое для снятия судна

Поправка поперечной метацентрической высоты судна на мели по формуле (19) равна

_{Заключение: перекачка 290 т балласта из форпика в ахтерпик и прием 50 т забортной воды в кормовой танк уменьшили необходимое усилия для стягивания судна до 471 кн, в то время как работа двигателя судна на задний ход обеспечивает усилие в 838 кН, метацентрическая высота уменьшилась до 0,19 м.}