Задачник по ТУС

же значениям водоизмещения, соединяются наклонными прямыми, по которым интерполируется водоизмещение для любой плотности.

Кроме шкал водоизмещения проводятся шкалы дедвейта, получающиеся смещением на величину водоизмещения судна порожнем. Кроме указанных наносятся также шкалы: – числа тонн, изменяющих осадку на 1 см, и– момента, дифферентующего судно на 1 см.

Грузовая шкала строится для посадки судна на ровный киль и в предположении абсолютной жесткости корпуса, в то время как судно может иметь дифферент, а корпус – деформироваться. Эти причины и вызывают необходимость введения поправок на дифферент и изгиб корпуса.

3.2 Поправки к водоизмещению, определяемому по грузовой шкале

Когда требуется определить водоизмещение с возможно большей точностью, например, при определении массы принимаемого или снимаемого груза по изменению водоизмещения, к его величине, снятой с грузовой шкалы, вводятся поправки.

При дифференте судна осадки на перпендикулярах не совпадают с осадками, прочитываемыми на марках углубления, кроме того, смещается сечение шпангоута, по осадке которого водоизмещение при дифференте и на ровный киль, одинаково. Все это приводит к поправке на дифферент к водоизмещению, найденному по грузовой шкале для средней осадки, определенной по маркам углубления (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Определение осадок по маркам углубления

		lн	lк	xf		Mн Mк			T	, т,	(3.1)
диф 100 q									м
			2			2 q			L lн lк

где – число тонн на 1 см, снимаемое с грузовой шкалы при средней осадке, т/см;

н и к – расстояния от марок углубления, до носового и кормового перпендикуляров, соответственно, м;

30

– абсцисса центра тяжести площади ватерлинии, м;н и к – моменты, дифферентующие судно на 1 см, снимаемые с

грузовой шкалы при осадках носом и кормой соответственно, тм/см;м – осадка на миделе, определенная по марке углубления, м;– длина судна между перпендикулярами, м.

Дополнительная поправка на изгиб корпуса приближенно определяется

выражением
изг 0,74 q f , т,	(3.2)
где – стрелка прогиба корпуса в сантиметрах
f Tм Tср 100 , см,	(3.3)

где Tср – средняя осадка, м.

На некоторых грузовых шкалах дается шкала водоизмещения только для стандартной плотности = 1,025 т/м3. В этом случае вводится еще поправка на фактическую плотность забортной воды ф

пл	ф		шк	, т,	(3.4)

где ∆шк – весовое водоизмещение, снимаемое с грузовой шкалы при средней осадке, т.

Окончательное значение весового водоизмещения найдется как сумма

шк диф изг пл , т.

(3.5)

Все поправки суммируются со своими знаками и последняя из них учитывается, только если ∆шк определено не для фактической, а для стандартной плотности или для пресной воды.

3.3 Изменение средней осадки при приеме и снятии груза. Условие параллельного погружения

При приеме на судно груза, массой m , его осадка увеличится, а дополнительно вошедший в воду объем вытеснит такую же массу воды.

∙

Рассмотрим сначала прием малого груза. Под малым будем понимать груз, вызывающий такое изменение осадки, в пределах которого борта судна можно считать прямостенными и площадь ватерлинии постоянной (рис.3.3).

31

Рис. 3.3 Изменение осадки и приращений координат центра тяжести и центра величины судна, при приеме малого груза:

а) – поперечный разрез судна; б) – продольный разрез судна

На практике считается, что условие прямостенности при приеме малого груза для транспортных судов выполняется, если масса груза не превосходит 10

%от весового водоизмещения ∆ судна.

Втаком случае вошедший в воду добавочный слой объемного водоизмещения будет представлять собой вертикальный цилиндр с

площадью основания, равной площади ватерлинии вл, и высотой, равной изменению осадки . Объем этого цилиндра = вл ∙ , а дополнительная масса воды, вытесненной судном, будет ∙ вл ∙ . Приравнивая ее массе принятого груза, получим

= ∙ вл ∙ , т,

(3.6)

32

откуда найдем изменение осадки

	d	m	, т.	(3.7)
		Sвл

Равенство (3.6) позволяет найти массу груза , прием которого изменяет осадку судна на 1 см. Полагая d 1001 , м, получим

q	Sвл , т/см.	(3.8)
	100

Эта величина называется числом тонн на сантиметр осадки. Поскольку S зависит от осадки, величина также является функцией осадки и ее значения приводятся на грузовой шкале судна. Зная , изменение осадки от приема груза массы можно найти по выражению

d m	, м.	(3.9)
q

Величиной пользуются при малых изменениях осадки.

Если прием груза происходит в произвольном месте, то, вообще, судно изменит не только осадку, но и получит наклонение. Найдем условие, при котором прием груза вызовет только параллельное погружение судна. После приема груза к уравновешенным силам веса и плавучести добавятся еще две силы: вес принятого груза и добавочная сила плавучести. При малом добавочном объеме, образованном вертикальным погружением судна, центр тяжести (ЦТ) его находится на вертикали, проходящей через (ЦТ) площади ватерлинии, определяемый абсциссой . Следовательно, чтобы добавочные силы не создавали пары, наклоняющей судно, (ЦТ) принимаемого груза, также должен находиться на этой вертикали. Таким образом, чтобы при приеме малого груза судно не получило наклонений, необходимо груз принимать на одной вертикали с (ЦТ) площади ватерлинии.

В случае приема большого груза изменение осадки может быть определено либо по кривым элементам теоретического чертежа, либо по грузовой шкале, как разность между осадками, соответствующими водоизмещениям после приема груза и до приема. Условие параллельного погружения судна при приеме большого груза состоит также в приеме груза на одну вертикаль с (ЦТ) добавочного слоя водоизмещения, где его положение определяется абсциссой

x	1 xc1	xc	, м,	(3.10)
	1
				33

где 1 и 1 относятся к водоизмещению после приема груза, а и – до приема.

Если принимается несколько грузов, то следует рассматривать прием одного эквивалентного груза суммарной массы с общим (ЦТ) всех грузов. Полученные формулы справедливы и для случая снятия или расходования груза, при этом только массу следует считать отрицательной величиной и, следовательно, также будет отрицательным.

3.4 Изменение осадки судна при переходе в воду другой плотности

При переходе судна в воду иной плотности, которая зависит от солености и температуры, изменяется его осадка. При изменении плотности меняется также сила поддержания ∆ = ∙ . Практически изменение плотности воды не превышает 3%.

Весовое водоизмещение судна при этом не меняется и можно записать

∆ = ∙ = 1 ∙ 1, т,

(3.11)

где и – исходная плотность и соответствующее объемное водоизмещение;1 и 1 – новая плотность и соответствующее объемное водоизмещение.

Из сравнения этих выражений получаем

∙ = 1 ∙ 1= 1 ∙ ( + ), т.

Согласно этой формуле получаем

1 , м3.1

Так как изменение водоизмещение мало, можно считать прямостенным в пределах изменения осадки, т. е. = вл ∙ . подстановки этого выражения в формулу (3.13) получим

1

d

1

, м,

S

S

вл

вл

1

1

где вл – площадь ватерлинии, м2.

Если учесть, что объемное

водоизмещение

судна представляет

= С ∙ ∙ ∙ , а площадь ватерлинии вл = С ∙ ∙ ; где – коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты);

– длина судна между перпендикулярами, м;– ширина судна на мидель-шпангоуте, м;– осадка судна, м;

– коэффициент полноты конструктивной ватерлинии.

34

(3.12)

(3.13)

судно

После

(3.14)

собой

Тогда формула (3.14) примет вид

	d Cb		1	d , м.	(3.15)
		1
	Cw

Очевидно, что при переходе судна в воду с большей плотностью, например, из пресной воды в соленую, оно будет всплывать, и наоборот.

Формулу для изменения осадки при переходе из морской воды в пресную можно представить в другом виде, если использовать выражение (3.8) при подстановке в формулу (3.14) получим

Принимая 1

1 40

d

1

, м.

S

вл

S

вл

100 q

1

1

1

и выражая изменение осадки в сантиметрах, получим

d		, м,
	40 q

где – число тонн на 1 см осадки, определяется по грузовой шкале, т/см.

3.5 Массовые и объемные характеристики судна

(3.16)

(3.17)

Полную массу судна принято разделять на две части. К первой части относятся массы, которые всегда находятся на судне и составляют массу судна порожнем ∆ . В эту часть включают металлический корпус с оборудованием, судовые устройства, системы, главные и вспомогательные механизмы и штатное снабжение. Сюда же относят массы воды, топлива и масла, находящиеся в котлах, механизмах и трубопроводах энергетических установок, подготовленных к запуску, и остатки жидких грузов в цистернах, которые не могут быть откачаны (мертвый запас), а также твердый балласт, если он постоянно находится на судне.

Ко второй части относят переменные грузы, т.е. грузы, массы которых могут быть различными от рейса к рейсу, а также изменяться в течение рейса. В эту часть включают перевозимый груз, запасы топлива, воды, смазочных и других расходных материалов, команду с багажом, запасы провизии и принимаемый жидкий балласт. Все эти переменные массы составляют дедвейтсудна, называемый также полной грузоподъемностью.

Дедвейт судна определяется как разность между водоизмещением судна по установленную для него расчетную грузовую ватерлинию при стандартной плотности воды и водоизмещением судна порожнем о

35

= − , т,

(3.18)

Наряду с дедвейтом или полной грузоподъемностью используется понятие полезной или чистой грузоподъемности ч, состоящей из массы грузов и пассажиров с багажом, перевозка которых является назначением судна. Чистая грузоподъемность определяется как разность между дедвейтом и массой переменных грузов, расходуемых в течение рейса или принимаемых для обеспечения эксплуатации судна

ч = − ∑ Р , т,

(3.19)

где ∑ Р – масса (вес) переменных грузов, расходуемых в течение рейса или принимаемых для обеспечения эксплуатации судна, т.

Грузовместимостью называется суммарный объем всех помещений судна, предназначенных для размещения перевозимых грузов. Различают грузовместимость насыпную или зерновую зерн и грузовместимость по генеральному грузу или киповую кип.

Зерновая вместимость грузового помещения определяется как его теоретический объем теор (т.е. объем, определенный по теоретическому чертежу) за вычетом объема находящегося в нем набора и других конструкций и систем. Обычно зерновая вместимость составляет 95 – 96% теоретического объема помещения.

Киповая вместимость меньше зерновой, она получается вычетом из последней объемов между шпангоутами, бимсами, стойками переборок, которые не могут быть использованы для размещения штучных грузов.

Судно характеризуется также удельной грузовместимостью , которая представляет отношение грузовместимости помещений для перевозимого груза к чистой грузоподъемности

=		, м3/т.	(3.20)
	ч

3.6 Составление грузового плана (расчет нагрузки судна)

Исходные данные для расчета нагрузки судна, т.е. массы судна, и координат его центра тяжести содержатся в грузовом плане судна, в котором приводится распределение перевозимых грузов и судовых запасов по грузовым помещениям и цистернам с указанием массы в каждом из них. Масса и координаты (ЦТ) судна порожнем указаны в судовом документе «Информация об остойчивости судна». Там же приводится форма таблицы, рекомендуемой для расчета нагрузки судна (табл. 3.1).

36

Таблица 3.1 – Расчет нагрузки (перевозимый груз)

№	Статьи нагрузки	Масса			по длине				по высоте
п/п		m, т		м	m ∙ , тм			, м	m ∙ , тм
1	2	3		4		5		6		7
1	Груз в трюме № 1	m1		1		m1 ∙ 1		1		m1 ∙ 1
2	Груз в твиндеке № 1	m2		2		m2 ∙ 2		2		m2 ∙ 2
3	Груз в трюме № 2	m3		3		m3 ∙ 3		3		m3 ∙ 3
…	…	…		…		…		…		…
	СУММЫ	m = Σm				= Σm ∙				= Σm ∙

Ввиду того, что расчет нагрузки требуется производить для случаев как в полном грузу, так и при израсходованных запасах (обычно с 10% запасов), соответствующих началу и концу рейса, целесообразно составлять таблицы нагрузки отдельно для судовых запасов, расходуемых в рейсе, и для перевозимого груза, а затем составить сводные таблицы для разных состояний нагрузки судна.

В столбце 2 (табл. 3.1) перечисляются все принятые к перевозке грузы, в столбцах 3, 4 и 6 – соответственно их массы и координаты центров тяжести по длине от миделя и по высоте от основной плоскости. В столбцах 5 и 7 вычисляются статические моменты масс относительно тех же координатных плоскостей. Грузы, расположенные в нос от миделя, имеют положительные и∙ , а расположенные в корму от миделя – отрицательные. Если в одно грузовое помещение принимается несколько различных грузов, то каждый из них заносится в таблицу нагрузки отдельной строкой.

Моменты масс по ширине судна, как правило, не рассчитываются, так как грузы укладываются симметрично относительно диаметральной плоскости и для них = 0. Во всяком случае, суммарный момент от несимметрично принятых грузов, должен быть достаточно малым, чтобы не было заметного угла крена, который недопустим при нормальной эксплуатации.

Таблицы нагрузки, содержащие судовые расходуемые запасы и сводная таблица имеют ту же форму, что и (табл. 3.1), но составляются в двух вариантах

– на начало и конец рейса, а в некоторых случаях и для промежуточного состояния нагрузки.

Количество жидкого расходуемого запаса (топлива, масла и др.) на рейс определяют по формуле

	=	∙ , т,	(3.21)
		р

где – удельный суточный расход жидкого расходуемого запаса (топлива и масла), т/сут;

р – время рейса, сут.

Количество расходуемого запаса (провизии или воды) для членов экипажа, обслуживающего персонала и пассажиров на рейс определяют по формуле

37

	= ∙ n		∙ , т,	(3.22)
			р

где – удельный суточный расход расходуемого запаса (провизии или воды), т/сут;

n – количество членов экипажа, обслуживающего персонала и пассажиров. После суммирования сводной таблицы по столбцам 3, 5 и 7 искомые

величины для каждого состояния нагрузки определяются по формулам

						N
водоизмещение судна			0			mi	, т
						1
		1				N
абсцисса (ЦТ) судна	xg				0 x0 g mi			xi , м,		(3.23)
						1
			1			N
аппликата (ЦТ) судна	zg				0	z0 g mi			zi , м,
						1

где – число статей нагрузки, составляющих дедвейт судна.

Если водоизмещение судна порожнем 0 и его статические моменты ∆0 ∙ 0g и ∆0 ∙ 0g вносятся в качестве первой строки в (табл. 3.1), то первые слагаемые в формулах, (3.23) вошедшие в итоговые суммы и выражения (3.23), примут вид

mi ; xg	1 mi xi ; zg
N			N
0			0

		1	N
			mi	zi .	(3.24)
			0

После определения аппликаты (ЦТ) g судна, его весового водоизмещения ∆, и, соответственно, данной осадки по кривым элементам теоретического чертежа или гидростатической таблице, для данного случая нагрузки находим искомые величины , , , , , для расчета поперечной и продольной метацентрических высот.

При заполнении таблицы нагрузки вспомогательным средством для определения координат центров тяжести отдельных грузов служит чертеж размещения грузов. Этот чертеж представляет собой схематический продольный разрез судна, вычерченный в большем масштабе по высоте, с изображением всех помещений, предназначенных для перевозимых грузов и судовых запасов (рис. 3.4).

Внизу размещена шкала расстояний от миделя в нос и в корму, а по бокам

–вертикальные шкалы расстояний от основной плоскости.

Вкаждом помещении, предназначенном для перевозки насыпных или генеральных грузов, построена кривая центров тяжести горизонтальных сечений, на которой нанесена шкала объемов в зависимости от уровня

38

заполнения помещения, и кривая , которая указывает аппликаты положения центров тяжести объемов, отмеченных на шкале (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4 Чертеж размещения грузов

Для некоторых серий судов на чертеже размещения грузов отсутствуют кривые . Вместо них на кривых с одной стороны строится шкала объемов, а с другой – шкала аппликат их центров тяжести над основной плоскостью. Такой чертеж изображен на (рис. 3.5) и (рис. 3.6).

При пользовании чертежом размещения грузов следует обратить внимание для какой грузовместимости построены шкалы объемов. Если шкалы объемов построены для генеральных грузов, а перевозится насыпной груз, то, пользуясь шкалой объемов, следует входить в нее по условному (приведенному) объему

= ∙ , м3,	(3.25)

39