4.9.Жидкий груз

В нагрузке судна всегда присутствуют подвижные грузы в виде жидкостей. Это жидкие грузы, запасы пресной воды, топлива, масла, жидкий балласт и другие, которые размещены в судовых цистернах.

В частично заполненных цистернах со свободной поверхностью при накренениях судна происходит изменение формы жидкости и перемещение ее центра тяжести, что приводит к ухудшению остойчивости судна.

Рассмотрим это на примере цистерны частично заполненной жидкостью до уровня WL (рис.4.9).

При крене судна свободная поверхность жидкости займёт положение паралельно ватерлинии. Центр тяжести жидкости сместиться в сторону крена по дуге окружности в точку с центром в точке .Через точку при любом наклонение будет проходить линия действия силы тяжести.

Поэтому при наклонении судна жидкий груз массой m из точки перемещается в точку.

Точку по аналогии с судном логично рассматривать как метацентр цистерны, а отрезок как метацентрический радиус цистерны численно равный:

, (4.23)

где – центральный момент инерции площади свободной поверхности жидкости в цистерне относительно оси наклоненияOX, м⁴;

–объем жидкости в цистерне, м³.

4.9. Влияние свободной поверхности жидкого груза

Перемещение ЦT цистерны при наличии свободной поверхности из точки g в метацентр цистерны - точку вызывает увеличение статического момента массы цистерны относительно основной плоскости (ОП), вычисляемое по формуле:

(4.24)

Увеличение статического момента массы вызывает увеличение аппликаты ЦT судна на величину

, (4.25)

де D – водоизмещение судна, m,

Р_ц – вес жидкости в цистерне, m.

При наличии нескольких цистерн со свободной поверхностью жидкости поправку к аппликате ЦT судна можно вычислить по формуле:

, м. (4.26)

а исправленная аппликата ЦT судна будет равна:

м. (4.27)

Возрастание аппликаты ЦT судна повлечет уменьшение метацентрической высоты h судна, и тогда исправленная на учет влияние свободной поверхности жидкости цистерны метацентрическая высота будет равна:

=

м. (4.28)

Поправку к метацентрической высоте определяют по следующей формуле:

м. (4.29)

Из полученного выражения видно, что наличие на судне жидкого груза, имеющего свободную поверхность, уменьшает остойчивость. Поправка к метацентрической высоте не зависит от количества жидкого груза, а определяется его плотностью и моментом инерции площади свободной поверхности. Если цистерна заполнена жидкостью целиком (запрессована на 95%) так, что свободная поверхность отсутствует и = 0, то смещения жидкости при наклонениях не будет. В этом случае остойчивость судна будет такой же, как если бы груз был твердым.

Для уменьшения поправки на влияние жидкого груза следует уменьшать ширину цистерн «b» путем разделения ее продольной переборкой.

При одной средней переборке или при двух суммарная величина будет соответственно:

(4.30)

т.е. поправка на влияние жидкого груза уменьшится в 4 раза или 9 раз. Поэтому на современных танкерах обычно устанавливают две продольные переборки.

Если в цистерне имеется лишь небольшой слой жидкости или если она заполнена почти полностью, то при крене ширина свободной поверхности резко сокращается, влияние перетекания становится незначительным и поправкой можно пренебречь.

Поскольку конфигурации судовых цистерн отличаются большим разнообразием, и расчет моментов инерции их площадей для различных заполнений цистерн представляют большую сложность, то для практических целей пользуются приближенными способами.

В связи с этим используются приближенные способы учета влияния жидких грузов на диаграмму статической остойчивости, изложенные в «Инструкции по учету влияния свободных поверхностей жидких грузов на остойчивость судна», либо способ, рекомендуемый ИМО.

В число цистерн, учитываемых при определении влияния жидкого груза на остойчивость должны включаться цистерны каждого вида жидкого груза и балласта, в которых по условиям эксплуатации могут быть одновременно свободные поверхности. Величину поправки каждой цистерны определяют по таблице данных цистерн из «Информации об остойчивости судна» или по приближенной формуле:

,

где a_ц, b_ц – высота и ширина цистерны соответственно.