7. Буксировка судов

7.1. Требования к буксирной линии

Буксировка судов осуществляется за кормой на буксирном канате, лагом и толканием. Но только первый из трех способов может использоваться в открытом море на волнении.

Скорость и безопасность буксировки зависят от мощности буксировщика и устройства буксирной линии, которая должна удовлетворять определенным требованиям в отношении прочности, амортизационных свойств и длины.

Прочность буксирной линии определяется нагрузкой, создаваемой сопротивлением среды буксируемому судну и равной тяге на гаке буксировщика Т_г. Такая нагрузка является рабочей.

Согласно Правилам Регистра СССР буксирная линия должна выбираться так, чтобы разрывное усилие троса было не менее пяти рабочих нагрузок при номинальной тяге на гаке 10 т и менее или трех рабочих нагрузок при номинальной тяге на гаке 30 т и более. Для промежуточных значений номинальной тяги на гаке запас прочности определяется интерполяцией.

В начале движения буксировщика при рыскании, резком повороте, при внезапном шквале и в других случаях, когда имеют место рывки буксирного каната, в нем возникают напряжения, превышающие рабочую нагрузку. Особенно сильные рывки наблюдаются во время волнения. Это объясняется тем, что при плавании по волне, навстречу волне или под некоторым углом к волне вследствие орбитального движения буксировщика и буксируемого судна расстояние между ними постоянно изменяется в пределах высоты волны.

Возникающие при орбитальном движении силы инерции достигают сотен и даже тысяч тонн. Если во время увеличения расстояния между судами им не будет обеспечена свобода перемещения относительно друг друга, то никакой реально существующий канат такие напряжения не выдержит. Поэтому расчет прочности буксирной линии производят на рабочую нагрузку, а компенсация рывков и свобода перемещения судов относительно друг друга достигаются специальными мерами: применением автоматических буксирных лебедок, а также длинных и тяжелых линий; использованием канатов с большим упругим удлинением.

Применение буксирной автоматической лебедки является наиболее совершенным способом. При равенстве тяги лебедки рабочей нагрузке линии увеличение расстояния между судами обеспечивается при любой ее длине. Автоматическая лебедка позволяет также выбирать наибольшую безопасную скорость буксировки при любых условиях погоды и внезапных ее изменениях.

Использование упругой деформации буксирного каната для компенсации рывков и увеличения расстояния между судами на волнении основано на естественном свойстве всех материалов увеличивать, не теряя прочности, в некоторых пределах свою длину под действием внешней силы и восстанавливать первоначальную длину после прекращения действия этой силы.

Упругое удлинение стальных канатов незначительно (~1%) и при определении длины буксирной линии не учитывается, а принимается как запас, необходимый для компенсации случайных рывков каната. Наоборот, упругое удлинение некоторых синтетических канатов полностью компенсирует изменение расстояний между судами во время их орбитального движения при любом волнении моря.

При длительных буксировках используются длинные линии из стального каната. Основным достоинством таких линий является высокая надежность. Увеличение расстояния между судами на волнении достигается за счет распрямления линии и определяется величиной ее провеса. В свою очередь, провес линии пропорционален массе каната, и, следовательно, чем длиннее линия или чем она тяжелее, тем большее расхождение между судами может быть обеспечено.

На практике утяжеление линии получают путем комбинирования стального буксирного каната с отрезками якорной цепи. Массу одного метра такой линии принимают равной:

, (7.1)

При буксировке за кормой тормозящие влияния на буксируемое судно оказывает кильватерная струя буксировщика. Испытания показали, что существенное влияние струи становится заметным, если расстояние между судами менее двух длин буксировщика. Следовательно, минимальная длина буксирной линии не должна быть меньше этой величины независимо от амортизационных свойств линии.

7.2 Диаграмма буксировки. Расчет прочности буксирной линии

При буксировке за кормой натяжение буксирного каната равняется сопротивлению буксируемого объекта при данной скорости

T_г = R_б.о = К_б..оv²,

где К_б...о — гидродинамический коэффициент сопротивления буксируемого объекта.

Сопротивление объекта и собственное сопротивление буксировщика преодолевается тягой винта буксировщика:

Р =R_б..о + R_б = К_б...о+ К_б.v²,

где К_б — гидродинамический коэффициент сопротивления буксировщика.

Следовательно, тяга на гаке (натяжение буксирного каната)

T_г = P-R_б = P-К_б.v². (7-2)

Данная формула является основным уравнением буксировки без учета инерционных сил, возникающих при рывке буксирного каната. Решение основного уравнения получают графическим путем. С этой целью строят кривые зависимости потребной тяги винта Р, сопротивления буксировщика R_б и сопротивления буксируемого судна от скорости буксировки. Эти кривые называют диаграммой буксировки (рис. 7.1). Значения Р, R_б и R_бo можно рассчитать двумя способами.

Рис. 7.1. Диаграмма буксировки

1 . Если на судах имеются паспортные диаграммы (см. рис. 1.5), то необходимые значения тяг определяются непосредственно по графику. Однако кривые потребных тяг не учитывают сопротивления воздуха, волн, буксируемого объекта, винта и буксирного каната, если он находится в воде. Величины сопротивления воздуха и волн рассчитывают отдельно для трех, четырех скоростей буксировки по формулам (1.2), (1.3). Сопротивление буксировке со стороны гребных винтов буксируемого судна рассчитывают по формуле (тс)

R_винта = knd²v² (7.3)

где k —коэффициент, равный: 2,2 — для застопоренных винтов,

0,8 — для свободно вращающихся винтов;

п — количество гребных винтов;

d — диаметр гребных винтов, м;

v — скорость буксируемого объекта, уз.

Величины сопротивлений каната в воде R_K приведены в табл. 7.1.

Т а б л и ц а 7.1

Величина сопротивления стальных канатов в воде, кгс

Диаметр каната, мм	Длина каната, м
	350			550			750
	Скорость буксировки, уз
	8	10	12	8	10	12	8	10	12
32,5 39 52 66	400 500 700 1000	650 800 1100 1400	950 1200 1600 2000	600 800 1100 1400	900 1300 1700 3200	1500 1900 2500 3200	900 1100 1500 1900	1300 1800 2300 3000	2100 2600 3400 4300

Суммирование вычисленных сопротивлений целесообразно производить графически. Кривую потребной тяги буксировщика получают графическим суммированием кривых R_б, R_6..о.

2. Если диаграмма ходовых характеристик отсутствует, сопротивление чистого корпуса рассчитывают по зависимости

,

где R_i, R_i-1—сопротивления воды движению судна при скоростях v_i и v_i-1 соответственно.

В качестве исходных величин сопротивления и скорости принимают тягу винта в режиме полного хода по формуле (1.4) и номинальную скорость v_ном. Сопротивление воздуха, волн, винта и буксирного каната рассчитывают по тем же формулам, что и в предыдущем случае.

С помощью диаграммы буксировки решают следующие задачи.

1. При плановой буксировке, т. е. когда имеется возможность изготовить буксирную линию надлежащей прочности и длины, определяют максимальную скорость буксировки данного объекта и натяжение в буксирной линии, соответствующее этой скорости.

2. При аварийной буксировке, т. е. когда приходится использовать имеющиеся на судне канаты, оценивают возможность применения того или иного каната и определяют допустимую скорость буксировки.

Для определения максимальной скорости буксировки необходимо на оси ординат отложить максимальную тягу винта, равную тяге винта в режиме полного хода (Р_п.х), и провести горизонтальную линию до пересечения с кривой Р (точка b). Максимальной скоростью буксировки v_m будет абсцисса точки b. Наибольшее натяжение в буксирном канате (тяга на гаке Т_г) найдется как ордината точки а. По тяге на гаке определяют разрывное усилие каната Т_р = пТ_г, где п — коэффициент запаса прочности, и по нему выбирают диаметр каната.

Вторая задача решается в обратной последовательности. Для определения допустимой скорости буксировки (при заданном диаметре каната на оси ординат откладывают допустимое для данного каната натяжение Т'_г=Т_р/п, скорость буксировки находят как абсциссу точки с.

Следует отметить, что определенную таким образом скорость следует рассматривать как приближенную. Ее можно использовать, например, для оценки времени перехода. Действительную же допустимую скорость следует определять непосредственно в процессе буксировки по поведению буксирной линии.

Поскольку задача определения скорости буксировки имеет второстепенное значение, а дополнительное сопротивление от давления ветра и волнения моря на тягу на гаке влияет незначительно, то расчет диаграммы буксировки можно упростить. Если размеры обоих судов примерно одинаковы или буксируемое судно меньше буксировщика, то кривые R_б, R_б.о рассчитывают без учета дополнительного сопротивления от давления ветра и волнения. Тягу на гаке определяют так же, как это указано выше, независимо от состояния погоды, но при этом следует помнить, что при наличии ветра или волнения скорость буксировки будет меньше той, которую получим по диаграмме. Если размеры буксируемого судна значительно больше буксировщика, то максимальное натяжение в буксирной линии принимают равным упору винта буксировщика в швартовном режиме или рассчитывают по формуле (1.5) и по нему определяют разрывное усилие каната.

T_p=nP_шв,

т. е. в этом случае строить диаграмму буксировки нет необходимости.