Буксировка аварийного судна в ледовых условиях (стр. 8 из 10)

В этой части диплома приведен способ расчета сопротивления движению судна во льдах и скорости буксировки, пригодный для выполнения расчетов в судовых условиях.

Максимальной скоростью при буксировке будет та, при которой сопротивление буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта:

, (3.1)

где P_m-максимальный упор винта буксировщика, кН;

R₀-суммарное сопротивление, кН;

R₁-сопротивление буксирующего судна, кН;

R₂-сопротивление буксируемого судна, кН.

Расчет буксировки производится в следующем порядке:

Определяется максимальный упор винта буксировщика или сопротивление движению судна при максимальной скорости, которое равно упору винта при швартовом режиме.

Определяется сопротивление буксирующего и буксируемого судов на различных скоростях буксировки.

Составляется таблица и чертятся графики R₁, R₂, R₀ зависимости сопротивлений от скорости буксировки, по которым определяются максимальная скорость буксировки и тяга на гаке.

3.2 Расчет упора винта буксировщика

Для приближенной оценки упора винта буксировщика может быть использована формула Регистра России расчета упора винта на швартовах:

кН, (3.2)

где Р_{m -} упор винта, кН;

N_{i -} мощность главной силовой установки, кВт,

3.3 Расчет сопротивления судов

Сопротивление буксирующего судна равно сумме сопротивлений:

, (3.3)

где R_{СТ -} сопротивление трения, кН;

R_{С -} остаточное сопротивление, кН;

R_{возд -} сопротивление воздуха, кН;

R_В-сопротивление от волнения, кН,

R_л - ледовое сопротивление, кН (рассчитываем для битого льда, сплоченностью 6 баллов)

Сопротивление буксируемого судна отличается от сопротивления буксирующего судна дополнительным сопротивлением застопоренного винта R_{З. В} и буксирного троса R_ТР, кН:

. (3.4)

Сопротивления можно рассчитать по эмпирическим формулам:

Сопротивление трения (в кН):

, (3.5)

где υ - плотность воды, кг/м³ (плотность соленой воды - 1025 кг/м³);

S - площадь смоченной поверхности судна, м²;

К_{ф -} коэффициент трения.

Для транспортных судов и плавбаз:

где L_{в -} длина действующей ватерлинии при средней осадке, м; В - ширина, м; Т_{ср -} средняя осадка, м (используем по Т_ср в грузу). Для буксирующего судна:

2568,1 м²

Для буксируемого судна:

1383,4 м²

Сопротивление остаточное (в кН):

, (3.6)

где V_{б -} скорость судна при буксировке, м/с;

δ - коэффициент полноты водоизмещения;

D_{в -} водоизмещение судна, т;

L - длина судна, м.

Воздушное сопротивление (в кН):

, (3.7)

где К_о-коэффициент обтекания, при ветре, параллельном ДП, равен 0,8);

υ=1,25-плотность воздуха, кг/м³;

A_Н-проекция надводной части поверхности судна на плоскости

мидельшпаунгоута, м;

v_B-скорость встречного ветра, м/с;

v_б-скорость буксировки, м/с.

Сопротивление застопоренного винта (в кН):

, (3.8)

где d_В-диаметр винта, м.

3.4 Чистое ледовое сопротивление движению судна в битых льдах

Процесс движения судна в битых льдах очень сложен, составить его аналитическое описание не представляется возможным. Поэтому расчетные зависимости, связывающие сопротивление судна в битых льдах со скоростью движения, размерениями и параметрами льда, создавались на основании эмпирических данных, полученных в ходе натурных экспериментов. Основываясь на исследованиях, чистое сопротивление движению судна в битых льдах представим в следующем виде:

(3.9)

Где r - протяженность битого льда, м;

h - толщина битого льда, м;

r - плотность льда, т/м³;

f_т - коэффициент трения борта о лед (f_т = 0,08÷0,15);

a - коэффициент полноты действующей ватерлинии;

a_н - коэффициент полноты носовой части действующей ватерлинии;

a₀ - угол входа носовой ветви действующей ватерлинии, град;

- безразмерные коэффициенты (табл.3.1);

S_сж - сила сжатия, баллы;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Таблица 3.1 - Значения коэффициентов

Коэффициенты	Сплоченность льда, баллы
	4	6	8	10
	0	0	7 × 10-2	7,4 × 10-2
	0,93	2,54	5,70	8,2
	4,3	4,3	4,3	4,3
	-	-	-	30 × 10-2

Транспортное судно будет испытывать большее сопротивление, чем ледокол из-за наличия цилиндрической вставки. Поэтому ледовое сопротивление судна можно выразить:

, (3.10)

гдеR_{лч -} ледовое сопротивление, рассчитанное без учета влияния цилиндрической вставки (в кН);

l_цв - длина цилиндрической вставки, м;

K_цв - коэффициент, равный 0,4.

Расчеты сопротивлений судов сводим в таблицу 3.2

3.4 Определение максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке

По данным таблицы 3.2 строим графики сопротивлений R₀ и R₂ в прямоугольной системе координат, затем используют их для определения максимальной скорости буксировки и силы тяги на гаке (Рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Определение тяги на гаке и скорости буксировщика

Максимальный упор гребного винта буксировщика равен 829,6 кН. Требуется определитьV_бmax и силу тяги на гаке Т_г.

По оси ординат откладываем отрезок "0a", равный 829,6 кН. Через точку "a" проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой суммарного сопротивления в точке "b". Из точки "b" опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и получаем при их пересечении точку "c". Отрезок "0c" представляет собой максимальную скорость буксировки V_бmax, которая равна 11,3 уз.

Для определения тяги на гаке отыскиваем точку пересечения перпендикуляра "bc" с кривой сопротивления буксируемого судна. Обозначив эту точку буквой "d", проведем через нее линию, параллельную оси абсцисс, до-пересечения ее с осью ординат в точке "e". Отрезок "0e" определяет тягу на гаке Т_г, которая равна 380 кН. Это и есть усилие, на которое следует подбирать буксирный трос.

4. Разработка буксирного устройства и кранцевой защиты для обеспечения буксировки аварийного судна транспортным судном

4.1 Буксирное устройство на ледоколах

При проектировании буксирного устройства и кранцевой защиты для транспортного судна я основывался на принципиальной схеме буксирного устройства судов ледокольного типа (рис.4.1 и рис.4.2).

Основные составляющие:

буксирная лебедка с емкостью барабана около 500-700 м буксирного троса с канатоукладчиком и автоматикой для удержания заданной длины и тягового усилия в канате;

амортизатор (демпфер) гидродинамического или иного типа;

две буксирные серьги - одна у самого кормового выреза, другая на палубе по линии буксирного троса между лебедкой и кормовой серьгой;

кормовой вырез достаточной глубины для предотвращения выхода из него форштевня буксируемого судна на поворотах, оборудованный надежными мягкими кранцами.

На мощных ледоколах кранцы, как правило, устанавливаются в два яруса, причем кормовые кранцы для большей износоустойчивости покрываются металлической кольчужной сеткой.

4.2 Необходимые составляющие

Зачастую, в случаях аварийной буксировки на транспортном судне выбор снабжения ограничен. Исходя из этого, при проектировке буксирного устройства я использовал элементы, имеющие достаточно широкое применение на судах транспортного флота.