Теория устройства судна. Федеральное агентство морского и речного транспорта федеральное государственное бюджетное образовательное

• Название: Федеральное агентство морского и речного транспорта федеральное государственное бюджетное образовательное
• Анкор: Теория устройства судна
• Дата: 24.05.2023
• Размер: 3.77 Mb.
• Имя файла: Kursovoy_proekt_01_35.docx
• Тип: Анализ; #1156279

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени адмирала Г. И. Невельского

Кафедра теории и устройства судна Теория и устройство судна

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет мореходных качеств танкера дедвейтом 3474 т по информации об остойчивости и прочности


Выполнил: к-т 01.35 группы

Педоренко И.С. Проверил: преподаватель:

Огай А. С.

Владивосток

2021

Содержание

1. 
   Введение 3
   
2. 
   Исходные данные 4
   
   1. 
      Количество запасов на рейс 4
      
3. 
   Расчет мореходных качеств судна 5
   
   1. 
      Размещение грузов пропорционально объему грузовых помещений и расчет первоначального грузового плана 5
      
   2. 
      Анализ исходного варианта загрузки судна 10
      
   3. 
      Расчет исправленного грузового плана и его параметров мореходности 10
      
   4. 
      Анализ откорректированного грузового плана 13
      
      1. 
         Расчет поправок к плечам статической остойчивости от перетекания жидкости 14
         
      2. 
         Критерий погоды 15
         
      3. 
         Остойчивость 17
         
      4. 
         Штормовая диаграмма Ремеза 18
         
4. 
   Выводы о мореходном состоянии судна на отход 20
   

1 Введение

Используя полученный объем знаний в ходе самостоятельного изучения, лекционных и лабораторных занятий в данном курсовом проекте нам предстоит рассчитать оптимальный план загрузки судна с соблюдением различных критериев, таких как посадка, прочность, остойчивость и других для обеспечения безопасности человеческой жизни на море, контролируя мореходность расчетными методами по судовым документам, а также безопасность грузов и пассажиров в соответствии с требованиями Конвенции ПДНВ.

2. Исходные данные

Тип груза – жидкий; Грузовая марка – летняя;

D – дальность плавания, мили;

ρ – плотной забортной воды, т/м³;P_гр

– количество груза, т;

𝜌_гр – плотность груза, т/м³; λ – длина волны в рейсе, м;

φ⁰ – курсовой угол к волне, градусов.

В расчетах применяются следующие коэффициенты: А = 20, B = 0,001,С =

10, Е = 0,03, Н = 0,4. Рассчитаем исходные данные по варианту (Гр = 5, П = 4).

D, мили	ρ, т/м3	ρгр, т	ρгр, т/м3	λ, м	φ°, град
2500	1,025	2250	1,09	90	92,5

1. Количество запасов на рейс

Количество дизельного топлива:

344 ∙ D

P_дт =
Количество масла:

4000

= 215 т

P_м =

Количество воды:
P_в =

17 ∙ D

4000
58 ∙ D

4000
= 10,625 т


= 36,25 т

3. Расчет мореходных качеств судна

1. Размещение грузов пропорционально объему грузовых помещений и расчет первоначального грузового плана

Для этого определяется коэффициент пропорциональности, то есть масса груза, приходящегося на 1 м³ грузовых помещений:

^Pгр 2250 т

м

^∑ 𝑉
a =

гр 𝑖

= _3340,85 = 0,673 ( ₃)

где V_{тр i} – суммарный объем грузовых помещений

Масса груза P_i, приходящаяся на каждое из судовых помещений:

P_i = a ∙ V_{тр i}
Распределение груза по грузовым помещениям выглядит следующим образом:



Таблица 1. – Распределение груза пропорционально объемам грузовых помещений Для построения таблицы нагрузок, я использую судовой документ:

«Гидростатические элементы отсеков». В данном документе я использую объем, ^{занятый грузом или запасами для определения X, Y, Z, I}x^{. С помощью формул:}

M =P ⋅Z ;

zi i gi

M_xi=P_i ⋅X_gi;

определяем моменты для каждого отсека, затем складываем их:

M_z=ΣM_zi;

х хi
М =ΣМ ;

В итоге находим

z

Z

g
= M / Δ;

танка.

А также рассчитываем поправку на свободную поверхность для каждого Таблица нагрузок будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 1. – Таблица нагрузок
Для расчета параметров посадки нам требуется судовой документ:

«Гидростатические элементы судна». В нем с помощью объемного водоизмещения находим d_ср, xf, x_c, ZM. Затем с помощью этих элементов вычисляем d_н и d_k



Подсчитываем возвышение ЦТ судна по формуле:


С учетом поправки свободной поверхности:


Определяем возвышение ЦТ судна:

Определяем аппликату поперечного метацентра судна по водоизмещению по таблице гидростатических элементов судна. Рассчитываем начальную метацентрическую высоту с учётом свободных поверхностей. Рассчитываем сумму

положительных статических моментов относительно миделя. Проверяем прочность по диаграмме контроля продольной прочности, по известным ∆ = 3857,245, Мx = 32550 и Df = -0,156 и проверяем положение ЦТ по диаграмме допустимых Zg(Z`g = 4,844, ∆ = 3857,245) , которые представлены на рисунках ниже. Получившиеся данные оформили в виде таблицы, представленной на следующей странице.

XG	Z'G		dср	Xf	Xc	ZM		dн		dк
Таблица нагрузок		Гидростатические характеристики судна
0,164	4,844		4,525	-0,391	0,353	106,925		4,446		4,602

Посадка
Эквивалентная осадка (без облединения), м
Угол крена, град	-0,221 (левый борт)
Осадка на носовом перпендикуляре, м	4,446
Осадка на кормовом перпендикуляре, м	4,602
Дифферент, м	-0,156

ZM	Z'G	h0	h
106,925	4,844	1,858	1,063

Мx = 32550

Таблица 2. – Гидростатические элементы и посадка судна

Рисунок 2 – Диаграмма продольной прочности


Рисунок 3 – Диаграмма контроля остойчивости

2. Анализ исходного варианта загрузки судна

Посадка судна соответствует следующим критериям:

• 
  средняя осадка (на миделе) не превышает осадку по грузовую марку
  

(4,525 м);

• 
  осадка носом для обеспечения безопасности по слеммингу не менее 2,5% от длины судна между перпендикулярами (4,95 %);
  
• 
  осадка кормой для обеспечения наименьшей потери скорости на волнении из-за оголения гребного винта должна быть не менее 4% от длины судна между перпендикулярами (5,1 %);
  
• 
  для обеспечения наилучших ходовых качеств судно должно иметь посадку на ровный киль или с дифферентом на корму не более 1 метра (-0,156 м на корму)
  

Дифферент судна удовлетворяет требованиям, но для повышения мореходного состояния судна необходимо принять балласт и/или переместить груз (для того, чтобы дифферент стал равен нулю).

Остойчивость удовлетворяет основным требованиям PMPC, так как точка 𝑍_𝑔до𝑘 находится в зоне достаточной остойчивости.

Общая прочность также соответствует нормам, так как точка на диаграмме продольной прочности лежит в пределах допустимых значений.

3. Расчет исправленного грузового плана и параметров мореходности

Для того, чтобы избавиться от дифферента, заполним грузовой танк №1 ДП под 72,17%, грузовой танк №3 оставим без изменений, грузовой танк №4 заполним под 90,16%, а остальные танки заполним под 100%, грузовые танки №2 и №5 оставим пустыми.

Распределение груза по грузовым помещениям выглядит следующим образом(смотри следующую страницу):


Таблица 3. – Распределение груза для избежания излишнего дифферента

Принцип расчета таблицы нагрузок, гидростатических характеристик и посадки судна аналогичен расчету первоначального грузового плана. Рассчитываем сумму положительных статических моментов относительно миделя. Проверяем прочность по диаграмме контроля продольной прочности, по известным ∆ =3857,245 , М x=30860,19 и Df = -0,006 и проверяем положение ЦТ по диаграмме допустимых Zg(Z`g = 5, 23, ∆ = 3192). В итоге имеем следующие значения:






Рисунок 4. – Таблица нагрузок откорректированного грузового плана

XG	Z'G	dср	Xf	Xc	ZM	dн		dк
Таблица нагрузок		Гидростатические харасктеристики судна
0,352	4,884	4,525	-0,391	0,353	106,925	4,522		4,528

Посадка
Осадка (без обледенения), м
Угол крена, град.	-0,342
Осадка на носовом перпендикуляре, м	4,522
Осадка на кормовом перпендикуляре, м	4,528
Дифферент, м	-0,006

Zm	Z'G	h0	h
5,907	4,884	1,461	1,023

Мx=30860

Таблица 4. – Гидростатические элементы и посадка судна



Рисунок 5 – Диаграмма контроля продольной прочности



Рисунок 6 – Диаграмма контроля остойчивости

4. Анализ откорректированного грузового плана

Параметры посадки, продольная прочность, дифферент, остойчивость соответствуют критериям, указанным в пункте 3.2.

1. Расчет поправок к плечам статической остойчивости от перетекания жидкости

Для расчета я использовал судовой документ: «моменты от перетекания жидкостей в грузовых и балластных танках. Используя уровень жидкостей в танках мы находим поправочные моменты от перемещения жидкого груза при крене и записываем в таблицу, затем для каждого угла крена находим сумму всех моментов, умножаем на плотность и делим на водоизмещение и получаем поправки к плечам. Ниже приведены расчеты.



Таблица 5. – Моменты от перетекания жидкости при разных углах крена

Для того что бы построить диаграмму статической остойчивости мы находим sin угла крена ,умножаем на Zg ,которую берем из таблицы нагрузок ,затем по судовому документу: «Пантокарены» ,находим плечо формы l_ф с помощью водоизмещения и угла крена и вычисляем плечо статической остойчивости

l st=lp-Zgsinθ-δlθ

Затем находим плечи динамической остойчивости по формуле:

𝒍 = 𝒍

₊ ^𝒍𝒔𝒕𝒊^+𝒍𝒔𝒕𝒊+𝟏 _∗ ^𝜃𝒊+𝟏^+𝜃𝒊

𝒅𝒊+𝟏

𝒅𝒊 _𝟐

𝟓𝟕, 𝟑

Таблица 6. – Расчет плеч статической и динамической остойчивости Строим ДСО и ДДО по получившимся значениям.



Рисунок 7 – Диаграмма статической остойчивости


Рисунок 8 – Диаграмма динамической остойчивости

2. Критерий погоды

Выполняется расчёт плеча момента от ветра по формуле:

l_w1= ^{𝑃𝑣𝐴𝑣𝑧𝑣} =0,022

1000𝑞∆
p_v – ветровое давление (504 Па);

z_v – возвышение центра парусности над половиной осадки, м;

A_v – площадь парусности, м². Выбирается из таблицы «Данные по площадии координатам центра парусности» по .

A_v = 446,11 (м²) z_v = 3,684 (м)

По величине l_w1 определяем угол крена от постоянного ветра:

θ_w1=4,5, что соответствует норме т. к. θ_w1<16

Расчет плеча кренящего момента от шквала (динамического ветра) выполняется по формуле

l_w2 = 1,5 ∙ l_w1 = 1,5 ∙ 0,022 = 0,033 (м)

Амплитуда качки рассчитывается по зависимости:






^θ1r ^{= 109 ∙ k ∙ X}1 ^{∙ X}2 ^{∙ √r ∙ S = 109 ∙ 0,88 ∙ 0,976 ∙ 1 ∙ √0,778 ∙ 0,045 = 17,5°}

k – коэффициент, учитывающий влияние скуловых килей. У нас кили отсутствуют, поэтому:

k = 1,0
X₁ и X₂ -безразмерные множители, определяемые по таблицам
r – параметр, определяемый по формуле
r= 0,73+0,6*^{(𝑍𝑔−𝑑)}=0,778

𝑑

T=2 ∗ ^𝑐𝐵=11,226

√^ℎ

c=0.373+0.023*^𝐵 - 0.043* ^𝐿

= 0,406

^𝑑 100
Площади «а» и «b» рассчитываются по следующим формулам:
a = l_d(θ1r-θw1)-l_d(θst)+^{𝑙𝑤2(θ1𝑟−θ𝑤1+θ𝑠𝑡)} = 0,030 – 0,002+ 0,033*(17,5 – 1,5 + 2) / 57,3 = 0,038

57.
b = l_d(θw2)-l_d(θst)-^{𝑙𝑤2(θ𝑤2−θ𝑠𝑡)} = 0,244 – 0,002- 0,033*(50 – 2) / 57,3 = 0,214

57.3
𝑎

𝐾 = _𝑏 ≥ 1

𝑎 0,038

𝐾 = _𝑏 = _0,214 = 5,590
На следующей странице наглядно представлен критерий погоды.

пл

3. Остойчивость

Судно должно удовлетворять следующим условиям:

Исправленная метацентрическая высота	1,023
Критерий погоды	5,59
Максимальное плечо ДСО	4,65
Угол максимума ДСО	40,25
Угол заката	74
Аппликата метацентра	5,907
Аппликата центра тяжести судна	4,884
Суммарная поправка к МЦВ	0,437

Таблица 7 – Условия остойчивость
Продольная прочность и местная прочность находятся в пределах допустимых значений. Судно полностью удовлетворяет всем условиям и готовок выходу в рейс.

4. Штормовая диаграммы Ремеза

Выполним расчет околорезонансной зоны основного резонанса, при известной длине волны:

 = 92,5 – курсовой угол к направлению бега волны;

 = 90 м – длина волны;

V_с = 12,0 уз. – скорость судна;

T = 11,23 с – собственный период бортовой качки на тихой воде.

Околорезонансную зону основного резонанса определяем по штормовой диаграмме Ремеза. Для этого проводим горизонталь на заданной длине волны .Из точки пересечения горизонтали с кажущимся периодом T_в, равным периоду качки на тихой воде (T_в = T= 11,23 с) и проведем вертикаль по планшету. Любое сочетание курсового угла  и скорости V_с на этой линии будет соответствовать условию резонансной качки. Наша точка, соответствующая заданным условиям, не попадает на линию резонансной качки.

Околорезонансную зону выделяем вертикалями (красного цвета) из точек пересечения горизонтали по  с кажущимся периодом T_в = T/1,3 = 11,23/1,3 = 8,6 (с) и T_в = T/0,7 = 11,23/0,7 = 16,04(c). Полоса на планшете между полученными вертикалями – околорезонансная зона основного резонанса. Точка на планшете (выделенная зеленным цветом), соответствующая заданным значениям курсового угла и скорости, не попадает в эту зону. Значит, при таких условиях плавания судно не попадает в околорезонансную зону основного резонанса.

Далее определяем околорезонансную зону параметрического резонанса. В этом случае кажущийся период встречи с волной T_в в два раза меньше периода качки на тихой воде (T_в = T/2 = 11,23/2 = 5,62 с), при этом возможно значительное увеличение амплитуды качки.

Для определение околорезонансной зоны параметрического резонанса

проведем вертикали (розового цвета) из точек пересечения уровня  с линиями

кажущегося периода Тв = Т/1,3 = 5,62/2,1 = 2,68 (c) и Тв=Т/1,9 =5,62/1,9 = 2,96 (с).
Точка попала в эту полосу, значит, судно при таких условиях плавания попадает в зону параметрического резонанса.



Рисунок 10 – Диаграмма Ремеза

3. Выводы о мореходном состоянии судна на отход

В данном курсовом проекте у нас получилось соблюсти все параметры и характеристики судна в соответствии с требованиями правил Российского Морского Регистра Судоходства для успешного выхода в рейс и безопасного перехода в соответствии с конвенцией ПДНВ.