Лаюораторные работы водный транспорт. Методические указания для курсантов спе циальности 18040265, выполняющих лабораторные работы по курсу Управ ление судном
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени адмирала Г.И. Невельского Кафедра «Управление судном» Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Управление судном» для курсантов 4 курса Специальность 18040265 Составили: Е.Д. Куваев В.И. Цапенко Владивосток 2007 ВВЕДЕНИЕ Настоящее издание содержит методические указания для курсантов спе- циальности 18040265, выполняющих лабораторные работы по курсу «Управ- ление судном», и включает варианты заданий, справочный материал и необ- ходимые пояснения. В приложениях приведены основные размерения и так- тико-технические данные танкера «Вирго», и документы ИМО по океанским буксировкам, которые могут быть полезными при выполнении других работ, в том числе по другим дисциплинам. Лабораторные работы выполняются с целью закрепления знаний, полу- ченных при изучении теоретического курса. Тип и название судна выбирает- ся самостоятельно в зависимости от возможности получения тактико- технических данных и иных необходимых сведений о судне, на котором кур- сант проходил плавательную практику. Конкретные данные задания уточня- ются преподавателем. Если отсутствуют данные судна, на котором курсант проходил практику, предлагается выполнять расчеты по танкеру «Вирго», вариант задания для каждого экипажа рассчитывается следующим образом: [номер группы в по- токе (например, 1, 2, 3 …) – 1] × 6 + номер экипажа. При защите лабораторных работ каждый курсант должен быть готов от- ветить на все вопросы по рассматриваемой теме. ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 1. Титульный лист (см. прил.2). 2. Текст пояснительной записки. 3. Необходимые расчеты. 4. Список использованной литературы. Примечание: работа выполняется на развернутых тетрадных или стан- дартных листах (формат A4). ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ТЕМА: Буксировка при отсутствии волнения. ЦЕЛЬ: Расчет буксирного троса. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ К РАБОТАМ № 1, 2, 3: υ – скорость движения (буксировки), м/с; υ пх – скорость полного хода, м/с; υ доп – безопасная (допустимая) скорость буксировки, м/с; R б – полное сопротивление буксирующего судна, кН; R бf – сопротивление трения буксирующего судна, кН; R бr – остаточное сопротивление буксирующего судна, кН; 2 R б.возд. – воздушное сопротивление буксирующего судна, кН; R б.волн. – волновое сопротивление буксирующего судна, кН; R 0 – полное сопротивление буксируемого судна, кН; R 0f – сопротивление трения буксируемого судна, кН; R 0r – остаточное сопротивление буксируемого судна, кН; R 0.возд. – воздушное сопротивление буксируемого судна, кН; R 0.волн. – волновое сопротивление буксируемого судна, кН; R 0винт. – сопротивление винта буксируемого судна, кН; R тр – сопротивление буксирного троса, кН; Р υ – упор винта буксирующего судна при скорости буксировки υ , кН; Р ш – упор гребного винта на швартовах, кН; F г – тяга на гаке, кН; f – коэффициент трения; ρ – плотность воды, кг/м 3 ; пресной – 1000; соленой – 1025; ρ в ≈ 1,25 – плотность воздуха, кг/м 3 ; С возд – коэффициент обтекания, равный от 0,8 при ветре, параллельном диаметральной плоскости, до 1,0 при ветре, дующем под углом примерно 30° к ДП; А н – проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель- шпангоута, м 2 ; U – скорость ветра, м/с; k волн – коэффициент волнового сопротивления; R з.в. – сопротивление застопоренного винта, кН; R пр.в. – сопротивление проворачиваемого винта, кН; A/A d – дисковое отношение винта; D в – диаметр гребного винта, м; l п – длина погруженной части буксирного троса, м; l – полная длина буксирного троса, м; d тр – диаметр буксирного троса, м; q – линейная плотность буксирного троса в воде, кг/м; h т – средняя высота закрепления буксирного троса над уровнем моря, м; Р раз – разрывное усилие троса, кН; Р раб – рабочая нагрузка на трос, кН; k з.п. – коэффициент запаса прочности; L – длина судна по конструктивной ватерлинии, м; В – ширина судна, м; d – осадка судна, м; d н – осадка судна носом, м; d к – осадка судна кормой, м; d ср – средняя осадка судна, м; d мид – осадка судна на миделе, м; ∇ – объемное водоизмещение судна, м 3 ; Δ – массовое водоизмещение судна, т; S вл – площадь ватерлинии, м 2 ; 3 X f – абсцисса центра тяжести площади ватерлинии, м; α – коэффициент полноты ватерлинии; β – коэффициент полноты подводной части мидель-шпангоута; δ – коэффициент общей полноты; Ω – площадь смоченной поверхности, м 2 ; h в – высота волны, м. ЗАДАНИЕ: 1. Выполняется аварийная буксировка однотипного судна, используются штатные буксирные средства и оборудование. Посадка буксирующего судна выбирается из колонок 2, 3, посадка буксируемого – из колонок 4, 5 вариан- тов задания (прил. 3). 2. Описать подготовку судна к буксировке. Перечислить способы крепле- ния буксирных канатов. Вычертить схему крепления буксирного троса на буксирующем и буксируемом судне. 3. Рассчитать сопротивление движению судов в зависимости от скорости, вычертить графики сопротивления буксирующего и буксируемого судов, а также суммарное. 4. Рассчитать упор гребного винта при скорости полного переднего хода (ходовой режим) и по нему найти скорость буксировки и тягу на гаке. 5. Описать и вычертить схемы (вид сбоку и вид сверху) огней и знаков, которые согласно МППСС выставляют суда, занятые буксировкой (секторы, дальность видимости). Контрольные вопросы: 1. Назовите виды морских буксировок? 2. Как рассчитывают скорость буксировки? 3. Что означает коэффициент запаса прочности буксирного троса, кто его устанавливает и в каких пределах? 4. Как рассчитывается тяга на гаке и чем она отличается от допусти- мой тяги? 5. Какие бывают способы крепления буксирных тросов? 6. Показать схему расчета сопротивления движению буксировщика. 7. Показать схему расчета сопротивления движению буксируемого судна (объекта). 8. Как определяется длина буксирного троса по рекомендации ИМО? 9. Коэффициент запаса прочности троса, как он определяется, кем ус- танавливается, его значения для морских буксировок? 4 МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ Морские буксировки относят к особым случаям морской практики, так как этот вид работы связан с весьма сложным маневрированием при самых разнообразных обстоятельствах. По назначению буксировки могут быть плановыми и случайными (выну- жденными или аварийными). Плановая буксировочная операция готовится заранее, и объект буксировки (несамоходное судно, плавкран, плавдок, буро- вая вышка и другие плавучие сооружения) оборудуется специальными уст- ройствами и техническими средствами, а все предварительные расчеты по буксировке и рекомендации капитанам буксирного каравана готовятся спе- циалистами научных учреждений или опытными капитанами. Морские и океанские буксировки судов и других плавучих сооружений, выполняемые буксирами, осуществляются на буксирных тросах длиной 500– 700 м и более, подаваемых с буксирных лебедок или посредством специально составленной буксирной линии. Условия, которые должны выполняться во время дальних морских океанских экспедиционных буксировок, устанавли- ваются нормативными документами ИМО (см. прил. 4), министерства транс- порта и других государственных органов, а также договором на буксировку. В числе основных условий определены сроки буксировочных экспедиций по времени года, типы буксируемых объектов (суда, плавучие доки, плавучие краны), мореходность буксируемых объектов (например, объекты, мореход- ность которых менее 4 баллов по волнению моря, к буксировкам не прини- маются), рекомендованные районы плавания и др. Особенностью портовой буксировки (кантовки), осуществляемой в пор- тах с использованием буксирных тросов, является малая их длина (50–70 м), а также применение способов работы на упор и лагом, когда корпуса буксира и судна находятся в непосредственном контакте. Особым видом буксировок является проводка судов во льдах, когда ледо- кол проводит транспортное судно вплотную, «на усах» или на коротком бук- сире. Возможны два варианта безопасной буксировки в припайных льдах по ранее проложенному каналу: буксировка на коротком буксире при длине буксирной линии равной длине тормозного пути; буксировка на буксире длиной 2–3 м, обеспечивающая управляемость ледокола и отсутствие разру- шений конструкций судов случае их контакта. Вынужденные буксировки аварийных судов могут выполняться буксира- ми-спасателями экспедиционного отряда АСПТР или транспортными суда- ми, находящимися вблизи бедствующего судна. Капитан буксирующего суд- на на месте принимает решение о способе крепления буксирного троса, его длине, скорости движения каравана и выборе пути следования. Очень важно, чтобы буксирный трос был удобен при работе (подача, крепление, отдача). Наиболее подходит для этого стальной трос. Якорная цепь из-за большой массы неудобна, особенно на корме буксирующего суд- на. На буксирных судах применяют синтетические буксирные тросы. Для об- 5 легчения работы с тросами и получения достаточно большого провеса при- меняют комбинированные буксирные линии. Скорость буксировки определяется сопротивлением буксирующего R б , буксируемогоR 0 судов, буксирного троса R тр и упором винта буксировщика Р при заданной скорости буксировки υ Суммарное сопротивление должно быть преодолено упором гребного винта буксирующего судна: Р ш = R б + R 0 + R тр Разница между упором винта на швартовах и сопротивлением букси- рующего судна при уменьшенной скорости движения и есть та сила, которая используется на продвижение буксируемого судна. Эту силу называют тягой на гаке: F г = Р ш – R б = R 0 + R тр Максимальной скоростью при буксировке будет та скорость, при которой сопротивления буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта Р ш . Эту скорость легко определить, если построить сум- марный график сопротивления буксирующего и буксируемого судов в зави- симости от скорости. Расчет производят в следующем порядке. Находят сопротивление буксирующего судна при различных скоростях одним из методов, применяемых в теории корабля, например: R б = R f + R ост + R возд + R волн Составляющие сопротивления воды (кН) можно рассчитывать по эмпи- рическим формулам: сопротивление трения R f = f × ρ × Ω × υ 1,83 ×10 -5 ; остаточное сопротивление R r = 0,09 × δ × Δ × υ 4 /L 2 , где f – коэффициент трения, который зависит от длины судна и выбира- ется из табл. 1; Таблица 1 Зависимость коэффициента трения от длины судна L, м f L, м f L, м f L, м f 30 0,147 80 0,143 130 0,141 180 0,140 40 0,146 90 0,143 140 0,141 190 0,140 50 0,144 100 0,142 150 0,141 200 0,139 60 0,144 110 0,142 160 0,140 210 0.139 70 0,144 120 0,141 170 0,140 220 0,139 Воздушное сопротивление: R возд = C возд ×( ρ в /2)A н ×(U ± υ ) 2 ×10 –3 Сопротивление судна на волнении: R волн = k волн ×( ρ /2) × Ω × υ 2 ×10 -3 , k волн – коэффициент волнового сопротивления (табл. 2): 6 7 Таблица 2 Коэффициент волнового сопротивления Волнение, баллы k волн 1 – 2 (0,1 ± 0,2) 10 -3 3 – 4 (0,3 ± 0,4) 10 -3 5 – 6 (0,5 ± 0,6) 10 -3 Расчет сопротивления буксируемого судна отличается от расчета сопро- тивления буксирующего дополнительным сопротивлением винта R винт : R 0 = R 0f + R 0r + R 0возд + R 0волн + R 0винт Сопротивление гребного винта можно определить по следующим эмпи- рическим формулам: застопоренного R з.в. = 0,5 (A/A d ) ×D в 2 × υ 2 ; проворачиваемого R пр.в. = (0,1 ÷ 0,15) (A/A d ) ×D в 2 × υ 2 Сопротивление погруженной в воду части буксирного троса: R тр = 0,04 l п ×d тр × υ 2 , где l п – длина погруженной части троса, м: l п = √(l 2 – (80 R 0 h т /q)). Имея вычисленные сопротивления буксирующего и буксируемого (с уче- том сопротивления буксирного троса) судов, составляют таблицу сопротив- лений, и по ней строят график сопротивлений в прямоугольной системе ко- ординат, который затем применяют для определения скорости буксировки и силы тяги на гаке. В швартовом режиме (при υ = 0) сила тяги в кН рассчитывается по фор- муле: 4 2 2 1 в р p D п k P ρ Λ − = , 2 2 2 в p p р D n V V + = Λ , где k p – коэффициент упора винта (выбирается по отношению H в /D в и Λ р на семействе кривых «+n+V» из номограммы на рис. 1); п – частота вращения винта (рад/сек); D в – диаметр винта; Λ р – универсальная поступь винта; V p – расчетная скорость обтекания винта водой (V p = V c (1 – ψ)) (м/c); V с – скорость судна относительно воды (м/c); Ψ – коэффициент попутного потока (для морских судов Ψ = 0÷0,2). Ориентировочно наибольшая скорость буксировки на тихой воде υ б зави- сит от соотношения сопротивлений буксирующего и буксируемого судов: υ б = υ пх √(R б /(R б + R 0 )), м/с, где υ пх – скорость полного хода буксировщика, м/с; Предполагается, что сопротивления судов R 0 и R б предварительно опреде- лены для одинаковой скорости υ Рис. 1. Диаграммы зависимости k p и Λ р при реверсировании винтов 8 Поскольку штатные буксирные тросы на судах имеют определенную раз- рывную нагрузку Р разр , необходимо назначить такую скорость буксировки, при которой тяга на гаке была бы не более расчетной рабочей нагрузки Р раб буксирного троса. Правилами Регистра морского судоходства РФ введен коэффициент запа- са прочности k з.п. = 5 при R 0 ≤ 100 кН и k з.п. = 3 при R 0 ≥ 300 кН (промежу- точные значения k з.п. находят линейной интерполяцией). Академик А. Н. Крылов рекомендовал проверять буксирную линию на конечную нагрузку, равную половине ее разрывной нагрузки, т. е. предлагал коэффициент запаса прочности, равный двум, для нагрузок, возникающих при плавании на взвол- нованном море. Таким образом, допустимая тяга на гаке Р доп = P разр /k з.п. , кН, а безопасная (допустимая) скорость буксировки υ доп = υ б √(Р доп /F г ), уз. Расчет величины расхождения судов в продольном направлении выпол- няется по формулам расчета цепной линии. Если примем за параметр цепной линии величину «а» как отношение горизонтальной составляющей натяже- ния буксирного троса к весу 1 м буксирного троса, получим: а = R 0 /(q ×g), м. При большом натяжении буксирного троса цепная линия приобретает форму параболы и тогда стрелку провеса f пр и расстояние между местами крепления буксирного троса x можно определить из простых формул: f пр = l 1 2 /(2а),м; x = l 1 (1 – f пр /3a), м, где f пр – провес буксирной линии, м; l 1 – половина длины буксирного троса, м; х – половина расстояния между судами, м. Приведенные выше формулы позволяют капитану при случайных букси- ровках рассчитать с достаточной для практических целей точностью размеры буксирного троса (длину и толщину) и безопасную скорость буксировки. |