Расчет максимальной и допустимой скорости буксировки на тихой воде

Задание 1. БУКСИРОВКА СУДОВ МОРЕМ.

Исходные данные	Судно № 1	Судно № 2	Судно № 3
Характеристика снабжения Nc	1220	1080	800
Водоизмещение, т	12700	9800	5600
Мощность силовой установки, кВт	4600	3300	2100
Скорость полного хода, м/с	7,4,	7,5	7,0
Диаметр винта, м	4,9	4,2	3,6
Частота оборотов двигателя, 1/с	12	18	18
Длина судна между перпендикуля-рами, м	130	110	90
Характеристики		буксировочного троса
Длина, м	200	200	180
Вес одного погонного метра, кг	6,2	5,3	4,3
Разрывная нагрузка, кН	740	650	440
Диаметр, мм	46	42	38
Модуль упругости, кН/мм2	37

1. Буксирная линия состоит из скрепленных между собой буксировочных тросов буксирующего и буксируемого судов.

2. Для крепления буксира используются браги, поэтому длину буксирной линии необходимо принимать равной сумме длин тросов обоих судов.

3. Буксировка производится с застопоренным винтом буксируемого судна.

4. Водоизмещение буксирующего судна принимать равным водоизмещению по исходным данным таблицы минус (№ -5) * 20 т, где № - номер по журналу или последняя цифра шифра зачетной книжки.

Номер буксирующего судна, согласно варианта – 3;

Номер буксируемого судна – 1.

Буксировщик                  Буксируемое судно

Судно № 3

800 – Харакснабж Nc

5 50 0 – Водоизмеще. т

2100 -  Мощность силовой установ, кВт

7,0 - Скорость полного хода, м/с

3,6 -Диаметр винта, м

18 - Частота обор двигателя, 1/с

90 - Длина судна между перпен, м

Характеристики троса

180 -  Длина, м

4,3 - Вес 1 м/п, кг

440 – Разр нагрузк,кН

38 - Диаметр, мм

Судно № 1

1220 – Харак снабж Nc

12700 – Водоизмеще. т

4600 -  Мощность силовой установ, кВт

7, 4 - Скорость полного хода, м/с

4,9 - Диаметр винта, м

12 - Частота обор двигателя, 1/с

130 - Длина судна между перпен, м

Характеристики троса

200 - Длина, м

6,2 - Вес 1 м/п, кг

740 – Разр нагрузк,кН

37 - Диаметр, мм

                            

                     

 

Определение буксирного снабжения по правилам Морского Регистра Судоходства

 

 

Выбор размеров буксирных канатов морских транспортных (сухогрузных, наливных, пассажирских) и рыболовных судов производится в зависимости от характеристики снабжения

 

                                 Nc = D ^2/3 + 2 Bh_p + 0,1 Aw,

где D - водоизмещение судна при осадке по летнюю грузовую ватерли­нию, т;

  B - ширина судна, м;

  h_p - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более чем 0,25 B, м. При определении величины h_p седловатость и дифферент не учитываются т.е. h_p следует вычислять как сумму надводного борта и высоту бортов всех ярусов надстроек, а также рубок, имеющих ширину свыше 0,25 В. Если рубка шириной более 0,25В  располагается над рубкой шириной 0,25 В или менее, то высота последней в величину h_p не включается;

  Aw - площадь парусности в пределах длины судна L, считая от летней грузовой ватерлинии, м².

 

Все морские суда длиной до 180 м должны быть снабжены буксирным канатом, который считается частью аварийного снабжения и используется соответственно только в аварийной ситуации. Суда длиной более 180 м могут не иметь буксирного каната.

 

Длина буксирного каната l, м, вычисляется по формуле:

 

                            l = 160 + 0,035 Nc.  

                            l = 160 + 0,035*800 = 180 м

 

Результат вычисления округляется в обе стороны до ближайших 20 м. Минимальная длина каната должна быть равна 180 м, однако нет необходимости принимать её более 300 м, даже если по, расчету она получается большей.

Поперечное сечение (диаметр) каната выбирают согласно его разрывному усилию Р_раз, кН, из условия 

 

                                     P_{pa з} = 0,59 N_c.

                                     P_{pa з} = 0,59*800 = 472 кН

 

He следует выбирать канат с разрывным усилием менее 98 кН или более 1470 кН.

Ограничение разрывного усилия каната вызвано стремлением облегчить операции по передаче каната на буксирующее судно. Ограничение длины каната обусловлено тем, что в морской практике при буксировках на волнении в дополнение к буксирному канату используются якорные цепи.

 

ОСТ 5.2333-80 рекомендует в качестве буксирных тросов, при использо­вании их без автоматических буксирных лебедок, стальные оцинкованные канаты двойной свивки типа ЛК (линейное касание), имеющие 6 х 30 = 180 проволочек и 7 органических сердечников (канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6 х 30(0+15+15) + 7 о.с. (ГОСТ 3083-80)).

 

Для обеспечения гибкости каната предел прочности проволоки принимают не более 1175 - 1370 Н/мм².

 

 

Расчет максимальной и допустимой скорости буксировки на тихой воде

 

 

Максимальная скорость буксировки V_max   определяется силой тяги винта буксировщика, которая должна быть равна суммарной силе сопротивления буксируемого и буксирующего судов. Эта скорость определяется из паспортной диаграммы буксировки - графика зависимостей тяги винта буксировщика, сопротивления буксировщика и суммарного сопротивления буксировщика и буксируемого судна от скорости буксировки. Данные для построения диаграммы могут быть взяты из паспортной диаграммы буксирующего и буксируемого судов или получены расчетным способом в следующем порядке:

 

1. Определить сопротивление буксировщика на различных скоростях от нуля до полного хода V ₀:

 

- рассчитывается сопротивление на полном ходу:

 

                                  R_o = N_e * h * h _в * h _p / V_o,

R_o = 2100*(0,885 – 0,00115*18*9,5)*0,98*0,99/7,0 = 200 - Буксировщик

R_o = 4600*(0,885 – 0,00115*12*11,4)*0,98*0,99/7,4 = 439 - Буксируемое судно

 

 

где N_e - мощность двигателя, кВт;

  h _в = 0,98; h _p = 0,99 – коэффициенты полезного действия валопровода и редуктрра;  

  h - пропульсивный коэффициент, определяемой по формуле Лаппа:

h = 0,885 - 0,00115 n L;

 

- рассчитываются промежуточные значения сопротивления R для любой скорости хода по формуле:

                                           R = AV ²,

 

где                                            А = R_o/V_o²

 

 

                                         А = 200/49 = 4,08 – Буксировщик

                                             

 

 

                                         R = 4,08*1² = 4,08

R = 4,08*2² = 16,3

R = 4,08*3² = 36,7

R = 4,08*4² = 65,3      - Буксировщик

R = 4,08*5² = 102

R = 4,08*6² = 146,9

R = 4,08*7² = 200

 

- определяется сопротивление буксируемого судна для тех же скоростей хода, что и буксировщика. Расчет производится аналогично предыдущему расчету для буксирующего судна, только к сопротивлению на полном ходу R_o  добавляется со­противление винтов буксируемого судна:

 

для застопоренного винта

 

                                       R _зв = 0,25 D ² _в V _о ²,

         R _зв = 0,25*4,9²*7² = 294 – Буксируемое судно

 

где D_в - диаметр винта;

 

А = (439 + 294)/49 = 14,9 – Буксируемое судно

 

 

                                           R = 14,9 *1² = 14,9

R = 14,9 *2² = 59,6

R = 14,9 *3² = 134,1

R = 14,9 *4² = 238,4      - Буксируемое судно

R = 14,9 *5² = 372,5

R = 14,9 *6² = 536,4

R = 14,9 *7² = 730

 

 

2. Составляем таблицу сопротивлений согласно приведенному образцу:

 

 

V, м/с	1	2	3	4	5	6	Vo
Rбукс,кН	4,08	16,3	36,7	65,3	102	146,9	200
RвскН	14,9	59,6	134,1	238,4	372,5	536,4	730
RS. кН	19	76	171	304	475	683	930

 

R_букс - сопротивление буксировщика;           

R_вс  - сопротивление буксируемого судна;

RS - суммарное сопротивление буксировщика и буксируемого судна.

3. Определяем силу тяги винта Р_е:      

    - при скорости полного хода V ₀ она принимается равной   сопротивлению R_o;

 

Сила тяги винта буксировщика Р_e, кН, равна его. сопротивлению на полном ходу. Во избежание грубых  просчетов необходимо силу тяги винта Р_е  рассчитать по контрольной формуле

 

                           P_e = 0,1 N_e

                       P_e = 0,1*2100 = 210 кН

 

где^; P_e - сила тяги винта буксировщика, кН;

  N_e - мощность силовой устанозки буксировщика, кВт.

 

- в швартовном режиме (при V =0) сила тяги Р _{e 0}, кН, вычисляется

по формуле:

 

                             Р _{e 0} = 0,136 N_e.

                             Р _{e 0} = 0,136*2100 = 285,6 кН

По данным таблиц сопротивлений и определенным двум значениям силы тяги винта построить паспортную диаграмму буксировки (рис. 1).

 

 

 

                           Рис. 1.  Паспортная диаграмма буксировки

 

 

Точка а на диаграмме определяет равенство сил тяги винта и суммарного сопротивления буксировщика и буксируемого судна, поэтому ее абсцисса - это максимальная скорость буксировки на тихой воде.

Допустимая скорость буксировки V _доп рассчитывается из диаграммы, исходя из прочности (разрывной нагрузки) буксирной линии:

 

- отрезок а b соответствует сопротивлению букскируемого судна и равен в масштабе диаграммы натяжению буксирной линии, или тяге на гаке F _г при максимальной скорости буксировки.

 

- для получения допустимой тяги на гаке F_{r доп} известное значение разрывной нагрузки троса Р_раз, из которого состоит однородная буксирная линия, или наименее прочного ее участка (при неоднородной буксирной линии) необходимо разделить на коэффициент запаса прочности k. Значение k определяется исходя из величины F_r:

 

       -пpи F_r < 100кH - k =5;

       -при F_r > 300кH - k = 3;

       - при 100 < F_r< 300 кН значение k   определяется интерполяцией.

Контрольная формула:

                     k = 3 + 9 – 0,01Р_раз

где Р_раз - разрывная нагрузка троса, кН.

Т.к. в нашем случае   F_г = 320 кН, k = 3

 

          - полученное значение F _{г доп} сравнивается с F_г:

         - при F_{г доп} > F_г - V_доп = V _max      

         - при F_{r доп} < F_r значение F_{r доп} в масштабе диаграммы ставится между кривыми суммарного сопротивления и сопротивления буксировщика, как показано на рис. 1.1.