При эксплуатации любого судна и, прежде всего, транспортного, всегда возникает вопрос о наибольшем количестве груза, которое может перевозить данное судно. Этому количеству груза соответствует наибольшая осадка Т, принимаемая в качестве расчетной при определении основных элементов судна.
При осадке Т, соответствующей наибольшему расчетному водоизмещению судна, высота борта Н выбирается из условия обеспечения заданной вместимости.
Полученная таким образом величина надводного борта (Н – Т) определяет запас плавучести судна в неповрежденном состоянии.
Так как количество перевозимого груза влияет на экономическую эффективность, у владельцев судов возникает желание погрузить на судно как можно больше груза, что приводит к уменьшению запаса плавучести. С целью контроля за сохранением некоторого минимума запаса плавучести разработаны правила, регламентирующие для данного судна предельно допустимую осадку
Тмах = Н – (Н – Т)min,
где (Н – Т)min - минимальный надводный борт, который можно допустить на данном судне.
Наибольшая расчетная осадка этого судна Т должна удовлетворять условию Т ≤ Тмах.
Эти правила изложены в Международной конвенции о грузовой марке 1966 г. и в Правилах о грузовой марке морских судов Российского морского регистра судоходства. В соответствии с этими правилами для каждого судна (за некоторыми исключениями) рассчитывается минимально допустимый надводный борт (Н – Т)min, гарантирующий определенную степень защиты от вкатывающихся на верхнюю палубу волн и наличие, пусть минимального, запаса плавучести.
Расчет минимального надводного борта (Н – Т)min основан на сравнении внешних конструктивных особенностей проектируемого судна, влияющих на
запас плавучести, с конструктивными особенностями гипотетического (не существующего) стандартного судна, имеющего длину Lст, равную длине проектируемого судна L, и обладающего достаточным надводным бортом Fбаз, называемым «базисным» - (Н-Т)ст = Fбаз. Стандартное судно, для которого определена достаточная высота надводного борта Fбаз, обладает следующими характеристиками и конструктивными особенностями:
- Lст определяется особым образом при осадке Т = 0,85Н (смотри Правила);
- величина базисного надводного борта Fбаз назначается в зависимости от длины судна Lст и его типа: для танкеров (суда типа А с достаточно непроницаемой верхней палубой) и остальных судов (суда типа В);
- коэффициент общей полноты δст = 0,68;
- судно - гладкопалубное (без надстроек)
- высота борта Нст = Lст/15;
- седловатость верхней палубы выполнена по дуге параболы со стандартными ординатами;
- судно имеет стандартную высоту борта в носу.
Расчет минимального надводного борта (Н – Т)min заключается в расчете поправок, отражающих отклонения характеристик проектируемого судна от стандартного, и введении их в величину базисного надводного борта Fбаз. Введение поправок к величине Fбаз позволяют сохранить запас плавучести у проектируемого судна таким же, как у стандартного судна.
(Н – Т)min= Fбаз Кδ + Кнадстр + КL/H + Кседл
Пояснения к расчету поправок
1. Коэффициент общей полноты δст = 0,68 примерно соответствует средним значениям этого коэффициента у большинства гражданских судов. При фиксированных главных размерениях L, B, T величина δ определяет объем подводной части судна V. С увеличением этого объема увеличивается и количество воды, которое может попасть внутрь судна при аварии. Поэтому с увеличением δ необходимо увеличивать запас плавучести для сохранения безопасности судна на одном уровне.
Если у проектируемого судна коэффициент общей полноты δ > 0,68, то Fбаз увеличивается умножением на поправку Кδ.
2. Гладкопалубное судно не имеет надстроек и его запас плавучести ограничен надводной частью основного корпуса.
В соответствии с общепринятой в нормативной документации терминологией «надстройкой является закрытое палубой сооружение на палубе надводного борта, простирающееся от борта до борта или не доходящее до бортов судна на расстояние не более 4% ширины (В)» (рисунок 30).
а > 4%В – рубка а ≤ 4%В - надстройка
Рис.30. К определению терминов «рубка» и «надстройка».
Наличие закрытых (водонепроницаемых) надстроек увеличивает запас плавучести по сравнению со стандартным судном, не имеющим надстроек.
Поэтому базисный надводный борт Fбаз может быть уменьшен на определенную величину – «вычет на надстройки», т.е поправка Кнадстр имеет отрицательный знак.
3. При фиксированных главных размерениях L, B, T высота борта Н определяет величину запас плавучести. Увеличение отношения L/H означает уменьшение высоты борта и запаса плавучести. Одновременно могут возникнуть проблемы с обеспечением общей продольной прочности судна.
Поэтому при Н > L/15 поправка КL/H увеличивает базисный надводный борт.
4. «Седловатость» - подъем палубы надводного борта в оконеченостях судна. Седловатость увеличивает запас плавучести. Ординаты стандартной седловатости в носовой оконечности f н в два раза больше, чем в кормовой f к (рисунок 31).
Рис. 31. К определению стандартной седловатости палубы надводного борта.
Запас плавучести стандартного судна определен с учетом стандартной седловатости. Отклонение от формы седловатости приводит к изменению запаса плавучести, которое учитывается введением поправки на такое отклонение. У большинства современных транспортных судов седловатость, либо незначительна, либо вообще отсутствует.
Поэтому поправка на седловатость Кседл обычно увеличивает Fбаз.
Условия незаливаемости верхней палубы в значительной мере зависят от высоты надводного борта в носовой оконечности и формы корпуса, обеспечивающей ее достаточное всплытие при прохождении встречной волны.
В соответствии с рассматриваемыми Правилами, каждое судно должно иметь достаточную высоту надводного борта в носу Fн , рассчитываемую по особым формулам.
Высота борта в носу Fн определяется как расстояние между ватерлинией и верхней кромкой открытой палубы на носовом перпендикуляре. Причем открытой палубой может быть либо верхняя палуба, если отсутствует баковая надстройка, или палуба бака (рисунок 32).
Рис. 32. Минимальная высота борта в носу.
Минимальная высота борта в носу может быть достигнута за счет:
- высоты борта Н, при условии (Н – Т) ≥ (Н – Т)min – вариант «А» на рисунке 32;
- седловатостью верхней палубы – вариант «В»;
- применением бака (включая седловатость палубы бака) – вариант «С».
Предварительный расчет минимального надводного борта производится после выбора основных элементов судна, построения теоретического чертежа и чертежей общего расположения.
Возможные результаты расчетов:
1. (Н – Т)min < (Н – Т).
2. (Н – Т)min = (Н – Т)
3. (Н – Т)min > (Н – Т)
В первом случае величина запаса плавучести больше минимально допустимой. Такое судно называют судном с избыточным надводным бортом. Избыточный надводный борт характерен для большинства современных транспортных судов, имеющих большую грузовместимость.
Во втором случае судно называется судном с минимальным надводным бортом и может эксплуатироваться при полной загрузке.
В третьем случае запас плавучести оказывается недостаточным. Такое соотношение фактического надводного борта (Н – Т) и минимально допустимого (Н – Т)min не допускается. Необходимо внести такие изменения в конструкцию судна, при которых фактический надводный борт, по меньшей мере, оказался бы равным минимальному надводному борту.
Если расхождение между фактическим и требуемым надводными бортами мало, проектант может устранить это расхождение, внеся незначительные конструктивные изменения, касающиеся поправок к базисному надводному борту. Например, увеличив длину надстроек, можно за счет роста вычета на надстройки уменьшить величину минимального надводного борта.
Понятие минимального надводного борта носит не только теоретический характер. Результаты расчета минимального надводного борта в виде знаков грузовой марки наносятся на оба борта на середине длины судна для осуществления контроля за осадкой, предельно допустимой при эксплуатации.
Знаки грузовой марки состоят из круга, горизонтальный диаметр которого располагается уровне грузовой ватерлинии (рисунок 33) и палубной линии, от которой отсчитывается вниз фактический надводный борт судна (рисунок 34).
Рис. 33. Знак грузовой марки Рис. 34. Палубная линия
