Проверка остойчивости судна

 

В соответствии с Правилами Речного Регистра России судно считается остойчивым, если оно удовлетворяет основному критерию и дополнительным требованиям остойчивости.

5.1. Проверка остойчивости по основному критерию.

Остойчивость по основному критерию считается достаточной, если кренящий момент от динамического действия ветра М_кр не превосходит предельно допустимого момента при динамических наклонах судна – М_доп, т.е выполняется условие:

М_кр

М_доп.

 

Остойчивость по основному критерию для судов классов ''М-СП'',''О'', а так же судов класса ''Р'', допускаемых к плаванию в бассейнах класса ''О'' с ограничениями по погоде, проверяется с учетом амплитуды бортовой качки.

Методика определения кренящего момента от динамического действия ветра на судно подробно изложена в части IV ''Остойчивость, непотопляемость и надводный борт'' Правил Речного Регистра России.

В данном курсовом проекте проверка остойчивости выполняется для судна груженого контейнерами. Принято, что контейнеры ставятся на крышках люковых закрытий начиная от транцевой стенки кормового трюма в нос. При погрузке контейнеры ставятся друг к другу вплотную, длинной стороной вдоль судна.

Площадь парусности S к возвышению центра парусности от основной плоскости z_g определяется при средней осадке Т_ср.Принимается, что судно сидит на ровном киле, т.е.

Т_ср=Т_н=Т_к=2.7 м.

Средняя осадка судна определяется по кривым плавучести (см. рис 7 [1]) в зависимости от водоизмещения судна в грузу.

D₁=D+n_кон×Р_кон=3600+21´25,4 = 4133.4 т,

где D- водоизмещение судна без контейнеров, т

n_кон- число контейнеров;

Р_кон- масса одного контейнера, т.

Возвышение центра массы судна с контейнерами над основной плоскостью может быть определено по формуле, м:

z_g1=M_z / D₁,

где M_z=Dz_g+n_кон Р_кон z_{g кон};

Z_g- возвышение центра массы судна водоизмещением D под основной плоскостью, м.

z_gкон- возвышение центра массы контейнеров над основной плоскостью, определяемое по формуле, м:

z_gкон=H+ h_л.з.+ h_кон/2,

где Н- высота борта, м

h_л.з=1,5 м –отстояние верхней плоскости люковых закрытий от палубы;

h_кон- высота контейнеров, м.

z_gкон=5.5+1.5+

=8,22;

M_z= 3600´3.4+21´25.4´8,22 =16624.5 тм;

z_g1=

= 4.02 м.

 

Площадь парусности определяется по формуле, м²

S= S_НПК+1,05L H₁+n'_кон l_кон h_кон,

где S_НПК -площадь парусности надпалубных конструкций, м². Принимается по табл. 1 прил.1.

Н₁- высота надводного борта, м;

n_кон-число рядов контейнеров, расположенных по диаметральной плоскости (ДП);

l_кон, h_кон –длина и высота контейнеров, м. принимается l_кон=9,12 м,h_кон=2,44 м.

S=245+1,05´110,2´2.8+7´9.12´2,44=724.7.

Возвышение центра парусности над основной плоскостью определяется по формуле:

z_п=,

где Z_нпк –возвышение центра парусности надпалубных конструкций, м.

z_п=

6.14.

 

Величина предельно допустимого момента М_доп зависит от геометрических параметров судна и определяется допустимым углом крена q_доп, за который принимают угол опрокидывания или заливания. Кренящие динамические моменты, соответствующие углам опрокидывания и заливания, называют предельно допустимые по опрокидыванию М_доп1 и по заливанию М_доп2.

В курсовом проекте предельно допустимые моменты определяются по диаграмме статической остойчивости (см.рис1). Она представляет собой зависимости плеч статической остойчивости от угла крена судна при различных водоизмещениях и метацентрических высотах.

h_m=z_c+r+z_g1=1.8+4.0-4.02 = 1.78 м.

М_кр=0.001·p·S·z,

где р- условное расчетное динамическое давление ветра, Па;

S- площадь парусности судна при средней осадке по действующую ватерлинию, м;

z- приведенное плечо кренящей пары при одновременных крене и боковом дрейфе

судна,м.

 

 

z = z_T+a₁·a₂·T_ср

где z_т-возвышение центра парусности над плоскостью действующей ватерлинии,м.

Т- средняя осадка по действующей ватерлинии, то есть осадка, соответствующая расчетному водоизмещению судна, м.;

а₁, а₂ – коэффициенты, учитывающие влияние сопротивления воды боковому дрейфу судна и сил инерции на плечо кренящей пары. Определяется в зависимости от отношений B/T и z_g/B (где z_g- возвышение центра тяжести) по табл. 3 и табл. 4 соответственно согласно [3] а₁=0.57; а₂=0.46.

м,

z = 3.44+0.57×0.46×2.7=4.1 м,

М_кр= 0.001×273.9×724.7×4.1=813.8 кН×м.

В курсовом проекте при проверке остойчивости по основному критерию угол заливания q_залрекомендуется принять равным углу входа в воду верхней кромки комингса грузового трюма (рис.3).

Рис.2

Величина угла заливания может быть найдена по выражению:

.

Далее определяются расчетные амплитуды бортовой качки q_m, град. Для судов класса ''М-СП'' корпус которых имеет закругленную скулу и не снабжен скуловыми килями (или брусковым килем). Угол принимается по таблице 5 [3] в зависимости от значения m которое определяется по формуле, с^-1:

 

,

 

где m₁,m₂,m₃- множители, определяемые, следующим образом:

m₁=,

где h₀-метацентрическая высота, соответствующая данному состоянию нагрузки и вычисляeмая без учета поправки на влияние свободной поверхности жидких грузов, м.

m₀- величина, принимаемая по табл. 6 [3] в зависимости от параметра n₁:

n₁= = =0,198,

где D-вес судна при средней осадке Т, кН,

В- расчетная ширина судна, м.

По полученному значению n₁ m₀ =0,65 с^-1

m₁=

.

Значения безразмерных множителей m₂ и m₃ учитывающих влияние формы корпуса на амплитуду бортовой качки, принимаются по табл. 7 и табл. 8 [3] в зависимости от отношения В/Т и коэффициента полноты водоизмещения d соответственно m₂=0.8 m₃=0.66

m = 0.49×0.8×0.66=0.26.

По [2] принимаем, что расчетная амплитуда бортовой качки qm=17 °

Величина предельно допустимого момента по углу опрокидывания q_опр определяется по выражению, кНм:

М_доп1=g·D₁·l_доп1= 9.8·4133.4·0.45=18228.3,

где g=9,81 м/c² –ускорение свободного падения;

l_доп1-предельно допустимое плечо, соответствующее углу опрокидывания, м. Определяется по диаграмме статической остойчивости по рекомендациям [2]. l_доп1=0.45.

Величина предельно допустимого момента по углу заливания определяется по выражению, кНм:

 

 

М_доп2= g·D₁·l_доп2 =9.8·4133.4·0.28=11342.0,

где l_доп2-предельно допустимое плечо, соответствующее углу заливания, м. Определяется по диаграмме статической остойчивости по рекомендациям [2]. l_доп2=0.28.

 

Сравнив полученные значения М_кр с М_доп1 и М_доп2 , можно сделать вывод,что судно удовлетворяет основному критерию остойчивости:

М_кр< М_доп1

и

М_кр< М_доп2.

 

5.2 Проверка остойчивости по дополнительным требованиям

Остойчивость грузовых судов, у которых центр парусности расположен выше 2 м. над действующей ватерлинией, должна быть достаточной при статическом действии ветра, т.е. должно быть выполнено условие

 

 

,

 

где - кренящий момент от статического действия ветра, кНм;

- предельно допустимый момент при статическом наклонении судна, определяется в зависимости от значений угла, принимаемого равным 0.8 или угла входа кромки палубы в воду.

Кренящий момент от статического действия ветра определяется по формуле:

 

 

,

 

где - условное расчетное статическое давление ветра Па, которое принимается равным 0.47 соответствующего значения динамического давления;

S – площадь парусности, м²;

- возвышение центра парусности над основной плоскостью, м;

- коэффициент, определяемый в зависимости от отношения В/Т по [2].

 

.

 

Величина рассчитывается по выражению, град:

,

где К – расстояние от ватерлинии соответствующей до верхней кромки палубы, м;

В – расчетная ширина судна, м.

 

Предельно допустимый момент при статических наклонениях судна, кНм, определяемый по диаграмме статической остойчивости в зависимости от предельно допустимого угла крена (рис. 3), град.

,

где – предельно допустимое плечо, соответствующее углу, м.

 

Сравнивая, делаем вывод, что остойчивость судна достаточна при статическом действии ветра, т.к.

 

.

 

Для всех грузовых судов, у которых мощность N, кВт, приходящаяся на тонну водоизмещения V, м³, больше 0.735, остойчивость должна быть достаточной в эволюционной период циркуляции

 

 

,

 

где - динамически приложенный кренящий момент, действующий на судно в эволюционный период циркуляции, кНм;

- предельно допустимый момент, при динамических наклонениях судна, определяемый по диаграмме статической остойчивости в зависимости от угла (рис. 3), аналогично тому, как это делалось при определении, но только без учета амплитуды бортовой качки, по формуле (29).

За предельно допустимый угол принимается угол входа палубы в воду, определяемый по формуле (28).

Величина определяется по формуле, кНм:

,

где D, L и Т – вес, кН, длина и осадка судна, м;

– скорость судна перед входом в циркуляцию, м/с;

С – коэффициент, зависящий от типа судовых движителей и равный 0.029 для винтовых судов;

– коэффициент, определяемый в зависимости от отношения В/Т.

 

,

 

 

Сравнивая величины, делаем вывод, что судно обладает достаточной остойчивостью в эволюционный период циркуляции, т.к.

 

 

Для окончательного вывода об остойчивости судна должна быть выполнена проверка остойчивости по дополнительным требованиям, по методике изложенной в Правилах Речного Регистра России [ 2 ].

Также в данном подразделе выполняется проверка остойчивости судна с позиции перевозки груза, опасного в отношении смещения. Такая оценка остойчивости выполняется с помощью расчетного относительного уравнения:

a_расч=1,1´10^-3·В·m₁²·q_m=1.1´10^-3´13´0.49²´17=0.058

где В-ширина судна по действующей ватерлинии, м;

m₁- множитель, определяемый в соответствии с [3, п. 2.3.3 ],с^-1.

q_м-расчетная амплитуда бортовой качки, вычисляемая по [3, п. 2.3.1 ], град.

Для обеспечения остойчивости при перевозке грузов, опасных в отношении смещения необходимо, чтобы а_расч было меньше 0,3 м/с².

5.3 Проверка остойчивости по диаграмме моментов масс

В судовых условиях проверка остойчивости выполняется с помощью диаграммы допускаемых статических моментов М_z, позволяющей приближенно оценить, удовлетворяются ли требования Правил Речного Регистра России [2].

Для оценки остойчивости судна необходимо сравнить полученное в предыдущем параграфе по формуле (12) значение момента масс относительно основной плоскости М_z с допускаемым предельным моментом масс -М_{z доп}. Значение М_{z доп}, а также допускаемая метацентрическая высота h_{m доп} определяются по диаграммам допускаемых статических моментов. Для этого на горизонтальной шкале диаграммы, соответствующей водоизмещению судна в грузу D₁, необходимо восстановить перпендикуляр. По точке пересечения перпендикуляра с кривой предельного момента массы определяются М_{z доп} и h_{m доп}.

При выполнении условия М_{z доп}>M_z или же h_{m доп,}<h_m судно можно считать остойчивым. Иначе следует принять меры по улучшению остойчивости путем уменьшения числа контейнеров,перераспределению груза или балластировке судна.

По формуле (12) для значения D₁=4133.4 т. получили:

M_z=16624.5 тм.

По диаграмме допускаемых статических моментов определяются М_{z доп} и h_{m доп}.

М_{z доп.} =19200 кН´м,

h _{m доп}=0.9 м.

Из полученных расчетов делаем вывод, что остойчивость судна достаточна, т.к. выполняется условие:

М_{z доп}>M_z

и

h_{m доп,}<h_m.