36

Содержание.

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну

2. Определение водоизмещения и координат центра тяжести судна. Контроль плавучести и остойчивости

3. Расчёт и построение диаграмм статической и динамической остойчивости

4. Определение посадки и остойчивости судна в эксплуатационных условиях

5. Определение резонансных зон бортовой, килевой и вертикальной качки по диаграмме Ю. В. Ремеза

Список использованной литературы

Часть 1.

Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну.

1.1 Технико-эксплуатационные характеристики судна

«АМУР-2526».

Тип судна - стальное, однопалубное, двухвинтовое грузовое судно, без оседловатости, с двойным дном, с двойными бортами, восемью поперечными переборками, с баком и ютом, машинным отделением, надстройками и рубками, расположенными в корме, с тремя грузовыми трюмами.

Назначение судна - перевозка генеральных и насыпных грузов, включая зерно, уголь и контейнеры. Максимальное количество контейнеров 102 TEU.

Страна приписки - Россия.

Порт приписки - Архангельск.

Судовладелец - АО «Северное речное судоходство».

Построен в августе 1988г. в Чехословакии.

Класс - КМЛЗIIIСП

Дедвейт - 3148 т. включая 157 т. топлива и 1905 т. водяного балласта.

Скорость судна в полном грузу - 10,0 узлов.

Наибольшая длина - 116,03 м.

Длина между перпендикулярами - 111,2 м.

Ширина - 13,43 м.

Высота борта - 6 м.

Осадка по ЛГВЛ - 4 м.

Водоизмещение по ЛГВЛ - 5025 т.

Класс регистра судоходства, присвоенный судну: КМЛЗIIIСП

КМ - основной символ класса судна, построено под надзором другого, признанного Морским регистром судоходства, классификационного органа, по правилам классификации, а затем судну присвоен класс Морского регистра судоходства.

К - корпус построен по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

М - механические установки судна построены по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

Л3 - знак категории ледового усиления. Означает что судну разрешено самостоятельное плавание по мелко битому льду или же под проводкой ледокола в круглогодично замерзающих морях, в легких ледовых условиях.

IIIСП - знак ограничения района плавания. СП - смешанное плавание (река-море). Разрешено плавание в морских районах с максимально допустимой высотой волны 3-х процентной обеспеченности 3,5 м, с учетом конкретных ограничений по району плавания, обусловленными ветроволновыми режимами бассейнов с установлением при этом максимально допустимого удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль.

Схематический продольный разрез и вид на верхняя палубу судна приведены на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схематический продольный разрез и вид на верхнюю палубу судна

Часть 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ И КООРДИНАТ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ СУДНА. КОНТРОЛЬ ПЛАВУЧЕСТИ И ОСТОЙЧИВОСТИ.

2.1 Исходные данные:

Характеристики судна порожнем:

М₀=1873,1т. (М₀ - водоизмещение судна)

Х_G0= -9,34м. (Х_G0 - абсцисса центра тяжести)

Z_G0=5,14м. (Z_G0 - аппликата центра тяжести)

=0,8 м³/т

2.2 Определение массы груза в трюмах:

Количество груза в каждом трюме судна определяется по формуле:

(2.4)

где _трi - объем i-го трюма, м³

- удельный погрузочный объем груза, м³/т

= 0,80 м?/т - удельный погрузочный объем перевозимого в трюмах груза.

Таблица 2.1 - Характеристики грузовых трюмов судна.

Т. к удельный погрузочный объем груза мал, то вычисляем по следующей формуле:

(2.5)

- соответственно длина, ширина i-го трюма и высота штабеля груза в нем, м; Максимально допустимая высота штабеля для груза с малым удельным погрузочным объемом вычисляется по формуле

(2.6)

где - максимально допустимая нагрузка на судовое перекрытие, т/м². Значения приведены в таблице 2.1

m_тр1 = 899 т

m_тр2,3 = 1587,2 т

Таблица 2.2 - Расчет водоизмещения и координат центра тяжести судна в эксплуатационном случае нагрузки.

?_mh -поправка на свободную поверхность жидкости в цистерне; учитывается только для цистерн, в которых свободная поверхность распространяется на всю площадь цистерны, т.е. заполненных более чем на одну треть. Если уровень остатков в цистернах составляет 10 см и менее, то поправочные моменты, как правило, могут не вводится, рассчитывается по формуле:

?_mh = I_x*?, тм

где I_x - момент инерции поверхности, м⁴

? - плотность необходимой жидкости, т/м³ (пресная вода -1 т/м³, забортная вода, балласт, подсланевые воды, мытьевые воды, фекальные воды - 1,03 т/м³, масло - 0,9 т/м³, дизельное топливо - 0,85 т/м³)

Водоизмещение, абсцисса и аппликата центра тяжести судна порожнём определяются по формулам:

М = М_о + m_i (2.1)

М = 6294,08 т

(2.2)

_м

(2.3)

^м

Плавучесть считается обеспеченной, если М . Водоизмещение по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы (5025т). Т. к плавучесть судна не обеспечена, производим разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости.

2.3 Разгрузка трюмов пропорционально их вместимости.

Т. к полученное водоизмещение слишком велико, то производим разгрузку трюмов:

M -Mг.м=X,

где М - полученное водоизмещение судна; Mг.м - водоизмещение по грузовую марку

6294,08-5025= 1269,08 т

(Т. к m1=m2, то при расчетах берем 2m2)

m1+2m2= 1269,08

m1/V1=m2/V2

m1=1269.08-2m2

(1269.08-2m2)/V1=m2/V2

Взяв данные из таблицы а подставляем V1 и V2:

874m2=1595*1269.08-1595*2m2

874m2=2024182.6-3190m2

m2=2024182.6/4064

m2=498 (т)

m1/874=498/1595 => m1=272.8 (т)

Полученные массы разгрузки вычитаем из массы трюмов:

899-272,8=626,2 (т) - загрузка 1 трюма

1587,2-498=1089,2 (т) - загрузка 2,3 трюма

Используя полученные данные и формулы 2.2 и 2.3 перерасчетаем водоизмещение, абсциссу и аппликату центра тяжести судна порожнём:

М = М_о + m_i (2.1)

М = 5024,88 (т)

(2.2)

_м

(2.3)

^м

2.4 Нахождение поперечной метацентрической высоты для данного случая нагрузки.

Метацентрическая высота вычисляется по формуле:

; (2.6)

где - аппликата поперечного метацентра находится по гидростатическим таблицам в зависимости от водоизмещения судна в заданном случае нагрузки. При необходимости должна быть сделана интерполяция.

Из таблицы следует, что для моего случая =5,69 м.

Подставляем значение в формулу 2.5:

м

Исходя из полученного результата и данных в приложении Г, можно судить, что остойчивость судна считается обеспеченной, т. к h_расч.>h_min=0,80 м

Часть 3.

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ И

ДИНАМИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ.

3.1 Расчет плеч статической и динамической остойчивости.

Рисунок 3.1 - Пантокарены.

Плечи статической остойчивости диаграммы статической остойчивости определяют с помощью интерполяционных кривых плеч остойчивости формы (пантокарен) , приведенных выше. На пантокаренах проводят вертикаль через точку на оси абсцисс, соответствующую расчетному водоизмещению судна М. Точки пересечения вертикали с кривыми для различных углов крена дают значения плеч остойчивости формы . Далее плечи статической остойчивости вычисляются по формуле:

(3.1)

Таблица 3.1 - Расчёт плеч диаграмм статической и динамической остойчивости

После расчета данных, занесенных в таблицу, составляем график статической и динамической остойчивости:

Рисунок 3.2 - Диаграмма статической остойчивости.

Рисунок 3.3 - Диаграмма динамической остойчивости.

3.2. Проверка параметров диаграммы статической остойчивости

на соответствие нормам остойчивости Регистра судоходства

России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3.2) определяем максимальное плечо статической остойчивости l_max, соответствующий ему угол крена _max и угол заката диаграммы _зак и сравниваем их с требуемыми Регистром.

Регистр требует, чтобы l_max было не менее 0,20 м для судов, длина которых не менее 105 м при угле крена _max 30⁰. Угол заката диаграммы должен быть не менее 60⁰.

Из Рисунка 3.2 видно, что l_max=0,78 м, _max=40⁰, _зак=75⁰, значит параметры диаграммы статической остойчивости соответствуют нормам остойчивости Регистра судоходства России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3.2) определяем графическим способом начальную метацентрическую высоту (проводим касательную к графику и восстанавливаем перпендикуляр из точки =1 рад), которую сравниваем со значением, рассчитанным во 2 части.

L(=1 рад=57,3)=1,4= h=1,4 м.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1 Определение посадки и выполнение контроля остойчивости

судна после приёма в промежуточном порту палубного груза.

Груз размещается на люковых крышках. Высота штабеля равна 2,8 м, ширина равна ширине крышки люка.

Принимаем палубный груз. Так как на судно грузится груз с малым удельным погрузочным объемом (=0,8 м³/т) и грузоподъемность использована полностью, то условно считаем, что с судна выгружено в промежуточном порту 100 т груза таким образом, что его центр тяжести не изменился, и принят палубный груз в количестве 100 т.

В нашем случае масса палубного груза: m_гр = 100 т

Аппликата центра тяжести принимаемого на палубу груза вычисляется по формуле:

Z_гр = H+h_kом+1,4 (4.1)

где Н - высота борта судна, H=6 м (см. Часть 1);

h_kом - высота комингса люка, определяем по схематическому чертежу судна (Рисунок 1.1) с учетом масштаба по высоте h_k=1,3 м , тогда

Z_гр=6+1,3+1,4=8,7 м

Абсциссу центра тяжести палубного груза x_гр определим из условия, что абсцисса центра тяжести судна не изменилась. Для этого вычтем в формуле (2.7) в числителе момент 100*X_i, а в знаменателе m_гр=100 т, т.е. разгрузим судно (где X_i - это абсцисса центра тяжести 2-го трюма - см. таблицу 1.1).

(4.2)

м

X_гр=13,5 м

Длину груза определим, учитывая допустимое давление на крышки люков (таблица 2.1). Площадь груза определяется по формулам:

(4.3)

(4.4)

где S_гр, l_гр, b_гр - соответственно площадь, длина и ширина палубного груза, м;

q_доп - допустимое давление на крышки люков (таблица 2.1).

Получаем:

Так как принимаемый палубный груз малый используем формулу для приёма и снятия малого груза:

(4.5 -4.6)

где q - число тонн, изменяющих осадку на 1 см,

q=13,77 т/см (определяется по Приложению Г[1]);

М =5024,88 т, h=1,40 м (см. Часть 2)

d=4 м (см.Часть 1)

d= 100/13,77=7,26 см = 0,0726 м, тогда

h=100/(4924,88+100)*(4+0,0726/2-8,7-1,4)= -0,12 м,

тогда метацентрическая высота судна с палубным грузом будет вычисляться по формуле:

h₁ = h + h (4.7)

где h - метацентрическая высота (см. Часть 2)

h₁=1,40+(-0,12)=1,28 м

Изменения осадок носом и кормой при приёме груза находят по формулам:

d_н=t_н*m_гр/10

(4.8)

d_к=t_k* m_гр/10

Значения t_н и t_k определяются с помощью таблицы изменений осадки от приёма 10 т груза (Рисунок 4.1).

Из таблицы Рисунка 4.1 для осадки d = 4 м получаем значения

t_н и t_k: t_н = 1,2 см и t_k = 0,29 см, тогда

d_н = 1,2*100/10=12 см

d_к = 0,29*100/10 =2,9 см

4.2. Определение угла крена судна от неудачно размещённого груза массой m_гр=100т с координатой у=-0,50 м.

Если груз размещён неравномерно по ширине, то судно получит статический крен, который определяется формулой:

(4.9)

где m = 100 т - масса неудачно размещённого груза;

у = - 0,50 м - координата неудачно размещённого груза;

h = 1,40 м - метацентрическая высота (см. Часть 2)

М = 5024,88 т - водоизмещение судна,

Рисунок 4.1 - Изменение осадки от принятия/снятия 10 тонн груза

град

Получаем: = -0,41⁰.

Угол крена в формуле (4.9) получился отрицательным, это значит, что судно имеет крен на левый борт.

4.3. Определение статических и динамических углов крена от шквала, создающего кренящий момент М^кр_дин= 500 тм, при бортовой качке с амплитудой _т= 15

Углы крена определяется с помощью диаграмм статической и динамической остойчивости (Рисунки 4.2 - 4.7)

Плечо кренящего момента находят по формуле:

(4.10)

Рисунок 4.2 - Диаграмма статической остойчивости при отсутствии крена

Рисунок 4.3 - Диаграмма динамической остойчивости при отсутствии крена

Рис.3

Рисунок 4.4 - Диаграмма статической остойчивости при крене на наветренный борт

Рисунок 4.5 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на наветренный борт.

Рисунок 4.6 - Диаграмма статической остойчивости при крене на подветренный борт.

Рисунок 4.7 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на подветренный борт.

На диаграмме статической остойчивости динамический угол крена определяют из условия равенства работы восстанавливающего и кренящего моментов. Работа восстанавливающего момента равна площади, ограниченной графиком диаграммы статической остойчивости, осью абсцисс и перпендикуляром к ней, восстановленном из точки _д. Работа кренящего момента равна площади, ограниченной графиком кренящего момента до угла крена _д осью абсцисс. Положение перпендикуляра при _д подбирается таким образом, чтобы площади под диаграммой статической остойчивости и графиком кренящего момента были равны.

По диаграмме динамической остойчивости задача решается следующим образом. На оси абсцисс диаграммы откладывается угол, равный 1 радиану (57,3°), и из полученной точки восстанавливается перпендикуляр. На перпендикуляре откладывается плечо кренящего момента 1^дин_кр, конец этого отрезка соединяется с началом координат. Абсцисса точки пересечения этой прямой с диаграммой динамической остойчивости соответствует углу динамического крена судна от шквала.

Снимая на диаграммах статической и динамической остойчивости значения статического и динамического углов крена, получаем:

При наличии у судна крена на тихой воде по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.2) _ст=3,5⁰, _д = 7⁰ и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.3) _д = 7⁰.

При крене судна на наветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.4) _ст=4⁰, _д = 23⁰ и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.5) _д = 23⁰.

При крене судна на подветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.6) _ст=3,7⁰, _д = -9,4⁰ и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.7) _д = -9,4⁰.

Таким образом, можем сделать вывод, что во время шквального ветра динамические углы будут больше в том случае, когда на волнении судно накреняется на наветренный борт. Эта ситуация принимается за расчётную при нормировании их остойчивости.

4.4. Проверка удовлетворения требований остойчивости судна в

соответствии с Правилами Регистра судоходства в случае смещений груза зерна во всех трюмах одновременно.

а) Рассмотрим первый случай, когда трюма заполнены «под крышки», т.е. высота пустоты в соответствии с Правилами Регистра для данного судна должна приниматься равной 100 мм. В случае полного заполнения трюмов (Рисунок 4.8) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 15⁰.

b

15^о

100

у_i