Видеодневник инноваций
Подлодки Корабли Карта присутствия ВМФ Рейтинг ВМФ России и США Военная ипотека условия
Баннер
Импортозамещенные пропульсивные системы

Речные катамараны
оснастят
отечественными двигателями

Поиск на сайте

Главная / Издания / Литература / Книжная полка / Г.М. Алексеев. Особые случаи морской практики

§ 16. Расчет буксирной линии

При расчете буксирной линии могут встретиться два основных случая:

1) выбор элементов буксирной линии возможен;

2) выбор элементов буксирной линии невозможен и приходится пользоваться тем, что есть на буксирующем и буксируемом судах.

Первый случай имеет место при подготовке к буксировке в оборудованном порту, а второй,— когда приходится брать на буксир судно в открытом море или в необорудованном порту.

В случае, если возможен выбор буксирных канатов в зависимости от условия плавания, расчет ведется по следующей схеме:

1) определяют тягу на гаке в нормальных условиях плавания (на тихой воде);

2) определяют упор винта на швартовах;

3) принимают коэффициент запаса прочности равным 6 и определяют разрывное усилие буксирного каната умножением значения винта на швартовах на 6;

4) пользуясь справочниками, по разрывному усилию подбирают канат;

5) выбирают длину буксирной линии на основании инструкции для того или иного вида буксировки, или из желания устранить влияние струи от винта буксирующего судна, либо из опыта предыдущих буксировок;

6) производят расчет удлинения выбранной буксирной линии:

а) при нагрузках, равных тяге на гаке в нормальных условиях плавания и тяге на гаке, равной половине разрывного усилия буксирной линии;

б) при нагрузках, равных тяге винта на швартовах и тяге на гаке, равной половине разрывного усилия буксирной линии;

7) сравнивают полученную величину «игры» с высотой волн района предстоящего плавания.

Если результаты расчета оказываются неудовлетворительными, выбирают другую буксирную линию, которая будет удовлетворять требованиям безопасной буксировки.

В описанном выше методе расчета буксирной линии за исходную величину принят максимальный упор винта.

Если выбор элементов буксирной линии ограничен, например, в случае взятия на буксир судна в открытом море, то поступают следующим образом:

1) выбирают в качестве элементов буксирной линии самые прочные тросы, имеющиеся на буксирующем и буксируемом судах;

2) определяют случайную нагрузку на буксирную линию делением разрывного усилия буксирного каната на 2 и рабочую нагрузку — делением этого разрывного усилия на 6;

3) длину буксирной линии выбирают, исходя из длин имеющихся тросов или из таких же соображений, как в предыдущем случае;

4) производят расчет буксирной линии, определяя степень расхождения судов при обоих видах нагрузки на буксирную линию и сличая величину этого расхождения с высотой волн в районе плавания.

Буксировку осуществляют с учетом как допустимой «игры» буксирной линии, так и встречаемых в море высот волн, принимая меры к уменьшению опасности разрыва буксирной линии. Исходной величиной для расчета в этом случае является прочность троса, a не упор винта.

Пример. Судно имеет следующие элементы:

Главные размерения



Снабжение якорями, и буксирными тросами



Указанное судно должно отбуксировать через океан другое однотипное судно с поврежденной машиной. Оба судна в полном грузу. Произвести расчет буксирной линии, предполагая, что имеется возможность получить тросы требуемой прочности и длины.

Решение. Определение тяги винта на швартовах производим по формуле Регистра СССР


Далее определяем разрывное усилие буксирного каната


Затем определяем скорость буксирования при благоприятных условиях погоды и моря.

Расчет сопротивления воды движению судов произведен по методу Пап меля; учет сопротивления винта буксируемого судна произведен по формуле

В. П. Жукова (49), считая винт закрепленным.

В табл. 6 приведены значения суммарных сопротивлений.

Таблица 6



Упор винта буксирующего судна на глубокой воде при скорости 14,2 узла равен 19,2 т (дан из расчетов сопротивления воды движению судна). В табл. 6 взято 2R, так как сопротивление обоих судов одинаково.

В графе «суммарное сопротивление» путем линейной интерполяции на ходим скорость движения судов при благоприятных условиях погоды и состоянии моря


Таким же методом по табл. 6 определяем тягу на гаке при тех же условиях плавания


В качестве буксирного каната принимаем стальной трос конструкции 6•30 + 7 органических сердечников.

По ГОСТ 3084—46, выписки из которого приведены в приложении IV, подбираем трос по разрывному усилию в 186 т. Но в таблице ГОСТ канатов указанной прочности нет, поэтому берем самый прочный стальной трос диаметром 66 мм.

Разрывное усилие Траз = 140000 кг

Погонный вес Р=12,5 кг/м

Металлическая площадь Fтp = 12,7 см²

Модуль упругости мягкого стального троса принимаем равным Е = 0,8 • 106 кг\см².

Определяем коэффициент запаса прочности


Вследствие отсутствия более прочных канатов удовлетворяемся полученным коэффициентом запаса прочности.

Рассчитаем, далее, нагрузки, которые могут встретиться при буксировке: 1. Плавание при благоприятных условиях погоды при наличии мертвой зыби:

а) горизонтальная составляющая тяги в буксирном тросе


б) случайная нагрузка


2. Плавание в штормовую погоду при наличии волнения:

а) усилие на швартовахТ01 = 31,0 т

б) случайная нагрузка Т02 = 70,0 т.

Выбираем длину буксирного каната, которая, согласно Инструкции Министерства морского флота по обеспечению безопасности морских буксировок транспортных судов, должна быть не менее 450—500 м. Расчетная длина троса


Проверяем расчетом выбранную буксирную линию.

1. Плавание в благоприятных условиях при наличии мертвой зыби:

а) определяем параметр а¹


принимаем х=l и оцениваем отношение — x/a


Следовательно, расчет можно вести по формулам параболы,

б) определяем стрелу провеса буксирной линии y=f¹.


в) определяем разность l—х¹


г) определяем упругое удлинение при нагрузке T01 = 11,3 т


д) определяем параметр а²


е) определяем стрелу провеса буксирной линии y2 = l2


ж) определяем разность l—х²


з) определяем упругое удлинение при нагрузке Т02=70т


и) определяем расхождение судов от изменения формы цепной линии;


к) определяем расхождение судов вследствие упругих деформаций буксирной линии


л) определяем суммарное расхождение судов


Расчет показывает, что в условиях благоприятной погоды плавание безопасно при мертвой зыби высотой до 9 м.

2. Плавание в штормовую погоду при наличии волнения:

а) определяем параметр а¹


б) определяем стрелу провеса буксирной линии y¹ = f¹


в) определяем разность l—х¹


г) определяем упругое удлинение буксирной линии при T01 = 31,0 т


д) определяем расхождение судов вследствие изменения формы цепной линии


е) определяем расхождение судов вследствие упругих деформаций буксирной линии


ж) определяем суммарное расхождение судов


Отсюда плавание безопасно при состоянии моря до 6 баллов, что нельзя считать удовлетворительным. Выбранная буксирная линия оказалась не отвечающей требованиям морской буксировки. Поэтому переходим к другому типу буксирной линии.

Вместо стального троса берем равнопрочную ему якорную цепь. Литая якорная цепь: калибр 53 мм; погонный вес Р=60,2 кг/м; разрывная нагрузка Траз = 155,4 т.

Принятая якорная цепь немного прочнее троса, но так как промежуточных размеров нет, принимаем для расчетов эту цепь. Расчетную длину буксирной линии считаем прежней, т. е. l=250 м.

Нет необходимости исследовать новую буксирную линию на условия плавания при тихой погоде на мертвой зыби, так как, если она будет удовлетворять требованиям плавания в штормовую погоду на взволнованном море, то, очевидно, будут удовлетворены и требования первого случая. Поэтому рассмотрим случай плавания в штормовую погоду на взволнованном море. Расчетные нагрузки: тяга винта на швартовах T01 = 31 т.

Случайная нагрузка


а) определяем параметр а¹ при T01 = 31т


Принимая приближенно х¹ равным l, определяем отношение xx¹/a


Уравнение параболы в этом случае применять нельзя, поэтому используем формулы цепной линии.

Задачу рекомендуется решать при помощи логарифмов, а не на счетной линейке;

б) определяем x1 для нагрузки T01 = 31 т;


в) определяем стрелу провеса буксирной линии f¹ = y¹ — а¹.


г) определяем параметр а² при нагрузке T02 = 78 т


д) определяем х² для нагрузки T02=78 т


е) определяем f² = y² — а²


ж) определяем расхождение судов


Влиянием упругих деформаций на величину расхождения судов буксирной линии пренебрегаем вследствие малой упругости цепей.

Как видно из расчета, буксирная линия из якорных цепей отвечает требованиям буксировки судов океаном.

Следует обратить внимание на коренное улучшение работы буксирной линии в результате применения якорной цепи, причем прочность обоих видов буксирных линий практически одинакова, длины одинаковы, различны только погонные веса буксирных линий (вторая буксирная линия значительно тяжелее первой). Это указывает на важность погонного веса в выборе типа буксирного каната: чем больше этот вес, тем лучше.

Пример. Предыдущий пароход получил в море распоряжение взять на буксир другой такой же пароход и отбуксировать его в порт-убежище, расположенный достаточно далеко от места взятия аварийного судна на буксир. Оба судна в грузу.

Решение. В этом случае суда должны обойтись теми средствами, которые имеются в их распоряжении, т. е. теми буксирными тросами, которые у них имеются по нормам Регистра СССР.

а) определяем элементы буксирной линии из стальных тросов. Пусть на обоих судах имеются только стальные буксирные тросы. Следовательно, буксирная линия будет состоять из двух стальных тросов окружностью 102 мм и длиной каждый по 185 м.

По справочным данным:

погонный вес р = 3,07 кг\м

металлическая площадь Fтр =3,26 см

модуль упругости мягкого стального троса Етр = 0,8 • 106 кг\см2

б) определяем рабочую и случайную нагрузки.

В предыдущем примере нагрузки выбирались, исходя из величины упора винта на швартовах. В рассматриваемом случае такой метод применить невозможно, так как полученные силы не будут соответствовать имеющемуся в распоряжении тросу. Поэтому нагрузки приходится устанавливать, исходя из прочности троса, и в дальнейшем маневрировать судном так, чтобы на тросе не создавались усилия больше тех, которые приняты.

По справочным данным, разрывное усилие принятого троса

Траз = 38 700 кг.

Принимая коэффициент запаса прочности равным 6, рабочая нагрузка будет Т01 = 38700/6=6470 ~ 6500 кг (принимаем 7000 кг).

Случайная нагрузка Т02 определяется при коэффициенте запаса прочности равном 2 Т02=38700/2=19 350 кг (принимаем 20 000 кг)

в) определяем параметр а для обоих случаев нагрузки


г) определяем максимальные стрелы провеса буксирной линии


д) определяем разность l—х для обоих случаев нагрузки


е) определяем увеличение расстояния между судами вследствие изменения формы кривой буксирной линии


ж) определяем увеличение расстояния между судами вследствие упругих деформаций торосов:


з) определяем суммарное увеличение расстояния между судами


Расчет показывает, что безопасная буксировка возможна при состоянии моря до 6 баллов, что для морской буксировки, рассчитанной на длительное время, нельзя считать удовлетворительным.

Разберем второй возможный случай, когда буксирная линия состоит из пеньковых тросов.

Согласно правилам Регистра СССР на рассматриваемых судах могут быть пеньковые буксирные тросы длиной 185 м каждый и окружностью 305 мм.

По справочникам:


а) определяем рабочую и случайную нагрузки: рабочая нагрузка Т01=36760/6=6127 ~ 6130кг; случайная нагрузка T02 = 36760/2 ~ 18 400 кг;

б) определяем параметр а для обоих случаев нагрузки


в) определяем максимальные стрелы провеса буксирной линии


г) определяем увеличение расстояния между судами вследствие изменения формы буксирной линии:


д) определяем увеличение расстояния между судами вследствие упругих деформаций буксирного троса


е) определяем суммарное увеличение расстояния между судами


Из расчета видно, что буксировку возможно производить при состоянии моря 7—8 баллов.

Приведенные в примерах расчеты показывают:

1) рекомендованные Регистром СССР буксирные тросы удовлетворяют требованиям морской буксировки только в части пеньковых буксирных тросов;

2) стальные тросы в качестве буксирных канатов сравнительно мало пригодны из-за малого погонного веса и малой упругости;

3) наиболее пригодными буксирными канатами являются якорные цепи.

Однако возможны и другие виды буксирных линий, которые будут являться улучшением буксирной линии из одного стального троса. Такими комбинированными буксирными линиями будут:

а) стальной трос с введенным в его середину грузом;

б) применение составной буксирной линии из пенькового и стального тросов;

в) применение составной буксирной линии, состоящей из 2— 3 смычек якорной цепи и стального троса.


Рис. 30

Академик А. Н. Крылов дал решение только для первого вида комбинированной буксирной линии, т. е. для троса с грузом в середине его длины.

Разберем расчет такой линии.

Для этого возьмем два судна А и Б, соединенные буксирным тросом АСВ, в середине длины которого в точке С подвешен груз Р (рис. 30).

Судно А буксирует судно В. В этом случае вся буксирная линия будет составлена из двух цепных линий АСЕ и ВСН', пересекающихся в точке С. Длину дуги АС, равную длине дуги ВС, обозначим через l.

Рассмотрим цепную линию ACH Наличие груза Р в точке С вызывает в ветвях цепных линий силы растяжения Т, касательные к этим ветвям в точке С. Вследствие симметрии буксирной линии относительно вертикали, проходящей через точку С, обе силы Т будут равны между собой. Горизонтальная проекция каждой из этих сил будет равна силе T0, которая согласно теории цепной линии не меняется по всей длине цепной линии.

Следовательно, она равна силе T0, приложенной на судне A, т. е. равна тяге на гаке.

Построив треугольник сил в точке С, можно написать


длина дуги


Из рис. 30 видно, что расстояние между судами А и В равно 2(xA - xC). Стрелка провеса в точке С равна:


Задача сводится к определению расстояния между судами при начальной и конечной нагрузках, сравнению этих расстоянии между собой (разница даст искомое перемещение судов относительно друг друга) и определению стрелки провеса точки подвеса груза для начальной и конечной нагрузки.

Пример. Для судов, принятых в предыдущем примере, рассмотрим использование буксирной линии из стального троса с грузом в середине ее длины


Решение. Определяем хC и хA при нагрузке T01 = 7000 кг. По формуле (72) определяем sh хC/a1; хC/a1 b xC


По формуле (75) определяем




Затем определяем расстояние между судами при начальной нагрузке


Находим у с, yA и f1


Определяем xC и хF при нагрузке T02 = 20 000 кг. По формуле (72) находим sh xC/a2 ; xC/a2 и х


По формуле (75) определяем sh xA/a2; xA/a2 и хA


Определяем расстояние между судами при конечной нагрузке


Изменение расстояния между судами равно:


Определяем yC;yA и f2


Произведенный расчет показывает, что введение в буксирную линию станового якоря существенно улучшает ее. Если учитывать также расхождение судов вследствие упругих деформаций буксирной линии, то полученный результат улучшится.

Буксирные линии, представляющие собой комбинацию стального троса в одном случае с растительным тросом и в другом — с якорной цепью, точного расчета до настоящего времени не имеют, хотя представляют большой практический интерес. Комбинация растительного и стального тросов может встретиться на практике, если одно судно окажется снабженным стальным буксирным тросом, а другое — пеньковым. Комбинация «якорная цепь — стальной трос» имеет весьма широкое применение на практике из-за удобства крепления буксирной линии на буксируемом судне и возможности сравнительно легкого изменения длины буксирной линии.

Вследствие отсутствия точного расчета рассмотрим метод приближенного расчета таких комбинированных буксирных линий. Для этого заменяем пеньковый трос или кусок якорной цепи фиктивным куском стального троса одинакового веса с заменяемой частью буксирной линии и дальше расчет изменения ее формы ведем так же, как и в случае однородной буксирной линии. Так как расчет ведется с применением формул параболы (как для стального троса, у которого отношение х/а < 1/3), то применение этого метода более или менее подходит ко всем заменяемым частям буксирной линии, у которых отношение x/a < 1/3. К таким частям относятся и пеньковый трос. Если заменяемой частью является якорная цепь, то отношение x/a может быть больше 1/3. В том случае применение формул параболы приведёт к ошибкам.

Таким образом, применение изложенного метода к пеньковым канатам дает более точный результат, чем его применение к тяжелым цепям. Однако отсутствие точных методов расчета таких составных буксирных линий делает предлагаемый метод имеющим практический интерес, но к его результатам нужно относиться с некоторой осторожностью.

Пример. Пароходы, указанные в предыдущих примерах, должны осуществить буксировку открытым океаном на буксирной линии, состоящей из пенькового троса длиной 185 м и стального троса такой же длины. Остальные элементы буксирной линии те же, что и в предыдущих примерах


Решение. а) определяем длину фиктивного стального троса, заменяющего пеньковый


б) определяем расчетную длину буксирной линии


в) определяем стрелки провеса для обоих случаев нагрузки


г) определяем разность l —х для обоих случаев нагрузки


д) определяем увеличение расстояния между судами вследствие изменения формы буксирной линии


е) определяем увеличение расстояния между судами вследствие упругих деформаций тросов для стального троса


для пенькового троса


ж) определяем суммарное увеличение между судами


Следовательно, при такой буксирной линии безопасная буксировка возможна при состоянии моря 7—8 баллов.

Пример. Для тех же судов буксирная линия состоит из 2 смычек якорной цепи и 185 м стального троса.


Решение. а) определяем фиктивную длину троса


б) определяем расчетную длину троса


в) определяем стрелку провеса буксирной линии для обоих случаев нагрузки.


г) определяем разность l-х для обоих случаев нагрузки


д) определяем увеличение расстояния между судами вследствие изменения формы буксирной линии


е) определяем увеличение расстояния между судами вследствие упругих деформаций буксирной линии


ж) определяем суммарное увеличение расстояния между судами


Расчет показывает, что безопасная буксировка возможна при состоянии моря до 8 баллов.

Вперед
Оглавление
Назад

Главное за неделю