Маневрирование и прохождение затруднительных участков Волго-Донского водного пути на участке Красноармейск-Ростов-на-Дону

1. Гидрометеорологическое описание Волго-Донского пути

1.1 Общая характеристика водного пути

1.2 Гидрометеорологические условия

1.3 Путевые условия

1.4 Навигационные условия

2. Определение безопасных параметров движения судна

2.1 Тактико-технические данные судна проекта № 588

2.2 Расчет безопасного прохождения криволинейных участков пути

2.3 Расчет безопасного движения при действии ветра на судно

2.4 Расчет безопасной скорости судна при заходе в камеру шлюза

2.5 Расчет элементов уклонения судна в зоне гидроузла

3. Рекомендации судоводителю по безопасной проводке т/х пр. № 588 типа «Родина» на участке Красноармейск — Ростов-на-Дону

Заключение

Транспорт как отрасль материального производства играет исключительную роль в экономической жизни страны. Водные пути сообщения представляют собой своеобразную «кровеносную» систему ее хозяйственного организма.

Важную роль в единой транспортной системе страны занимает внутренний водный транспорт, который в некоторых районах является единственным средством для перевозки массовых грузов. Основное преимущество внутреннего водного транспорта — более низкая себестоимость перевозок по сравнению с железнодорожным, автомобильным или воздушным. Дополнительные его преимущества — меньшие удельные расходы на сопоставимый объем перевозок. Последнему в значительной мере способствует то, что внутренний водный транспорт использует естественные водные пути — реки и озера, затраты на формирование и устройство которых значительно меньше, чем для авто и ж/д магистралей.

Министерство транспорта РФ, пароходства и частные судовые компании постоянно заботятся о развитии и совершенствовании речного транспорта, являющегося важной составной частью единой транспортной системы РФ. Предусмотрены конкретные меры по дальнейшему развитию речного транспорта и, в частности, пополнение речного флота грузовыми теплоходами большой грузоподъемности, судами смешанного «река-море» плавания, новейшими типами барж для большегрузных составов, ледоколами и комфортабельными пассажирскими судами, а также — технического, рейдового, и служебновспомогательного флота, оборудованных по последнему «слову» техники. Ими же принимаются меры по продлению периода навигации на магистральных речных путях, которые ведут к повышению экономической эффективности в эксплуатации флота.

В осуществлении транспортного процесса важная роль отводится судоводителю как непосредственному исполнителю. Интенсивное развитие речного транспорта требует от судоводителя высокой квалификации в управлении судна. Безопасную работу судна судоводителю позволяет обеспечить сочетание передового практического опыта и глубоких теоретических знаний. Судоводитель должен постоянно изучать условия плавания, маневренные качества судна, уметь правильно оценить возможности своего судна при выполнении маневра в различных неблагоприятных условиях и возникающих ситуациях. Многолетние исследования по анализу аварийности судов показывают, что большое количество аварий произошло из-за недостаточно обоснованного выбора судоводителем маневра в сложившейся ситуации. Это часто происходит не по причине нехватки опыта, а из-за определенных теоретических ошибок в выборе маневра и его производстве.

Важным показателем в работе современного теплохода, особенно это важно в современных условиях, являются экономические показатели. Именно они показывают компетентность как управленцев, так и судоводителей. Сокращение эксплуатационных расходов, сокращение времени обработки, повышение производительности труда — вот успех водного транспорта в современных условиях работы.

В данной дипломной работе на примере маневрирования и прохождения затруднительных участков Волго-Донского водного пути на участке Красноармейск — Ростов-на-Дону, поставлена задача выполнить расчет характерных маневров, которые позволяют безопасно выполнять шлюзование и маневрировать на затруднительных участках, а также основные маневры при повседневной работе. Подготовить теоретическую базу под практические навыки безопасного управления судном.

1. Гидрометеорологическое и путевое описание Волго-Донского пути

1.1 Общая характеристика водного пути Волго-Донской путь протяжением 581 км включает в себя Волго-Донской канал, Цимлянское водохранилище и участок реки Дон от Цимлянского гидроузла до г. Азов, рис. [1, 2]. Весь путь можно разделить на несколько характерных участков. Волго-донской канал в границах от пристани Красноармейск до выхода из нижнего подходного канала шлюза № 13.

Протяженность ВДСК 101 км, эксплуатируется с 1952 года. Канал имеет 13 судоходных однокамерных шлюзов. Откосы каналы укреплены камнем и бетонными плитами. Гарантированные габариты ВДСК: глубина — 4,0 м; ширина — 38 м; радиус закругления — 550 м. Канал пересекается 4-мя железнодорожными и 3-мя автодорожными мостами.

Цимлянское водохранилище в границах от выхода из нижнего подходного канала шлюза № 13 до входа в аванпорт г. Волгодонска. Введено в эксплуатацию с 1952 года, протяженность судового хода — 179 года. Максимальная ширина и глубина соответственно 38 км и 36 м.

В районе населенного пункта Рычки Цимлянское водохранилище пересекается железнодорожным мостом.

Цимлянский гидроузел в своем составе имеет глухую земляную плотину, аванпорт с волноломами, два судоходных шлюза № 14, № 15 промежуточным каналом длиной 3,44 км.

Участок Дона от Цимлянского гидроузла до порта Азов и ниже до устья, называют нижним Доном. Его протяженность 293 км. Нижний Дон разделен гидроузлами на четыре участка: выход из нижнего подходного канала шлюза № 15 — Николаевский гидроузел; Николаевский гидроузел — Константиновский гидроузел (протяженность 43 км); Константиновский гидроузел — Кочетовский гидроузел (протяженность 31 км) и свободный участок реки Дон.

По условиям плавания Волго-Донской водный путь делится на участки относящихся к разряду «О»: Цимлянское водохранилище от Пятницких рейдов до плотины Цимлянской гидроэлектростанции, река Дон от г. Азов до начала морской части ВДСК; к разряду «Р»: Волго-Донской судоходный канал от города Красноармейск до Пятницких рейдов; акватория Волгодонского порта; река Дон от города Ростов-на-Дону до города Азов; к разряду «Л»: река Дон от плотины Цимлянской гидроэлектростанции до города Ростов-на-Дону [1,2].

1.2 Гидрометеорологические условия Физическая навигация на Волго-Донском судоходном пути в среднем длится 232 суток, ее продолжительность ограничивается ранними сроками замерзания и поздними сроками очищения ото льда Береславского водохранилища ВДСК.

Трасса пути проходит в зоне континентального климата. Наиболее благоприятными для плавания являются летние месяцы как самые ясные и тихие. Больше всего дней с туманами в навигацию наблюдается в преклонной части Цимлянского водохранилища 15,3 дня или 6% навигационного времени.

Максимальная скорость течения на Волго-Донском водном пути отличается на реке Дон при прохождении половодья — в апреле и мае. Скорость течения у Рычковского моста в этот период составляет 3,6 — 4,3 км/ч, при штормовом ветре северо-восточном направлении достигает 7,2 км/ч. В нижней части Дона скорость течения в половодье достигает 3,5 км/ч.

В зоне ВДСК господствующими являются восточные и северо-восточные ветры. На Варварском и Береславском водохранилищах направление преобладающих ветров перпендикулярно судовому ходу. При сильных ветрах (до 25 м/с) на водохранилищах наблюдались волны 1,5 — 2,5 метра. Однако число дней с подобными ветрами и волнением не превышает 6 за навигацию, среднее число дней со штилями — 53. Туманы в основном наблюдаются в осенний период. Всего за навигацию с туманами бывает не более 18 дней.

Появление льда на канале происходит в период с 30 октября по 19 декабря. Очищение ото льда происходит довольно быстро в период с 14 марта по 21 апреля.

Ветроволновой режим на Цимлянском водохранилище в целом неблагоприятен для судоходства. Этому способствует редкая повторяемость штилей (4 — 7%) и большая продолжительность штормовых ветров — до 4 суток и более. Самые продолжительные штормы наблюдаются в юго-западной части водохранилища.

На участке Калач-на-Дону — Рычковский мост наибольшая высота волны — 1,2 метра — наблюдается при сильных южных и восточных ветрах. Участок от Рычковского моста до хутора Суворовский представляет собой озерное пространство со средней глубиной 2 метра при проектном уровне воды. Здесь при ветре 11 — 14 м/с — от 2 до 2,5 метров.

На наиболее широком и глубоком приклонном участке водохранилища при ветре 6 — 8 м/с высота волны составляет от 1 до 1,2 м, а при ветре 14 — 17 м/с и более (2,5 — 3 метра).

На Нижнем Дону преобладающими в течение года являются восточные ветры, общая повторяемость которых 30%. В июне — июле на Нижнем Дону дуют западные ветры, повторяемость которых 20 — 33%. В течение всего года преобладает ветер со скоростью до 5 м/с, повторяемость его 55 — 80%; повторяемость ветров со скоростью 6 — 8 м/с около 29%. Сильные ветры со скоростью 15 м/с и более редко — около 3 дней в навигацию.

Туманы на Нижнем Дону в навигационный период редки. С мая по август бывает не более одного дня в месяц с туманами, и лишь в ноябре их число увеличивается до 11.

1.3 Путевые условия ВДСК. Судоходный канал состоит из трех характерных участков: Волжского склона (19,6 км), водораздельного бьефа (26,5) и Донского склона (48,2).

Волжский склон имеет девять шлюзов с почти равными напорами. В связи с большой крутизной Волжского склона, шлюзы расстоянии 1 — 2,5 километра друг от друга, и лишь участок между шлюзами № 3 и № 4 имеет длину 8 километров. От шлюза № 1 до шлюза № 4 канал расположен преимущественно в выемке. Участки между шлюзами № 4 — № 9 имеет озеровидные бьефы шириной от 0,5 до 1,3 км.

Водораздельный бьеф между шлюзами № 9 — № 10 состоит из двух характерных частей: судоходного канала в глубокой выемке длиной 9 километров и Варварского водохранилища длиной 17 километров.

Донской склон имеет четыре шлюза № 10 — № 13. На этом склоне расположены два водохранилища Беряславское (нижний бьеф № 10) и Карповское (нижний бьеф шлюза № 12). Шлюзы № 11 и № 12 разделены каналом длиной 5 км с небольшим уширением вблизи шлюза № 12.От шлюза № 13 до выхода в Цимлянское водохранилище на

протяжении 6 км канал огражден дамбами.

Канал пересекается 28 воздушными и 16 подводными переходами, а также 7 мостами.

На ВДСК запрещается:

Отдача якорей в искусственных частях канала.

Нахождение неошвартованных судов у причальных стенок верхних бьефов во время наполнения Движение всех судов в условиях ограниченной менее 1 км видимости.

Обгон на искусственной части канала судам и составам грузоподъемностью 1000 тонн и более, пассажирским судам мощностью 360 кВт и более (включая суда на подводных крыльях).

Обгон и расхождение на участках: 2586,3 — 2588,3 км — вход в канал; 2611,1 — 2612,2 км — район заградительных ворот (шл. № 9 — шл. № 10); 2625,2 — 2625,8 км и 2629,2 — 2629,9 км — места поворотов на Варварском водохранилище; 2644,9 — 2646,2 км — в районе заградительных ворот (шл. № 10 — шл. № 11); 2647,1 — 26,47,9 — в районе Береславской переправы; 2673,4 — 2673,8 км и 2678,4 — 2679,1 — места поворота судового хода на Карповском водохранилище.

Отстой транзитных судов у остановочных пунктов и причалов.

Не рекомендуется:

Расхождение судов на крутом повороте перед шлюзом № 5 (2601,1 — 2601,8 км) Ограничена видимость судового хода:

от шлюза № 9 до 2615 км;

подход к шлюзу № 12 со стороны Волги на крутом повороте при выходе из шлюза № 13 до 2686 км.

Цимлянское водохранилище можно разделить на два характерных участка. Верхний от канала участок длиной около 70 км до 2752 км проходит по затопленному руслу реки Дон и имеет два спрямления — прорези на участках 2717,0 — 2729,5 км и 2733,5 — 2736,0 км. Несмотря на отдельные разливы шириной до 20 км, ширина судового хода здесь ограничена и глубины под затопленной поймой невелики.

Второй участок длиной около 110 км имеет вид, типичный для водохранилищ равнинных рек. Основной судовой ход проходит над затопленной поймой. Местами он проходит по прорези, протекает в затопленном кустарнике и мелководье. Здесь имеются дополнительные судовые ходы, подходы к пристаням и убежищам.

Цимлянский гидроузел в своем составе имеет длинную глухую земляную плотину (12.75 км), аванпорт с волноломами два судоходных шлюза с подходными и промежуточными каналами.

На рассмотренном участке имеются три моста.

Нижний Дон по путевым условиям можно разделить на два характерных участка: шлюзованный с подпором уровней от Цимлянского до Константиновского гидроузла и нижний участок. На всем шлюзованном участке подпор не привел к затоплению поймы. Ширина русла колеблется от 200 до 500 м. Глубины по оси судового хода от 4,0 до 8,5 м. Путевые условия в течение навигации изменяются незначительно. Участок ниже Кочетовского гидроузла является по существу рекой в свободном состоянии с измененным гидрологическим режимом. На участке длиной 164 км имеются 45 перекатов, разделенными короткими лощинами.

Коэффициент извилистости Нижнего Дона равен 1,44. В связи с ограниченной шириной судового хода, крутыми поворотами русла, наличием свальных прижимных течений и суводей, затруднительных для судоходства.

Судовой ход пересекают 18 воздушных 436 подводных переходов, 6 мостов.

Сезонные колебания уровня воды, связанные с весенним увеличением стока, выражены довольно слабо. Пойма реки Дон в половодье не застаивается в 85 — 90% случаев. В период после половодья колебания уровня воды обусловлены суточным и недельным регулированием стока Цимлянской ГЭС. На приустьевой участок реки Дон до станицы Багаевской (100 км) распространяются сгонно-нагонные колебания воды, обусловленные ветровыми сгонами и нагонами на Азовском море.

В станице Багаевской амплитуда этих колебаний достигает 0,6 м, в районе г. Ростов-на-Дону — 1,8 м, в устье Дона — 2,5 м.

На Нижнем Дону запрещается:

Движение судов:

в условиях ограниченной видимости, в темное время суток на участках с неосвещенной судоходной обстановкой, в разводку Ростовского железнодорожного моста без разрешения капитана порта и дежурного гос. инспектора Н. Донского АД ГРСИ ДКБ.

Обгон судов при следовании в разводку Ростовского железнодорожного моста.

Обгон и расхождение судов:

во входных частях Ростовского и Александровского ковша.

На затруднительных, по условиям пути участках обозначаемых информационными запрещающими знаками на местности.

1.4 Навигационные условия Береговые и плавучие средства навигационного оборудования на всем протяжении водного пути от Волгограда до Азовского моря обеспечивают плавание судов и соответствуют Государственному стандарту на знаки внутренних водных путей РФ.

На Волго-Донском судоходном канале правая и левая стороны судового хода считаются по направлению от Волги к Дону.

Основу навигационного ограждения на Волго-Донском канале составляют: в искусственных частях канала — путевые знаки (огни), установленные на берегах канала, на водохранилищах — буи и щелевые створы, в озерных бьефах канала — буи.

На Цимлянском водохранилище и Нижнем Дону основу навигационного ограждения составляют буи, выставленные на кромках судового хода. Створные и перевальные знаки на Нижнем Дону упразднены. На участках судового хода Цимлянского водохранилища, расположенном между 2760 км и 2864 км, плавучие навигационные знаки выставлены по оси судового хода. Следуя по этому участку, осевые буи надо оставлять по левому борту.

У буев, стоящих на местах, где ограждение должно быть особенно надежным, выставляются сигарообразные буи, которые остаются на своих местах после снятия основного буя.

Нумерация буев ведется против течения раздельно для участков:

на Нижнем Дону — от устья до Волгодонска, на Цимлянском водохранилище — от Волгодонска до порта Калач, на ВДСК от Волги до Цимлянского водохранилища.

Судоводители, совершающие плавание по Волго-Донскому пути, должны иметь необходимую навигационную информацию.

Путевая информация содержит сведения об уровне воды, о габаритах судовых ходов, об изменении в расстановке знаков навигационного оборудования, местах работы технического флота и другие сведения.

Путевая информация постоянного характера объявляется в извещении судоводителям, которые издаются в г. Н. Новгород диспетчерским информационным пунктом производственного объединения «Водные пути Волжского бассейна» для водных путей ЕГС Европейской части РФ.

Своевременное обеспечение судов указанными извещениями является обязанностью организаций и ведомств, которым принадлежит судно.

2. Определение безопасных параметров движения судна

2.1 Тактико-технические данные судна проекта № 588

Автор проекта — ЦТКБ и завод в ГДР Организация утвердившая МРФ Год и место постройки головного судна — «Родина»

Основные показатели Тип судна — грузопассажирский теплоход с обносами и трехъярусной надстройкой.

Назначение — перевозка транзитных пассажиров и грузов.

Класс РР и район плавания — «О» внутренние водные пути Размеры судна габаритные, м Длина — 95,8

Высота от основной линии — 16,7

Ширина — 14,3

Расчетные размеры судна, м Длина — 90,0

Высота борта — 3,4

Ширина — 12,0

Осадка при полном водоизмещении по … — 2,5 м Модель электродвигателяМАП — 31−4/12

Мощность, кВт6/2,5

Частота вращения об/мин1345/368

Шпиль якорно-швартовыйэлектроручной ЭлектродвигательМАП — 31−4/12

Мощность, кВт 6,25

Спасательные и шлюпочные средства Спасательная шлюпка4 (1-мотобот) Вместимость, чел16 (18)

Шлюпбалкисклоняющиеся гравитационные Рабочая шлюпкаалюминиевая Шлюпбалкаповоротная, ручная Спасательные плоты, ш8

Вместимость, чел.10

Запасы ГСМ Основное топливоДизельное Запас, т39,4

МаслоДизельное Запас, т1,6

Дисковое отношение0,65

Число лопастей4

Частота вращения, об/мин450

Материалстальное литье Направление вращенияправое левое Рулевое устройство Руль полубалансирный подвесной Количество 3

Площадь, 1,82

Высота руля, м1,3

Длина руля, м1,35

Максимальный угол перекладки руля, град40

Якорное устройство Якорь Холла Количество и вес носовых якорей2×1000

Вес кормового якоря, кг500

Калибр и длина цепей носовых якорей мм? м19×125, 19×100

Кормового якоря19×75

Брашпильэлектроручной Система набора — смешанная: корпус набран по поперечной системе, главная и средняя палубы — по продольной Расположение на шп. 8, 42, 72, 92, 128, 142

водонепроницаемых переборок Толщина листов наружной обшивки, мм Днища у бортов5

То же в районе бортов 126 — 140 шп.6 и 8

Фальшборта3

Главные двигатели Тип6NVD48

Количество 3

Мощность, л.с.400

Частота вращения, об/мин450

Пусквоздухом давлением 30 кгс/

Двигатели Типгребной винт Количество3

Диаметр, м1,1

Шаг, м1,09

Пассажировместимость, чел.339

Мест для экипажа, чел.72

Число мест:

в ресторане на главной палубе58

на средней палубе36

Автономность, сут.8

Ширина прогулочных палуб, м на главной1,5

на средней2,8

Скорость судна на глубокой воде25,5 км/ч Коэффициент полноты при осадке 1,38 м Ватерлинииa=_, 86

Мидель-шпангаутаb=_, 96

Водоизмещенияd=_, 74

Автоматизацияв—соответствии—с—требованиями—РР—РФ Корпус Материал корпусасталь ст.3; для ответственных конструкций — сталь по стандартам ГДР

2.2 Расчет безопасного прохождения криволинейных участков пути Одним из наиболее сложных участков маршрута является Нижний Дон. Особое внимание при его прохождении следует уделить криволинейным участкам пути, перекатам, запрещенным для обгона и расхождения. Общая протяженность запрещенных для расхождения и обгона участков — 35 км. Один из самых сложных для прохождения — перекат Нижнекамышевский (2904,0−2906,0 км). Поворот на данном перекате осуществляется на 55−60 градусов при радиусе закругления 480 метров. Поворот характерен свальным течением к правому берегу, достигающий при пропуске паводка в весенний период скорости 5−7 км/ч. Ширина судового хода в этом месте достигает 110−120 метров (рис. 3)

Для успешного прохождения поворота, необходимо определить момент начала поворота, безопасную скорость движения и угол перекладки руля.

Прежде чем перейти непосредственно к решению данной задачи необходимо найти ряд величин и коэффициентов в частности:

Определяем относительное удлинение пера рулей. Рассматриваем 3 руля

(1)

где h — высота руля, м

S — площадь руля, м Для одного руля:

Определяем угловой коэффициент наклона подъемной силы при—a=_,—М:

Для трех рулей:

М = 2,18

Определяем коэффициент попутного потока в местах расположения рулей:

где V — водоизмещение судна ;

— коэффициент полноты водоизмещения судна;

Коэффициент для бортовых винтов Х=2

Коэффициент для винтов в ДП Х=1

Для ДП:

Для бортовых:

Находим скорость подтекания воды к винтам:

где V — скорость судна, м/с

V1 = 5.28*(1 — 0.238) = 3.55

Определяем полезную тягу винта при работе на швартовых переднего хода, Р где k2, k3 — коэффициенты соответственного упора и момента винта при работе на швартовых, определяемых по графику рис. 4 стр. 76.

N — мощность подводимая к гребному винту, кВт

n — номинальная частота вращения гребного винта, об/мин

D — диаметр винта, м:

Находим площадь диска винта F, :

где D — диаметр винта, м:

Находим коэффициент упора винта,

где Р — плотность воды, кг/;

Рассчитываем коэффициент влияния корпуса и винта на скорость потока, обтекающего руль, r

где S — площадь рулей S=3.192

S2 — площадь рулей, находящихся в потоке винта S=2,6 ;

Находим коэффициент продольной остроты судна

где — коэффициент полноты мидельшпангоута

Находим коэффициент присоединенных масс, К

где В — конструктивная ширина судна, м

Находим гидродинамические моменты

С21;С22;С23;С31;С32.

C22 = -2*0.01*10.5/0.75 = -0.002

Определяем угловую скорость судна:

где L — конструктивная длина судна

R — радиус поворота реки, м

Находим площадь диаметрального батокса:

гдекоэффициент диаметрального батокса

Т — осадка судна

S1 = 0,9*1,4*76 = 95,76

Для определения угла дрейфа определяем коэффициенты m, А1, А2, А3

А1 = 0,5С23

А1 = 0,5*0,351 = 0,176

А2 = 0,5С21+С31

А2 = 0,008*0,5+0,041 = 0,045

где 0,5 — отношение отстояния места расположения рулей от ЦТ к длине судна

V — скорость судна, м/с

Определяем угол дрейфа на течении при скорости судна 20 км/ч:

Для определения необходимо угла перекладки руля на коэффициенты А5 и А6

Находим требуемый угол перекладки руля, aр

Определяем параметры движения по корме. Находим угол дрейфа по корме—ak

где 1 — отстояние руля от ЦТ судна, м Находим радиус поворота по корме:

Находим отстояние точки поворота от кормы, хк:

хк = Rsinak

xk = 509.5*0.45 = 236.84 м Поскольку х > L требуется определить угол дрейфа по форштевню, ?ф где L — габаритная длина судна, м Ширина ходовой полосы при прохождении судном поворота определится таким образом:

При хк > L

при хк

при хk>L

Полученные выражения для движения судна по течению. Против течения величины А3 в скобках перед вместо плюса должен стоять минус Расчеты для построения графиков произвести при

R=300, 500, 1000, 1500 м

V=V0, 0,75 x V0; 0,5 x V0

Данные расчета сводятся в таблицу

2.3 Расчет безопасного движения при действии на судно ветра При оценке управляемости судна в зависимости от ветра, принято считать его управляемым, если оно, имея заданный угол перекладки руля, может двигаться прямолинейным курсом с необходимой скоростью при неблагоприятном ветре. Угол ветрового дрейфа определяем по формуле:

где ,

где Т — осадка судна, м;

L — длина расчетная судна между перпендикулярами, м;

— коэффициент полноты диаметрального батокса, расположенного в корму, равен 0,9

V — скорость кажущего ветра, м/сек;

скорость движения судна при действии ветра, м/сек;

СУВ — коэффициент аэродинамической силы определяется по формуле:

Сув = (0,735+1,12*Н/В)sinqw,

qw — угол кажущегося ветра, град;

Н — возвышение пассажирской надстройки над ватерлинией, м;

ln — отстояние геометрического центра парусности от ЦТ судна, м (ln = 2.5);

— относительное отстояние руля от центра тяжести судна для самоходных судов lk = 0.47;

— плотось атмосферного воздуха, равен 0,0012

— плотность воды, равен 1,00

Sn — площадь проекции надводной поверхности судна на диаметральную плоскость,

S0 — площадь погруженной части диаметрального батокса,

Покажем расчет угла ветрового дрейфа при qw = 30 град. и W/Vв = 1

Расчеты угла ветрового дрейфа при:

qw = 30, 60, 90, 120, 150;

W/VВ = 1, 2, 3, 4, 5.

сводим в таблицу Угол ветрового дрейфа при различных углах кажущегося ветра и соотношениях скорости судна к скорости ветра

aB = f (qw, W/VB)

2.4 Определение безопасной скорости судна при заходе в камеру шлюза

Величина скорости захода в камеру шлюза, при которой динамический запас под днищем судна составляет не менее 0,1 м, что обеспечивает безопасные условия движения, можно определить по формуле:

где, — коэффициент стесненности,

— площадь поперечного сечения камеры шлюза, ;

где — коэффициент полноты миднльшпангоута судна;

В — ширина судна, м;

Т — осадка судна, м.

где Вк — ширина камеры шлюза

;

зависимость справедлива при Т/Нп<=0,97 и скоростях захода >=0,4 м/с

2.5 Определение элементов уклонения судна в зоне гидроузла Одним из наиболее часто употребляемых маневров, при выходе судна из камеры шлюза для расхождения со встречными судами или ожидании шлюзования у причальной стенки судами, является уклонение.

Смещение судна в результате маневра уклонения в сторону перпендикулярную линии его первоначального курса, называется боковым смещением Yукл. Смещение вдоль первоначального курса, на которое смещается судно во время маневра уклонения, называется продольным смещением, Хукл.

Смещение судна во время маневра уклонения определяется по формуле

где:

L — длина судна, м

— безразмерная величина уклонения, определяемая для одиночных судов выражением вида:

где V — заданная скорость движения, м/с где d — коэффициент полноты водоизмещения судна Определим величину продольного смещения при уклонении на величину Yукл=10,15 м, при скорости движения V=1,5; 2,0; 2,5 м/с и отношениях Т/Н=0,4; 0,68; 0,8

Рассчитаем Хукл при условиях:

Т/Н=0,4;V=1,5 м/сYукл=10 м;Т=1,4 м Хукл=0,829×76=63,08 м Расчеты продольного перемещения для других параметров сводим в таблицу

3. Рекомендации судоводителю по безопасной проводке т/х пр. № 588 типа «Родина» на участке Красноармейск — Ростов-на-Дону Особенности движения судов на мелководье По сравнению с движением судов на глубокой воде, при движении в каналах наблюдаются следующие особенности:

увеличение сопротивления воды и, как следствие, снижение скорости движения при том же режиме работы главных дизелей судна;

увеличение просадки корпуса судна, а также дифферента на корму;

увеличение сил «присоса» при встречах и обгонах судов;

возникновение сил «присоса» и «отталкивания» при движении судна вблизи берегового откоса и, как следствие, увеличение рыскливости судна;

увеличение размеров волны, приводящее к интенсивному размыву береговых откосов .

Причина возникновения указанных особенностей — более интенсивное по сравнению с глубокой водой сжатие потока, что приводит к изменению поля скоростей движения жидкости вокруг судна и перераспределению гидродинамических давлений на подводной части корпуса судна.

При малых начальных скоростях движения судна на мелководье соотношение между его скоростью и сопротивлением такое же, как и при глубокой воде. Но, начиная с некоторой скорости судна, рост сопротивления происходит заметно интенсивнее. Наконец, судно достигает такой скорости, что дальнейшее увеличение оборотов главных двигателей (увеличение мощности, подводимой к движителю) не приводит к заметному увеличению скорости, привычному на глубокой воде. В этом случае говорят, что судно достигло первой критической скорости движения в канале, на мелководье. Внешним признаком достижения этой скорости является появление резко выраженной так называемой береговой, или спутной, волны. Движение с такой скоростью неэкономично, потому что приводит к перерасходу топлива, перегрузке двигателей и, как следствие, более быстрому их износу. Кроме того, движение с первой критической скоростью или близкой к ней опасно, так как происходит резкое возрастание просадки и судно может коснуться дна. К тому же увеличение интенсивности волнообразования ведет к усиленному размыву откосов берегов.

Безопасные приемы управления судном на мелководье не могут быть выработаны или, во всяком случае, достаточно быстро усвоены без правильного представления физических процессов, происходящих при движении судов на мелководье, при взаимодействии их во время расхождения и обгона. Только в этом случае судоводитель может сознательно управлять судном и предвидеть последствия этого управления. В дальнейшем приемы управления судном при движении на мелководье рассматриваются параллельно с рассмотрением физических процессов, происходящих при этом.

Особенности взаимодействия и маневрирования судов при встречах и обгонах на мелководье Расхождение и обгон в каналах безопаснее осуществлять на прямолинейных участках. Отсюда следует, что требуется заранее договориться об этом со встречным или обгоняемым судном по УКВ радиосвязи и в дальнейшем регулировать скорость хода судна так, чтобы расхождение произошло в намеченном месте.

Процесс встречи и обгона на мелководье можно условно разделить на четыре этапа: движение судна по оси судового хода с момента подачи сигнала на расхождение до момента начала уклонения к тому или иному береговому откосу; уклонение к откосу канала; движение вдоль него до момента сближения по траверзу носовых образований судов при расхождении или до момента сближения по траверзу носа или кормы судов при обгоне, движение судов параллельными курсами и выход на траекторию движения вдоль оси судового хода после расхождения или обгона.

Перед началом маневрирования при расхождении и обгоне бывает полезным уменьшить скорость движения по трем причинам. Во-первых, это позволяет иметь резерв мощности, а значит, и резерв маневрирования на случай необходимого их увеличения в процессе управления судном при дальнейшем его движении вдоль берега. Во-вторых, всякое движение по криволинейной траектории (а при уклонении к береговому откосу такое движение неизбежно) связано с появлением центробежных сил инерции, значения которых прямо зависят от квадрата скорости. В-третьих, сбавление скорости будет полезным и для уменьшения дополнительных сил и моментов, появляющихся при движении вдоль береговых откосов. При этом следует стремиться осуществить расхождение так, чтобы путь (или время) движения судна вдоль берега был как можно меньше. Снижение оборотов машин необходимо произвести заранее, еще при движении по оси судового хода, по той причине, что падение скорости судна происходит постепенно на значительном расстоянии. В том случае, если снижение оборотов машин будет осуществлено непосредственно во время уклонения к берегу, то скорость судна не успеет упасть и желаемого эффекта маневр не даст. Следует сказать, что скорости судов при расхождении на мелководье регламентированы. Эти скорости являются безопасными при расхождении с любым из судов.

Уклонение к берегу следует выполнять по возможно более пологой траектории, это связано опять же с уменьшением значений центробежных сил инерции, которые обратно пропорционально зависят от радиуса кривизны траектории.

Движение вдоль берегового откоса характеризуется тем, что по сравнению с движением по оси судового хода нарушается симметричность обтекания корпуса судна. Как правило, в носовой оконечности судна с борта, находящегося близко к берегу, образуется повышение уровня свободной поверхности воды. Затем уровень вдоль этого борта падает и становится ниже, чем у противоположного, особенно эта разница становится значительной в кормовой оконечности судна. Наличие разностей уровней свободной поверхности воды с бортов судна приводит к перераспределению давлений вдоль корпуса судна по сравнению с симметричным обтеканием при движении по оси судового хода.

Характерным является то, что в носу судна возникают силы отталкивания от откоса, а в корме — силы присасывания. Причем, как показывает опыт, кормовые силы присасывания будут тем больше, чем больше скорость судна и чем меньше расстояние между его бортом и береговым откосом.

Момент от кормовых сил присасывания стремится развернуть судно носом в сторону оси судового хода. Судоводителям следует особое внимание обращать на момент выравнивания судна параллельно берега после уклонения от оси. На описанную картину при этом «накладывается» еще раскат кормы в сторону откоса берега.

В этот момент может пригодиться резерв мощности для увеличения рулевой силы и создания достаточного усилия, направленного в сторону оси судового хода. Это может быть достигнуто кратковременным увеличением оборотов двигателя, что не ведет к увеличению скорости судна.

Иногда для того, чтобы обеспечить требуемую пониженную скорость движения вдоль оси судового хода, приходится переходить на работу одной машиной. В этом случае правильнее будет продолжать работать машиной, находящейся с борта, обращенного к оси хода.

К моменту сближения носовых оконечностей при расхождении суда должны двигаться параллельным курсом. В первоначальный момент нахождения носовых оконечностей судов на траверзе происходит их отталкивание. Это связано с взаимодействием областей повышенного давления в носовых оконечностях. Судоводитель должен быть готов к этому и заранее переложить рулевой орган с борта, обращенного к оси судового хода, на некоторый угол на противоположный борт. Эта перекладка руля довольно кратковременна, потому что по мере входа судна в «зону влияния» друг на друга, т. е. по мере сближения миделевых сечений корпусов начинают увеличиваться силы «присасывания», обусловленные увеличением скорости протекания и понижением уровней воды между корпусами судов.

Момент от этих сил до положения, когда миделевые сечения судов скажутся на траверзе, будет стремиться развернуть суда в направлении друг к другу. Причем наибольшего значения этот момент достигает непосредственно в положении носа судна на траверзе миделя встречного судна. Соответственно этому следует осуществлять перекладку рулевого органа на борт, противоположный встречному судну. При дальнейшем сближении миделевых сечений судов момент, разворачивающий суда носом друг к другу, будет уменьшаться, и в положении, когда миделевые сечения будут находиться на траверзе, он будет примерно равен нулю.

В дальнейшем при удалении миделевых сечений друг от друга момент от сил присасывания изменит свое направление и будет стремиться сблизить кормы судов. Значение его будет возрастать до момента сближения миделя судна с кормой встречного судна. После этого момент указанного направления будет уменьшаться по значению.

Непосредственно в момент нахождения кормовых оконечностей расходящихся судов на траверзе на них будут кратковременно действовать силы отталкивания.

Приведенная картина взаимодействия судов при расхождении характерна для примерно одинаковых по размерам и водоизмещению судов.

В том случае, когда одно из расходящихся судов имеет меньшие размеры, характер сил не меняется, но меняется в сторону возрастания их действие на меньшее судно.

При обгоне наиболее ответственным, как и при расхождении, является третий этап, когда происходит движение судов параллельными курсами с момента нахождения на траверзе носа обгоняющего судна и кормы обгоняемого судна до момента, когда на траверзе будут находиться нос обгоняемого судна и корма обгоняющего. При этом также можно выделить несколько характерных моментов.

Прежде всего, момент сближения носа обгоняющего судна с кормой обгоняемого характеризуется появлением гидродинамических сил отталкивания кормы и носа друг от друга. Моменты этих сил будут действовать таким образом, что нос обгоняющего судна будет стремиться отклониться к ближайшему откосу берега, а нос обгоняемого судна — в сторону обгоняющего. Наиболее заметно чаще всего проявляет себя момент на обгоняемом судне, так как он совпадает по направлению с моментом на этом судне, возникающем из-за несимметричности обтекания при движении вблизи откоса и стремящемся развернуть нос судна в сторону оси судового хода. На обгоняющем судне эти моменты разных направлений. Действие указанных усилий продолжается недолго.

Как только нос обгоняющего судна начинает проходить траверз кормы обгоняемого и далее входить в «зону действия» корпуса обгоняемого судна, начинают расти силы присасывания на корпусах обоих судов. Направлены они таким образом, что стремятся сблизить нос обгоняющего судна с кормой обгоняемого. Моменты этих сил действуют так, что нос обгоняемого судна стремится развернуться в сторону ближайшего откоса, а нос обгоняющего — в сторону кормы обгоняемого. При этом момент на обгоняющем судне по направлению будет складываться с моментом, стремящимся развернуть это судно в сторону оси судового хода. По мере дальнейшего входа обгоняющего судна в «зону действия» обгоняемого моменты указанных направлений будут возрастать до выхода носа обгоняющего судна на траверз миделя обгоняемого. В дальнейшем моменты будут уменьшаться, а точки приложения сил присоса приближаться к миделевым сечениям судов. Затем в момент нахождения миделей судов на траверзе моменты, связанные с силами присоса на корпусах судов, становятся равными нулю.

При дальнейшем продвижении обгоняющего судна вперед точки приложения сил присоса перемещаются соответственно у обгоняющего судна в корму от миделя и у обгоняемого — в нос от миделя. Соответственно с этим меняются и направления моментов от этих сил. На обгоняющем судне он действует так, что стремится развернуть нос судна в сторону ближайшего откоса, на обгоняемом — в сторону обгоняющего судна. По значению моменты указанных направлений растут до положения кормы обгоняющего судна на траверзе миделя обгоняемого. Затем по значению эти моменты начинают уменьшаться и становятся равными нулю, когда корма обгоняющего судна проходит траверз носа обгоняемого. Непосредственно после этого положения на носовой оконечности обгоняемого судна и кормовой обгоняющего возникают силы отталкивания как результат взаимодействия областей повышенных гидродинамических давлений. Моменты этих сил направлены так, что обгоняющее судно стремится развернуться в сторону оси судового хода, а обгоняемое — в сторону ближайшего откоса берега.

При обгоне перекладка рулевого органа должна осуществляться в сторону, обратную указанным направлениям моментов обгоняющего и обгоняемого судов. Во всяком случае, судоводитель должен быть готов к такой перекладке. Часто для увеличения рулевого усилия необходимо прибегать к кратковременному пуску машин на повышенный режим работы, т. е. использовать тот запас управляемости, который был создан предварительным снижением скорости судна перед обгоном.

Так же, как и при расхождении, описанная картина характерна для случая обгона двух одинаковых по размерам судов. В том случае, когда осуществляется обгон разных по размерам судов, на меньшее из них усилия указанных направлений действуют наиболее интенсивно. Особенно это увеличение характерно для обгоняющего судна.

Необходимо отметить, что как расхождение, так и обгон на мелководье рассмотрены выше без учета действия бокового ветра, или ветра, направленного под некоторым углом к оси судового хода. Ясно, что при действии бокового ветра следует учитывать усилия аэродинамической природы, возникающие на надводной части корпуса судна. Значения этих усилий и их направления зависят от скорости ветра, площади парусности и ее расположения по длине корпуса судна.

Как известно, суда по своему поведению под действием ветра подразделяются на уваливающиеся по ветру и приводящиеся к ветру. Уваливающимся по ветру называется такое судно, которое под действием бокового ветра носом разворачивается по ветру, а приводящееся к ветру — которое носом разворачивается на ветер. Такое поведение судна определяется расположением по длине его корпуса точки приложения аэродинамической боковой силы. Если эта точка расположена впереди от миделя судна (а это будет так, когда большая часть парусности расположена в нос от миделя судна), момент этой силы будет разворачивать судно носом по ветру. В том случае, когда точка приложения аэродинамической силы расположена в корму от миделя, момент ее будет разворачивать нос судна на ветер. В том редком случае, когда точка приложения аэродинамической силы расположена в плоскости миделя и ее момент равен нулю, судно под действием ветра будет иметь только боковой дрейф.

Обычно паспортных данных о поведении судна под действием ветра нет. Поэтому при движении на открытых плесах в ветреную погоду судоводители должны проводить наблюдения и определять качества судна при действии ветра и различной загрузке. Эти знания помогут судоводителям безопасно маневрировать в стесненных условиях плавания, в том числе и при плавании на мелководье.

В том случае, когда судно склонно уваливаться по ветру и возникает необходимость уклониться к берегу, безопаснее это сделать в сторону откоса, противоположному тому, с которого дует ветер. В данном случае, как мы видели ранее, момент от гидродинамических сил будет стремиться развернуть судно носом к оси судового хода, а аэродинамический момент — в обратную сторону. Однако следует при этом учитывать, что при моментах разных направлений силы аэродинамической и гидроаэродинамической природы будут одного направления в сторону ближнего берега. Это ведет к увеличению дрейфа в сторону этого откоса.

В том случае, когда судно склонно приводиться к ветру, безопаснее уклоняться в сторону откоса, с которого дует ветер. В этом случае как моменты, так и суммарные силы гидродинамической и аэродинамической природы, будут противоположного направления, что облегчает управление судном.

Особенности взаимодействия движущегося и стоящего судов при пропуске

Во многом процесс расхождения судов во время встречи и обгона на мелководье упрощается в том случае, когда при встрече одно судно подходит к берегу и останавливается, а при обгоне тот же маневр выполняет обгоняемое судно.

При боковом ветре безопаснее остановку делать у откоса, с которого дует ветер. Это облегчает отход от берега после окончания расхождения (обгона). Остановка при этом может быть осуществлена под углом к откосу (в зависимости от силы ветра и его направления) при работающих машинах (машине) с перекладкой рулевых органов на тот или иной угол в сторону от канала. Встречное (обгоняющее) судно имеет большое пространство для маневра, что немаловажно, так как в случае хода судна при ветре оно неизбежно вынуждено двигаться с углом дрейфа.

На стоящее у откоса судно при движении мимо него другого судна действуют силы, направленные вдоль ДП и в перпендикулярном к ней направлении. Значения, как тех, так и других зависят от скорости проходящего мимо судна и от траверзного расстояния между бортами судов. Причем эти силы тем больше, чем больше скорость мимо идущего судна и чем меньше траверзное расстояние между бортами судов. Опыт показывает, что при прочих равных условиях усилия от проходящего судна, возникающие на судне, стоящем у вертикального берега, несколько больше, чем у судна, стоящего у наклонного откоса. Возникающие силы при этом мало зависят от направления движения идущего судна, т. е. от того, подходит оно к стоящему судну с носа или кормы.

Влияние движущегося судна на судно, стоящее у берега, начинает сказываться с расстояния, равного двум-трем длинам движущегося судна. При этом влияние проявляется первоначально в стремлении стоящего судна приблизиться к движущемуся, т. е. на стоящее судно начинает действовать продольная сила в направлении к движущемуся судну. По мере приближения движущегося судна продольное усилие на корпусе стоящего судна возрастает примерно до момента прихода форштевня движущегося судна на траверз миделя стоящего судна. Затем продольное усилие начинает уменьшаться и в момент нахождения миделевых сечений судов на траверзе становится равным нулю. Затем продольная сила меняет свое направление и по мере дальнейшего движения проходящего мимо судна начинает возрастать. Она направлена как бы вдогонку движущемуся судну. В соответствии с этим с некоторым запаздыванием по времени появляется движение судна вдоль откоса берега в направлении, противоположном первоначальному. Рост силы указанного направления продолжается до момента, когда корма стоящего судна окажется на траверзе миделя идущего судна. Затем продольная сила уменьшается и становится равной нулю при удалении мимо идущего судна от стоящего на одну-две длины корпуса.

Поперечные усилия на корпусе стоящего судна значительно меньше продольных по значению. По направлению поперечные силы меняются следующим образом. При приближении судна на корпусе стоящего у берега судна возникают поперечные силы, направленные к откосу; одновременно с продольным движением вдоль откоса навстречу идущему судну происходит смещение стоящего судна к берегу. Поперечные силы такого направления действуют, возрастая до момента прихода носа идущего судна на траверз миделя стоящего. Затем они уменьшаются и меняют направление на противоположное. Поперечные силы, направленные от откоса, на корпус стоящего судна действуют до момента выхода кормы проходящего судна на траверз миделя стоящего. Затем они снова меняют направление на первоначальное и стремятся сместить судно в сторону берегового откоса. Силы этого направления возрастают до момента, когда корма идущего судна оказывается на траверзе кормы стоящего или кормы идущего на траверзе носа стоящего (при обгоне). Затем эти силы убывают и на некотором удалении судов друг от друга становятся равными нулю.

На судно, проходящее мимо стоящего у откоса берега, действуют усилия, характерные для случая движения судна вдоль откоса. Значения этих усилий также зависят от скорости движения и от расстояния между бортами судов.

Управление судном при прохождении шлюзов Движение по водохранилищам сопряжено с необходимостью шлюзования. Управление судном в подходном канале шлюза и в самом шлюзе имеет свои особенности, связанные с резким увеличением стесненности живого сечения подходного канала и шлюза корпусом судна.

Движение судна при проходе через шлюз можно разделить на четыре этапа: движение в подходном канале шлюза до траверза входных ворот; движение судна в камере шлюза до его остановки; движение судна в камере шлюза после открытия ворот; движение в подходном канале после выхода из камеры шлюза.

Как показывает практика судовождения, наиболее сложным является управление судном при движении в несимметричном подходном канале. В этом случае движение вдоль длинного направляющего пала характеризуется особенностями, которые рассмотрены ранее при описании движения судна вблизи откоса канала. Непосредственно при входе в камеру шлюза судно приобретает дополнительную рыскливость и стремится носом уклониться (отрыскнуть) в сторону уширения подходного канала, а в дальнейшем в сторону короткого подходного пала.

Происходит это вследствие появления обратного течения воды в сторону короткого пала, возникающего из-за подъема уровня воды впереди носовой оконечности судна. При этом обратный поток будет тем интенсивнее, чем больше степень стеснения живого сечения подходного канала и шлюза корпусом судна. Для предотвращения зарыска судна в сторону короткого пала требуются значительные перекладки рулевого органа в сторону длинного пала и кратковременное увеличение скорости судна, иногда даже до полного хода. Но при этом судоводитель должен помнить, что в данном случае может произойти значительная просадка кормой.

Движение судна в камере шлюза после прохода носом траверза ворот характеризуется резким увеличением сопротивления воды и значительным возрастанием присоединенных масс корпуса судна. При этом возникает так называемый «поршневой эффект» и скорость судна резко падает.

При выходе из камеры шлюза, как и при входе, может произойти резкое падение скорости, вплоть до кратковременной остановки судна в камере. Судоводители должны учитывать возможность такого эффекта, но резко не увеличивать обороты машины, так как это к увеличению скорости может не привести. Скорость судном приобретается по мере уменьшения подъема воды перед носом судна в результате ее протекания вдоль бортов и под корпусом судна.

Движение в подходном канале после выхода из камеры шлюза обычно не вызывает затруднений. Однако в том случае, если вдоль длинной палы стоят суда в ожидании шлюзования, то на них будут действовать усилия, значения которых зависят от скорости движения судна.

Управление судном при выходе из канала в водохранилище и входе в канал Как правило, искусственные участки каналов чередуются с участками, находящимися в естественном состоянии. Причем естественные участки представляют собой водохранилища или озера. Смыкание искусственных и естественных участков каналов можно разделить на два типа. К первому типу относится симметричное соединение, когда расширение канала происходит примерно одинаково в обе стороны. Ко второму типу относится соединение, когда расширение происходит в одну сторону, а другой откос канала как бы переходит без расширения в естественный берег.

Особенности в управлении судном возникают при движении в районе смыкания второго типа.

В том случае, когда судно выходит из канала на открытый плес, в носовой оконечности судна возникает поперечное усилие, направленное в сторону, обратную уширению, т. е. к ближайшему берегу. Это связано с тем, что вдоль борта, с которого происходит уширение, уменьшается скорость обтекания, а это приводит к увеличению давления.

В том случае, когда судно входит в канал со стороны водохранилища, могут наблюдаться явления, описанные выше в случае входа в шлюз при несимметричном расположении направляющих палов. Однако стеснение потока в данном случае значительно меньше, чем при входе в шлюз.

судно путь безопасность

Заключение

В данной дипломной работе рассмотрен вопрос безопасной проводки теплохода типа «Родина» проекта № 588 по маршруту «Красноармейск-Ростов-на-Дону» с подробным рассмотрением и расчетами речных мелководных участков. Она охватывает всю совокупность маневров, которые судоводителю последовательно приходиться выполнять как на открытых участках рек, так и с непосредственным шлюзованием и сопутствующими операциями.

Сделан анализ путевых и гидрометеорологических условий в районе плавания, что позволит оценить характер сил, действующих на судно. Работа содержит теоретические расчеты на всех этапах шлюзования. Представлены графики, которые можно использовать для оценки управляемости судна при прохождении гидроузла в условиях ветра.