Оценка посадки, остойчивости и прочности судна в процессе эксплуатации

Исходные данные.

Скорость судна в рейсе v_s = 14,8 уз Протяженность рейса S = 6600 м. миль Осадка по носовой марке углубления перед погрузкой T^м_н0 = 0,76 м Осадка по кормовой марке углубления перед погрузкой T^м_к0 = 5,92 м Осадка по средней марке углубления перед погрузкой T^м_м0 = 3,33 м Аппликата ЦТ судна перед погрузкой z_g0 = 8,79 м Количество кипового груза Р_гр = 7000 т Удельный погрузочный объем кипового груза m_гр = 0,75 м³/т Массовая плотность забортной воды в порту погрузки r₀ = 1,010 т/м³.

1. Расчет ходового времени и судовых запасов на рейс.

1.1. Ходовое время рейса рассчитано по заданным расстоянию между портами и скорости судна:

t^х_р = S / (24 v_s) = 6600 / (24 · 14,8) = 14,8 сут Для обеспечения разгрузки судна в порту прихода стояночное время принято равным:

t^с_р = 5,0 сут.

1.2. Необходимое количество ходовых запасов с учетом штормового запаса (равным 10%) найдено по нормам суточных расходов на ходу:

моторное топливо.

P^х_мт = 1,1 q^х_мт t^х_р = 1,1 · 32,1 · 14,8 = 522,6 т, дизельное топливо.

P^х_дт = 1,1 q^х_дт t^х_р = 1,1 · 2,2 · 14,8 = 35,8 т, цилиндровое масло.

P^х_цил = 1,1 q^х_цил t^х_р = 1,1 · 0,11 · 14,8 = 1,8 т, циркуляционное масло.

P^х_цир = 1,1 q^х_цир t^х_р = 1,1 · 0,11 · 14,8 = 1,8 т, пресная вода.

P^х_пв = 1,1 q^х_пв t^х_р = 1,1 · 3,4 · 14,8 = 55,4 т.

Всего ходовых запасов.

P^х_зап = 522,6 + 35,8 + 1,8 + 1,8 + 55,4 = 617,4 т.

1.3. Необходимое количество стояночных запасов найдено по нормам суточных расходов на стоянке:

дизельное топливо.

P^с_дт = q^с_дт t^с_р = 2,2 · 5,0 = 11,0 т, циркуляционное масло.

P^с_цир = q^с_цир t^с_р = 0,024 · 5,0 = 0,1 т, пресная вода.

P^с_пв = q^с_пв t^с_р = 3,4 · 5,0 = 17,0 т.

Всего стояночных запасов.

P^с_зап = 11,0 + 0,1 + 17,0 = 28,1 т.

1.4. Количество запасов на отход:

моторное топливо.

P^о_мт = P^х_мт = 522,6 т, дизельное топливо.

P^о_дт = P^х_дт + P^с_дт = 35,8 + 11,0 = 46,8 т, цилиндровое масло.

P^о_цил = P^х_цил = 1,8 т, циркуляционное масло.

P^о_цир = P^х_цир + P^с_цир = 1,8 + 0,1 = 1,9 т, пресная вода.

P^о_пв = Р^х_пв + Р^с_пв = 55,4 + 17,0 = 72,4 т.

Всего запасов на отход:

P^о_зап = 522,6 + 46,8 + 1,8 + 1,9 + 72,4 = 645,5 т.

1.5. Остаток запасов на приход:

моторное топливо.

P^п_мт = P^о_мт — 0,9 P^х_мт = 522,6 — 0,9 · 522,6 = 52,3 т, дизельное топливо.

P^п_дт = P^о_дт — 0,9 P^х_дт = 47,8 — 0,9 · 35,8 = 15,6 т, цилиндровое масло.

P^п_цил = P^о_цил — 0,9 P^х_цил = 1,8 — 0,9 · 1,8 = 0,2 т, циркуляционное масло.

P^п_цир = P^о_цир — 0,9 P^х_цир = 1,9 — 0,9 · 1,8 = 0,2 т, пресная вода.

P^п_пв = P^о_пв — 0,9 P^х_пв = 72,4 — 0,9 · 55,4 = 22,5 т.

Всего запасов на приход.

P^п_зап = 52,3 + 15,6 + 0,2 + 0,2 + 22,5 = 90,8 т.

2. Определение водоизмещения при начальной посадке судна.

2.1. Дифферент судна рассчитан по замерам с марок углубления:

d^м₀ = Т^м_н0 — Т^м_к0 = 0,76 — 5,92 = - 4,91 м.

2.2. По чертежу оконечностей найдены отстояния марок углубления:

l_н = -3,85 м,.

l_к = 0,70 м,.

l_м = 1,20 м.

2.3. Длина судна между марками углубления, по которым сняты осадки носом и кормой, составила:

L^м = L + l_н — l_к = 140,0 — 3,85 — 0,70 = 135,45 м.

2.4. Тангенс угла дифферента судна и осадки на перпендикулярах и миделе найдены по формулам:

tg y₀ = d^м₀ / L^м = - 4,91 / 135,45 = - 0,0362 м, Т_н0 = Т^м_н0 — l_н tg y₀ = 0,76 — 3,85 · 0,0362 = 0,61 м, Т_к0 = Т^м_к0 — l_к tg y₀ = 5,92 + 0,70 · 0,0362 = 5,99 м, Т_м0 = Т^м_м0 — l_м tg y₀ = 3,33 + 1,20 · 0,0362 = 3,43 м.

2.5. Приведенная (с учетом изгиба корпуса) средняя осадка найдена по формуле:

Т_ср0 = (Т_н0 + 6 Т_м0 + Т_к0) / 8 = (0,61 + 6 · 3,43 + 5,92) / 8 = 3,41 м.

По грузовой шкале для найденной приведенной осадке Т_ср0 определены:

водоизмещение судна при плотности морской воды r = 1,010 т/м³ D'₀=5827 т, число тонн на сантиметр осадки q₀ = 19,98 т/см, момент, дифферентующий судно на 1 сантиметр осадки М_см0 = 128,6 тм/см.

По кривым элементов теоретического чертежа определены:

абсцисса ЦВ x_c0 = 0,190 м, абсцисса ЦТ площади ватерлинии x_f0 = 0,059 м, аппликата ЦВ z_c0 = 1,815 м, продольный метацентрический радиус R₀ = 301,6 м.

Продольная метацентрическая высота:

H₀ = R₀ + z_c0 — z_g0 = 301,6 + 1,815 — 8,65 = 294,8 м.

2.6. Для вычисления поправок на дифферент по грузовой шкале определены моменты, дифферентующие на 1 сантиметр осадки, а по кривым элементов теоретического чертежа определены продольный метацентрический радиус водоизмещение, для осадок:

T' = T_ср0 + 0,5 = 3,41 + 0,5 = 3,91 м,.

M_см' = 133,5 тм/см,.

D' = 6818 т,.

R' = 267,5 м;

Т" = Т_ср0 — 0,5 = 3,41 — 0,5 = 2,91 м,.

M_см" = 99,4 тм/см,.

D" = 5074 т,.

R" = 359,4 м;

2.7. Поправки к водоизмещению на дифферент рассчитаны:

а) первая поправка.

DD₁ = 100 q₀ x_f0 tg y₀ = 100 · 19,98 · 0,059 · (-0,0362) = - 4,30 т;

б) вторая поправка.

DD₂ = 50 (М_см' - М_см") L tg²y₀ = 50 · (133,5 — 99,4) · 140,0 · 0,0362² = 312,7 т.

2.8. Исправленное водоизмещение определено:

D₀" = D₀' + DD₁ + DD₂ = 5827 — 4,30 + 312,7 = 6135 т.

2.9. Водоизмещение с учетом плотности забортной воды определено:

D₀ = D₀" (r₀ / 1,025) = 6135 · 1,010/ 1,025 = 6028 т.

2.10. Абсцисса ЦТ судна при начальной посадке определена:

x_g0 = x_c0 + H₀ tg y₀ = 0,190 — 301,6 · 0,0362 = - 10,73 м.

3. Распределение запасов и груза (составление грузового плана).

3.1. Для осадки по летнюю грузовую марку Т_лгм = 9,39 м из данных по судну определено водоизмещение в полном грузу D_гр = 19 220 т и рассчитана чистая грузоподъемность судна в заданном рейсе:

D_ч = D_гр — (D₀ + SP_зап) = 19 220 — (6028 + 645,5) = 12 547 т.

Заданное на рейс количество груза P_гр не превысило чистой грузоподъемности судна в рейсе:

(P_гр = 7000 т) < (D_ч = 12 547 т).

3.2. Запасы по судовым цистернам распределены с учетом заполнения расходных и отстойных цистерн. Размещение запасов на отход и приход приведено в таблице 3.2.1 и 3.2.2. Координаты центра тяжести запасов x_зап и z_зап рассчитаны по формулам:

x_зап = SM_x зап/SP_зап; z_зап = SM_z зап/SP_зап.

Таблица 3.2.1 — Размещение судовых запасов на отход судна.

Таблица 3.2.2 — Размещение судовых запасов на приход судна.

3.3. Объем заданного к перевозке груза найден по формуле:

V_гр = Р_гр m_гр = 7000 · 0,75 = 3350 м³.

В таблице 3.3.1 выполнено распределение груза по длине судна пропорционально вместимости отсеков.

Таблица 3.3.1 — Распределение груза пропорционально вместимости отсеков.

3.4. В первом приближении груз размещен пропорционально вместимости отсеков, и составленный грузовой план представлен в таблице 3.4.1.

Таблица 3.4.1 — Размещение груза в первом приближении.

Аппликата центра тяжести груза в частично заполненном трюме № 2 и № 4, определена по кривой центров объемов груза на чертеже размещения грузов по помещениям:

3.5. В таблицах 3.5.1 и 3.5.2 рассчитаны координаты центра тяжести судна после загрузки в первом приближении на отход и приход.

Таблица 3.5.1 — Расчет абсциссы центра тяжести судна в первом приближении.

Таблица 3.5.2 — Расчет абсциссы центра тяжести судна в первом приближении.

3.6. Посадка судна на отход и приход после загрузки в первом приближении рассчитана в таблице 3.6.1.

Таблица 3.6.1 — Расчет посадки судна, после загрузки в первом приближении.

3.7. Так как на отход судна, оно было посажено с допустимым дифферентом на корму, следовательно, за предварительный грузовой план принято распределение груза по трюмам судна в первом приближении, выполненное в таблице 3.4.1.

3.8. Определение посадки судна с помощью диаграммы осадок носом и кормой выполнено в таблице 3.8.1.

Таблица 3.8.1 — Расчеты посадки по диаграмме осадок носом и кормой.

Полученные по диаграмме параметры посадки отличаются от полученных по формулам незначительно, в дальнейших расчетах использованы результаты, приведенные в таблице 3.6.1.

4. Расчеты остойчивости судна в рейсе.

4.1. Поправки Dm_h к статическому моменту массы судна относительно основной плоскости на влияние свободной поверхности жидкого груза определена по справочному материалу для данного судна. В расчетную комбинацию включались цистерны с наибольшей поправкой Dm_h независимо от степени их заполнения (полные или частично заполненные). В расчет не включались цистерны, удовлетворяющие условию Dm_h Ј 0,01 D_min.

Поправки на влияние свободной поверхности жидкостей приведены в таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1 — Поправки на влияние свободной поверхности.

4.2. Характеристики начальной остойчивости судна в рейсе рассчитаны в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1 — Расчет характеристик начальной остойчивости.

4.3. Для построения диаграмм статической остойчивости использованы кривые плеч остойчивости формы.

Расчет плеч статической и динамической остойчивости выполнен в таблицах 4.3.1 и 4.3.2.

Таблица 4.3.1 — Расчет плеч остойчивости судна на отход.

Таблица 4.3.2 — Расчет плеч остойчивости судна на приход.

Диаграммы статической остойчивости на отход и приход судна приведены на рисунках 4.3.1 и 4.3.2.

5. Проверка остойчивости судна в рейсе.

водоизмещение судно остойчивость прочность.

5.1. Проверка остойчивости с помощью диаграммы предельных моментов из Информации об остойчивости судна выполнена в таблице 5.1.1.

Таблица 5.1.1 — Проверка остойчивости по графику предельных моментов.

Значения разности моментов показывают, что остойчивость судна удовлетворяет требованиям Информации.

5.2. Нормируемые параметры остойчивости рассчитаны в таблице 5.2.1.

Таблица 5.2.1 — Расчеты нормируемых параметров остойчивости.

5.3. Проверка выполнения требований к остойчивости судна произведена в таблице 5.3.1.

Таблица 5.3.1 — Проверка выполнения требований к остойчивости.

Остойчивость судна в рейсе удовлетворяет всем требованиям к остойчивости.

6. Расчет посадки и начальной остойчивости судна по методу приема малого груза.

Расчет выполнен для состояния судна на приход.

6.1. Израсходованные за переход запасы и координаты их центра тяжести найдены по формулам:

P_{з и} = P^п_зап — P^о_зап = 90,8 — 645,5 = - 554,7 т, х_{з и} = (P^п_зап x^п_зап — P^о_зап x^о_зап) / P_{з и} = (- 2473,8 + 2872,6) / (- 554,7) = - 0,72 м,.

z_{з и} = (P^п_зап z^п_зап — P^о_зап z^о_зап) / P_{з и} = (458,6 — 1222,6) / (- 554,7) = 1,38 м,.

D₂ = D₁ + P_{з и} = 13 374 — 554,7 = 12 819 т.

6.2. Посадка судна к концу рейса рассчитана по схеме расходования малого груза.

Изменение средней осадки судна на приход:

DT₂ = P_{з и} / (100 q₁) = - 554,7 / 100 / 22,60 = - 0,25 м.

Изменение дифферента судна на приход:

Dd₂ = P_{з и} (x_{з и} — x_f1) / (100 M_см1) = - 554,7 · (- 0,72 + 1,65) / 100 / 173,0 = -0,03 м.

Осадки носом и кормой к концу рейса определены по формулам для приема малого груза:

T_н2 = Т_н1 + DT₂ + Dd₂/2 = 7,04 — 0,25 — 0,03 / 2 = 6,78 м,.

T_к2 = Т_к1 + DT₂ — Dd₂/2 = 7,06 — 0,25 + 0,03/ 2 = 6,83 м.

Средняя осадка и дифферент:

Т_ср2 = (Т_н2 + Т_к2) / 2 = (6,78 + 6,83) / 2 = 6,81 м,.

d₂ = Т_н2 — Т_к2 = 6,78 — 6,81 = - 0,03 м.

6.3. Неисправленная метацентрическая высота после расходования запасов определена по формуле:

h_{0 2} = h_{0 1} + P_{з и} (Т₁ + DT₂/2 — z_{з и} — h_{0 1}) / D₂ = 2,54 — 554,7 (7,05 — 0,25/2 — 1,38 — 2,54) /12 819 = 2,41 м Исправленное значение метацентрической высоты на конец рейса определено по формуле:

h₂ = h_{0 2} — SDm_h/D₂ = 2,41 — 2238 / 12 819 = 2,24 м.

6.4. Допускаемая метацентрическая высота судна в конце рейса по диаграмме допускаемых моментов М_z составила: h_доп = 0,33 м.

Требования Информации к остойчивости судна в конце рейса выполнены, т.к.

(h = 2,24 м) > (h_доп = 0,33 м).

7. Проверка общей продольной прочности корпуса судна.

7.1. Арифметическая сумма моментов относительно миделя от масс дедвейта рассчитана в таблице 7.1.1.

Таблица 7.1.1 — Расчет арифметической суммы моментов от масс дедвейта.

7.2. Проверка общей продольной прочности корпуса судна по графику контроля прочности выполнена в таблице 7.2.1.

Таблица 7.2.1 — Проверка общей продольной прочности.

Общая продольная прочность корпуса судна в рейсе обеспечена.

Составленный грузовой план может быть принят как исполнительный.

Список использованной литературы.

1. Мельник В. Н., Сизов В. Г., Степанов В. В. Эксплуатационные расчеты мореходных качеств судна: Учебное пособие. — М.: В/О «Мортехинформреклама», 1987. — 56 с.

2. Теория и устройство судов / Ф. М. Кацман, Д. В. Дорогостайский, А. В. Коннов, Б. П. Коваленко: Учебник. — Л.: Судостроение, 1991. — 416 с.

3. Новиков А. И. Оценка посадки, остойчивости и прочности судна в процессе эксплуатации: Учебное пособие. — Севастополь: Изд. Севастопольского нац. тех. ун-та, 2002. — 136 с.

4. Сизов В. Г. Теория корабля: Учебн. пособие. — Одесса: ФЕНИКС, 2003. — 284 с.