Определение посадки и остойчивости судна в различных эксплуатационных условиях - Расчет мореходных качеств судна в условиях эксплуатации

РО = pI = 7181,31 т;

Мхо = Мхi = -6158,7976 тм;

Mzo = Mzi = 43330,3823 тм;

Таблица 5. Начальная загрузка

Статья нагрузки	Вес груза, т	Мz, тм	Мx, тм
Трюм №1	31,17	18,3903	545,7867
Нижний твиндек №1	219,15	484,3215	6995,268
Верхний твиндек №1	146,49	1478,0841	2754,012
Трюм №2	140,18	351,8518	818,6512
Твиндек №2	224,75	1090,0375	4948,995
Трюм №3 (тара)	230,37	221,1552	785,5617
Твиндек №3 (тара)	230,11	660,4157	2128,5175
Цист. техн. рыбьего жира	26,18	23,3002	-508,9392
Цист. медиц. рыбьего жира №62	2,73	4,6956	-132,1047
Рыбная мука в охлажд. трюме	89,48	590,568	-2205,682
Рыбная мука в цист. №48,55	3,67	4,5875	-60,8486
Склад консервов	15,13	96,832	-163,404
Рыба в палубных бункерах	4,32	3,024	-43,2
Рыба на палубе	0	0	0
Рыба на джильсане	0	0	0
Рыба в бункерах	8,68	56,6804	-131,7624
Рыба на лин. перераб. и в мороз	0,1	0,457	-0,159
1372,51	5084,4008	15730,6922

Разгружаем судно. Составляем конечную загрузку судна.

Таблица 6. Конечная загрузка.

Статья нагрузки	Вес груза, т	Мz, тм	Мx, тм
Трюм №1	0	0	0
Нижний твиндек №1	0	0	0
Верхний твиндек №1	0	0	0
Трюм №2	0	0	0
Твиндек №2	0	0	0
Трюм №3 (тара)	0	0	0
Твиндек №3 (тара)	0	0	0
Цист. техн. рыбьего жира	0	0	0
Цист. медиц. рыбьего жира №62	0	0	0
Рыбная мука в охлажд. трюме	0	0	0
Рыбная мука в цист. №48,55	0	0	0
Склад консервов	0	0	0
Рыба в палубных бункерах	0	0	0
Рыба на палубе	0	0	0
Рыба на джильсане	0	0	0
Рыба в бункерах	0	0	0
Рыба на лин. перераб. и в мороз	0	0	0
0	0	0

3.1 Определяем новое водоизмещение

Р1 = Р0 + (Ркон - Рнач) (3.1)

Р1 = 7181,31 + 0 - 1372,51 = 5808,8 т;

Мх1 = Мх0 + (Мхкон - Мхнач) (3.2)

Мх1 = -6158,7976 + 0 - 15730,6922 = -21889,4898 тм;

Мz1 = Мz0 + (Mzкон - Мzнач) (3.3)

Мz1 = 43330,3823 + 0 - 5084,4008= 38245,9815 тм;

3.1.1 Находим Xg1 и Zg1

Xg1 = Мх1/ Р1 (3.4)

Xg1 = -21889,4898/5808,8 = - 3,77 м;

Zg1 = Мz1 / Р1 (3.5)

Zg1= 38245,9815/5808,8 = 6,57 м;

3.1.2 Определяем осадки оконечностей судна dн1 и dк1 по диаграмме осадок

DН1 = 2,8 м;

DК1 = 6,9 м;

DСр1 = (dН +dК ) / 2 (3.6)

DСр1 = (2,8+6,9) / 2 = 4,85 м;

Определяем дифферент судна:

D1 = dН1 - dК1 (3.7)

D1 =2,8 - 6,9 = -4,1 м (дифферент на корму);

3.1.3 Определяем изменение осадки судна при входе в порт с пресной водой (1 = 1,000 т/м3) , учитывая, что перед входом в порт 2 = 1,025 т/м3

D = ( 2 - 1 ) - V / (S - 1), (3.8)

Где d - изменение осадки;

Площадь действующей ватерлинии S и весовое водоизмещение V определяем из гидростатических кривых по значению dСр.

V (3) = (10*8,2*200) /3 = 5466,7 м3

S (4) = (10*7,9*50) / 3 = 1316,7 м2

D = ((1,025 - 1,000) * 5466,7/ (1,000 * 1316,7)= +0,104 м

3.1.4 Определяем вес груза, который может быть принят на судно без нарушения нормативных требований Регистра (по грузовой шкале).

Определяем вес судна при посадке по летнюю грузовую ватерлинию

PЛгв = 9260 т;

P = PЛгв - P1 (3.9)

Р = 9260 - 5808,8 = 3451,2 т

3.1.5 Используя величины Zg и dср, находим аппликату метацентра Zm и поперечную метацентрическую высоту h. Из гидростатических кривых по dср выбираем значение Zm,

ZM= 109/3*0,2= 7,27 м;

H = ZM - ZG; (3.10)

H = 7,27 - 6,57 = 0,7 м;

3.1.6 Для построения диаграммы статической остойчивости в заданном случае нагрузки определяем значения плеч статической остойчивости l при различных углах крена.

Используем универсальную диаграмму статической остойчивости.

Таблица 7. Построение ДСО

?	0?	10?	20?	30?	40?	50?	60?	70?	80?	90?
LИ	0,00	0,15	0,35	0,72	1,14	1,37	1,42	1,33	1,22	1,17

По данным Таблицы 7 строим ДСО.

Рисунок 3.1 - Построение ДСО

3.1.7 Учитывая, что диаграмма динамической остойчивости является интегральной кривой по отношению к диаграмме статической остойчивости, построение ее можно выполнять, используя приближенный способ интегрирования по правилу трапеций. В соответствии с этим правилом плечо динамической остойчивости для любого угла крена вычисляется по формуле:

LДин= / 2 - (l0 + 2 - l1 + 2 - l2 + ... + 2 - lN-1 + lN ), (3.11)

Где - изменение угла крена, град.;

L - плечо угла крена, град.;

Результаты расчетов заносим в Таблицу 8.

1) lДин10O = 0,175 / 2 - 0,15 = 0,0131 2) lДин20O = (0,15 + 0,35)- 0,175/2 + 0,0131 = 0,057 3) lДин30O = (0,35 + 0,72)- 0,175/2 + 0,057 = 0,151 4) lДин40O = (0,72 + 1,14)- 0,175/2 + 0,151 = 0,314 5) lДин50O = (1,14 + 1,37)- 0,175/2 + 0,314 = 0,534 6) lДин60O = (1,37 + 1,42)- 0,175/2 + 0,534 = 0,777 7) lДин70O = (1,42 + 1,33)- 0,175/2 + 0,777 = 1,018 8) lДин80O = (1,33 + 1,22)- 0,175/2 + 1,018 = 1,240 9) lДин90O = (1,22 + 1,17)- 0,175/2 + 1,240 = 1,448

Таблица 8. Построение ДДО

?	0?	10?	20?	30?	40?	50?	60?	70?	80?	90?
LG	0	0,0131	0,057	0,151	0,314	0,534	0,777	1,018	1,240	1,448

По данным Таблицы 8 строим ДДО

Рисунок 3.2 - Построение ДДО

3.1.8 Требования к остойчивости судов регламентируются Правилами классификации и постройки морских судов Регистра 3.1.9 Требования к критерию погоды К.

3.1.9.1. Остойчивость судна считается достаточной по критерию погоды К, если соблюдено условие:

K = b / a 1.0 (3.12)

Найдем плечо ветрового кренящего момента:

LW1= 0.001 - p - A - ZV /gP (3.13)

Где P - величина давления ветра на квадратный метр площади парусности, кг/м2;

A - площадь парусности, м2;

ZП - аппликата центра парусности, м;

DСр - средняя осадка носом и кормой, м;

Судно плавучесть мель непотопляемость

3.1.9.2 Определяем площадь парусности и аппликату центра парусности.

Используем документ " Боковой вид".

Таблица 9. Расчет площади парусности

№	Площадь фигуры Si м2	Аппликата ЦТ ZI м	Si*Zi м3
1	928,53	10,13	9406,01
2	169,18	15,19	2569,84
3	102,4	17,72	1814,53
4	25,64	17,3	443,57
5	5,7	16,04	91,43
6	5,88	18,15	106,72
7	37,84	13,08	494,95
8	7,12	16,04	114,2
9	80,14	20,26	1623,64
10	24,22	20,26	490,7
11	39,89	17,3	690,1
12	26,71	26,16	698,73
13	28,49	27,43	781,48
14	12,82	5,91	75,77
15	5,34	18,57	99,16
16	27,42	24,48	671,24
17	29,38	13,5	396,63
18	10,69	19,41	207,49
19	13,36	24,48	327,05
20	10,69	20,26	216,58
21	15,14	37,14	562,3
22	9,79	28,7	280,97
23	178,08	4,64	826,65
1794,45	--	22989,75

A = SI - (1,02), (3.14)

Где SI - площадь каждого элемента корпуса судна, м2;

A = 1794,45 - 1,02 = 1830,34 м2;

ZП =SI - ZI / A (3.15)

ZП = 22989,75 / 1830,34 = 12,56 м;

3.1.9.3 Определяем p по таблице 2.1.4.1-2 из Регистра.

P = 504 Па

3.1.9.4 Определяем плечо парусности ZV

ZV= ZП - dСр / 2 (3.16)

ZV= 12,56 - 4,85/ 2 = 10,135 м;

3.1.9.5 Находим плечо ветрового кренящего момента lw1

LW1= 0.001 - p - A - ZV /gP

LW1= 504*1830,34*10,135 / 1000*9,81*5808,8 = 0,163 м

3.1.9.6 На накрененное судно динамически действует порыв ветра, которому соответствует плечо кренящего момента lw2. Кренящее плечо lw2 определяется по формуле:

LW2= 1,5*lW1 (3.16)

LW2 = 1,5* 0,163 = 0,245 м

3.1.9.7 Определим амплитуду качки судна с круглой скулой 1r

1r=109 k Х1 Х2 (3.17)

Где k - коэффициент учитывающий влияние скуловых и брусковых килей. Для нашего случая k =1.

R- параметр, определяемый по формуле

Значение R не должно приниматься больше 1;

S- безразмерный множитель, определяемый по таблице 2.1.5.1-3 Регистра в зависимости от периода бортовой качки T, который рассчитывается по формуле

X1, X2 - безразмерные множители, определяемые по таблицам 2.1.5.1-1 и 2.1.5.1-2 Регистра;

3.1.9.7 .1 По таблице 2.1.5.1-1 находим Х1

В/ dср

В - ширина судна, м.

DСр - средняя осадка судна, м.

В / dСр = 17,3/4,85 = 3,57

По этому значению найдем, что Х1= 0,792

3.1.9.7 .2 По таблице 2.1.5.1-2 находим Х2

CB = V/(LBdСр) (3.18)

V=5808.8/1.025=5667.11 м3

CB = 5667.11/ (100 - 17,3 - 4,85) =д 0,674

Где CB - коэффициент полноты;

L - длина судна, м;

B - ширина судна, м;

X2 = 0,985

3.1.9.7.3 Определяем параметр r.

R = 0,73 + 0,6*( 6,57- 4,85) / 4,85 = 0,943

3.1.9.7.4 Определим множитель S по таблице 2.1.5.1-3

(3.19)

Где

H- исправленная метацентрическая высота (с поправкой на свободные поверхности жидких грузов);

- длина судна по ватерлинии.

С = 0,373 + 0,023( 17,3/4,85) - 0,043( 100/100) = 0,411

По данному значению T найдем что S = 0,041

Вычисляем значение 1r:

3.1.9.8 Строим диаграмму статической остойчивости.

Рисунок 3.3 - Построение ДСО для расчета К

3.1.9.8.1 Из начала координат по вертикальной оси откладываем значение lW1=0,163 м. и через это значение проводим прямую параллельную оси абсцисс. Данная прямая пересечет кривую в точке А при значении угла крена W1 . Из точки А отложим влево значение 1r= 17О И через полученную точку В проводим прямую параллельную оси ординат. Данная прямая пересечет кривую в точке С. Откладываем значение lW2 = 0,245 м. по вертикальной оси и через это значение проводим прямую параллельную оси lW1 и эта прямая в пересечении с графиком даст точку D, а в пересечении с прямой 1r дает точку F. Проведем еще одну прямую через значение W2 = 500 Которая пересекает кривую в точке H, а прямую lW2 В точке K. После построения мы получили две фигуры похожие на треугольники. Площадь треугольника CDF будет a, а площадь треугольника DHK b.

Подробная диаграмма указана в Приложении 2.

3.1.9.8.2 Определим численные значения а и b.

А = 0,5FC*FD=0,33*21.5/57,3*0,5 = 0,062 рад*м

B = 0,5HK*DK=1,15*35/57,3*0,5 = 0,34 рад*м

3.1.9.9Находим величину критерия погоды К.

К = 0,34/ 0,062 = 5,47

3.1.9.10 Определяем соответствие загрузки судна требованиям Регистра. 3.1.9.10 .1 Критерий погоды К = 5,47 > 1 значит требование выполняется 3.1.9.10 .2 h = 0,7 м. > 0.15 м. => указанное требование выполняется. 3.1.9.10 .3 Для нашего судна L = 100 м. lст. мах.= 1,42 м. > 0,21 м. => данное требование выполняется. 3.1.9.10 .4 Как видно из диаграммы зак> 600.Это удовлетворяет требованию Регистра. 3.1.9.10 .5 По диаграмме статической остойчивости мах.= 600 > 300 - требование выполняется. 3.1.9.10 .6 Sдсо30 =0,151 рад*м. > 0,055 рад*м.

SДсо40 =0,314 рад*м. >0,09 рад*м.

SДсо40-30 = 0,314-0,151=0,163 рад*м. > 0,03 рад*м.

|=>все три требования выполняются.

3.2 Определяем изменение метацентрической высоты при взятии на подвес всеми стрелами максимального груза

Где РО - начальная загрузка Таблица №1, т;

Рi - грузоподъемность стрелы при одиночной работе, т;

Lпi - длина подвеса каждой стрелы, т;

H = - (р1 - lП1 + р2 - lП 2 + р3 - lП 3 + р4 - lП 4 + р5 - lП 5 + р6 - lП 6 + р7 - lП7 + р8 - lП 8) / P0 (3.20)

Р1 = р2 = р3 = р4 = 5 т;

P5 = p6 = p7 = p8 = 3 т;

Lп1 = lп 2 = lп 3 = lп 4 = 15 м;

Lп 5 = lп 6 = lп 7 = lп 8 = 25 м;

H = -0,089 м;

3.3 Определяем вес груза, который необходимо переместить с борта на борт, чтобы оголить борт в районе мидель шпангоута для ремонта части погруженной обшивки судна. Поврежденное место находится ниже ватерлинии на 30% средней осадки судна при исходном варианте загрузки.

(3.21)

Mkp = p * ly cos (3.22)

Где р - вес груза который нужно переместить, т;

Ly - расстояние на которое перемещаем груз поперек судна, м;

Ly = 0,8В - расстояние между цистернами

Mkp= Мв (3.23)

P lycos = Ро - h sin (3.24)

Tg = (p - ly)/( Ро - h) (3.25)

(1/3 - dcp) / (B/2) = (p - ly) / (Ро - h) (3.26)

Следовательно

Р = (Ро - h - 1/3 - dcp) / (B/2 - ly) (3.27)

Р = (7181,31*1,096*0,33*5,9) / (8,65*0,8*17,3) = 128 т

3.4 Для построения исправленной диаграммы статической остойчивости, учитывающей поперечное перемещение груза, следует вычислить новые значения плеч восстанавливающего момента () по формуле

= - р/ Р*ly*cos (3.28)

Где - плечо статической остойчивости исходной диаграммы статической остойчивости а LY - расстояние на которое перемещается груз поперек судна и примерно равно 0,8 В ( В - ширина судна)

Рассчитаем плечи статической остойчивости и полученные данные занесем в таблицу № 9.

Таблица № 9. Плечи статической остойчивости

?	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
LИ	0	0,21	0,49	0,91	1,37	1,66	1,72	1,63	1,54	1,48
LИ1	-0,247	-0,033	0,257	0,695	1,181	1,501	1,597	1,546	1,496	1,48

По данным таблицы построим исправленную диаграмму статической остойчивости.

Рисунок 3.5 - Исправленная ДСО

3.5 Определить угол крена от ровного ветра 9 баллов при наклонении с прямого положения

Pv = 400 Н/м2 - удельное сопротивление ветра при силе ветра 9 баллов по шкале Бофорта.

Пользуясь значениями указанных исходных данных определяем величину кренящего статического момента.

MkpСт = 0,001 - Av - Pv - (zп - dср / 2) (3.28)

Где 0,001 - Av - Pv - аэродинамическая сила, т;

Pv -- удельное давление ветра силой 9 баллов, Pv=40кгс/м2

Av -- площадь парусности Av=1648,7 м2

(zп - dср / 2) - плечо силы, м;

MkpСт = 0,001*1648.7*40*(13.44-5.9/2) = 691.8 тм

MkpСт = 691.8 тм;

Плечо кренящего момента

LстКр = MkpСт/ Ро (3.29)

LстКр=691.8 /7181.31=0.095 м

LстКр = 0,095 м;

По ДСО определяем искомый угол = 5°

3.6 Используя ДСО определяем предельный угол статического крена, максимальный статический кренящий момент, начальную поперечную метацентрическую высоту и сравниваем ее значение с найденным в Части 2. 3.6.1 Предельный угол статического крена соответствует максимуму ДСО. 3.6.2 Определяем предст

ПредСт = 60°

3.6.3 По ДСО находим lmaxкрст

LMaxкрСт = 1,72;

MMaxкрСт = P - lMaxкрСт (3.30)

MMaxкрСт= 7181,31 * 1,72 = 12351,84 тм

3.6.4 Начальную поперечную метацентрическую высоту определяем по ДСО

H = 1,1 м

3.7 Определяем максимальный вес груза, который может быть перемещен по вертикали из трюма в твиндек или на палубу без опасности для остойчивости судна

P = Po - h / (z2 - z1) (3.31)

Где p - вес перемещаемого груза;

H - разность между min и исходной h; h = h - hMin ;

Z2, 1 - координаты центра тяжести перемещаемого груза;

Из бокового вида z2 - z1 = 16 м

HMin= 0,15 м.

Тогда h = 1,096 - 0,15 = 0,95 м.

Определим вес груза р = 7181,31*0,95 /16 = 426,4 т.

3.7.1. Построим исправленную диаграмму статической остойчивости.

= (3.33)

Где h определяется по формуле