Контрольна робота з дисципліни Мореходні якості суден, КДАВТ ім. П. Конашевича-Сагайдачного

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТУ ІМЕНІ ПЕТРА КОНАШЕВИЧА – САГАЙДАЧНОГО 

ФАКУЛЬТЕТ СУДНОВОДІННЯ 

КАФЕДРА СУДНОВОДІННЯ ТА КЕРУВАННЯ СУДНОМ 

Контрольна робота з дисципліни Мореходні якості суден

Спеціальність:

«Судноводіння на морських та внутрішніх водних шляхах»

Київ-2016

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Контрольная работа имеет цель закрепления теоретических и практических знаний при самостоятельном решении задач по расчету и оценке мореходных качеств судна как перед загрузкой, так и в процессе и после загрузки судна в порту.

Контрольная работа носит комплексный подход по выполнению теоретических обоснований и производстве расчетов по оценке мореходных качеств судна, а также охватывает основные темы по дисциплине.

Особенностью контрольной работы является то, что процесс загрузки судна это трудоемкий, напряженный и сложный процесс, который в конечном итоге оказывает существенное влияние на следующие качества судна: плавучесть, остойчивость и непотопляемость судна в период рейса, а, следовательно, правильная аккуратная и тщательная загрузка судна в порту перед рейсом позволяет добиться такого равновесного положения судна, при котором оно имело бы достаточные плавучесть и остойчивость.

В результате выполнения студент должен приобрести основные сведения о судне, понять его транспортные возможности, уметь производить расчеты по продолжительности рейса и по определению судовых запасов на него. А затем произвести размещение судовых запасов и груза так, чтобы судно после загрузки имело бы достаточные и необходимые показатели по мореходным качествам.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

1. Эксплуатационные характеристики рейса:

1.1. трасса маршрута, расстояние между портами;

1.2. время выполнения рейса; 

2. Запасы на переход :

2.1. потребный вес топлива/масла;

2.2.потребный вес питьевой воды;

2.3. потребный вес провизии, экипажа, прочих запасов. 

3. Водоизмещение на отход и приход :

3.1. Вес навалочного и генерального грузов;

3.2. водоизмещение в загруженном состоянии на ровный киль;

3.3. поправки к водоизмещению, учитывающие различную плотность воды, дифферент, изгиб корпуса, форму оконечностей судна;

3.4. характеристики перевозимых грузов. 

4. Грузовой план и посадка судна :

4.1. грузовой план

4.2. осадки носом и кормой с учетом поправок 

5. Остойчивость :

5.1. начальная и исправленная метацентрическая высота;

5.2. построить диаграмму статической остойчивости;

5.3. угол заката диаграммы статической остойчивости

5.4. максимальное плечо, статический угол крена;

5.5. критерий погоды;

5.6. критерий ускорения; 

6. Непотопляемость (аварийная остойчивость) :

6.1. достаточность аварийной остойчивости при затоплении трюма №1;

6.2. достаточность аварийной плавучести при затоплении МО. 

7. Общая продольная прочность :

7.1. фактический изгибающий момент на миделе;

7.2. допустимые изгибающие моменты при прогибе и перегибе. 

8. Параметры качки и резонансные зоны :

8.1. амплитуда бортовой качки;

8.2. период бортовой качки на тихой воде;

9. Просадка на мелководье:

9.1. величина просадки судна; 

Исходные данные 

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О СУДНЕ 

Выполнение работы

1. Эксплуатационные характеристики рейса: 

1.1. трасса маршрута, расстояние между портами;

http://intour.org.ua/index.php/raschet-rasstoyanij-mezhdu-portami 

Дата отхода : 00.00, 20.05.2016.

Дистанция : 1923 мили

1.2. Время выполнения рейса определяется по следующей формуле:        

где Тр – время выполнения рейса, сут;

S – расстояние между портами – 1923 миль;

vs – скорость судна согласно судовых документов - 12 уз;

kп – 1,15-1,25, коэффициент потери ходового времени, учитывающий фактическую скорость судна, неблагоприятные погодные условия, проход проливов, встречные течения и прочие замедляющие факторы.

Тр=  =8 суток 

2. Запасы на переход:

2.1. потребный вес топлива;

где qт – расход топлива, т/сут;

кз – 1,1, коэффициент штормового запаса.

Рдт = qтTpkз = 6,64 * 8 * 1,1 = 58,4 т. 

Потребное количество топлива для работы СЭУ необходимо сравнить с максимальным объемом судовых топливных танков и сделать заключение о достаточности рассчитанного количества топлива для выполнения рейса либо о дополнительных бункеровках в процессе рейса. 

2.2. Количество масла принимается в количестве 2% от количества топлива: 

Рм = 0,02 * 58,43 = 1.2т        

2.3. потребный вес питьевой воды:

Рв = 0.1*nэк*Тр*kз= 0.1 * 16 * 8 * 1.1 = 14.1 т

где nэк – количество членов экипажа – 16 чел.

Потребное количество пресной воды необходимо сравнить с максимальным объемом судовых танков и сделать заключение о достаточности рассчитанного количества воды для выполнения рейса либо о дополнительных бункеровках в процессе рейса.

2.4. потребный вес провизии, экипажа, прочих запасов.

Экипаж — 2.0 т

Провизия — 3.0 т

Снабжение — 8.0 т 

2.5 Общее количество запасов на отход определяется суммированием всех полученных запасов:

Рзап = ΣPi

Рзап = ΣPi = Рдт + Рм + Рв +Р(снабжение,экипаж,провизия) = 58,4 + 1,2 + 14,1 + 13,0 = 86,7 т

Количество запасов на приход определяется как 10% запасов на отход. 

Таблица 2. - Количество и размещение запасов на приход.

3. Водоизмещение на отход и приход

3.1 Для принятия решения о допустимом количестве навалочного и генерального груза, который можно принять на борт, необходимо определить запас грузоподъемности, используя уже известные веса запасов и грузов: 

где Рконт – суммарный вес контейнеров, т;

Рнг – вес негабаритного груза, т 

Рзгп = dw – Pзап – Рконт – Рнг = 4000 – 86,7 – ( 78 * 14.4 ) – 10 = 2780 т 

Полученный запас грузоподъемности, в первом приближении, целесообразно равномерно распределить по всем грузовым помещениям.

3.2 Для принятия решения о размещении навалочного и генерального грузов, необходимо проанализировать условия размещения и перевозки при помощи судовых документов: «Обоснование о перевозке опасных грузов» (№ 42966) и «Наставления по креплению грузов» (№ 42093); После получения и анализа всех необходимых условий необходимо принять предварительное решение о том, какие грузы размещать в трюмах и на люковых крышках.

3.3.3 В случае, если навалочный и генеральный грузы принято разместить в трюмах, определяется допустимое количество груза, который возможно перевезти в каждом трюме:

Где  – объем трюма, согласно судовой документации, куб. м.

Полученные веса грузов необходимо сравнить с запасом грузоподъемности для каждого трюма и сделать заключение о весе каждого груза, который можно принять на борт. Если Ргр >Рзгп, то в этом случае вес груза для данного трюма принимается равным запасу грузоподъемности. Принятый вес груза необходимо сравнить с допускаемым давлением на второе дно (палубу, люковые крышки), указанным в судовых документах. 

Рⁱ_гр1 = = 2449,2/(т) — для генерального (металлолом)
 Ргр >Рзгп, значит, вес генерального груза для трюма №1 — 1390 т 

Рⁱ_гр2 = = 1388 (т) — для навалочного груза 

3.3.4 Все найденные веса запасов и грузов необходимо просуммировать. Итоговое число не должно превышать значение дедвейта судна. 

Pзгп = 3998т; dw = 4000 т; Pзгп< dw

3.3.5 Следует описать физико-химические и транспортные свойства перевозимых грузов, особенности погрузки и перевозки, подготовку выбранных грузовых помещений к приему груза.

Если имеются опасные грузы, то должны быть описаны их характер и условия перевозки в соответствии с Кодексом по перевозке опасных грузов. 

3.4 Грузовой план и посадка судна

3.4.1 Размещение каждого вида груза и судового запаса производится в табличной форме, приведенной в «Информации об остойчивости и прочности» (№43014) (далее – «Информация…») с учетом рекомендаций разделов 3, 4, 6, а также случаев загрузки, близких к заданному. 

3.4.2 Определение посадки судна проводится согласно рекомендаций «Информации …», а также прочих судовых документов, на которые имеются ссылки в «Информации …». 

3.4.3 Решение о приеме водяного балласта и перемещении грузов с целью оптимальной удифферентовки, принимается после того как в первом приближении произведен расчет посадки судна. После того как принято решение о количестве балласта и его расположении, а также о необходимости передвижки грузов и запасов, таблица водоизмещения корректируется.

При этом, после определения средней осадки от водоизмещения судна на ровном киле необходимо внести поправки на разницу плотностей воды (на отход и приход): 

Т_отх = 5,8 + 5,8(1-1,006/1,006) * (0,77/0,84) = 5,30

Т_пр = 5,76 + 5,76(1-1,025/1,025) * (0,77/0,84) = 5,27

где Тгк – средняя осадка судна, полученная при помощи гидростатических кривых (грузового размера, шкалы), м;

ρ – плотность воды, для которой построены гидростатические кривые, т/м3;

ρн – плотность воды в порту отхода/прихода, т/м3;

δ – коэффициент общей полноты;

α – коэффициент полноты площади ватерлинии.

3.4.4 Полученные значения водоизмещений, осадок носом и кормой оформить в табличной форме для состояний судна на отход и приход.

Таблица 3. – Грузовой план на отход

Таблица 4. – Грузовой план на приход.

3.4.5 После принятой загрузки рекомендуется иметь дифферент на корму. Допускается на отходе иметь незначительный дифферент на нос (до 5 см) при условии, что по мере расходования запасов (на приход) дифферент будет смещаться в корму. Предпочтительно, чтобы дифферент на корму не превышал -0,25 м, при допускаемой величине -0,5 м. Если судно к концу рейса в результате расходования запасов получит значительный дифферент, то его следует удифферентовать приемом соответствующего количества балласта. 

С помощью значения водоизмещения судна, пользуясь «Таблицами гидростатическими кривых» путем интерполяции находим среднюю осадку на отход и приход:

Т_отх = 5,80 м

Т_{пр =} 5,76 м 

В пункте 3.4.3. рассчитаны действительные осадки в портах отхода и приход с учетом плотностей соленой и пресной воды. 

Далее находим абсциссу центра величины LCB(Xc), равную 0.34 (на отход) и 0,38 (на приход); и момент дифферентующий на 1см (МСТ), равный 69.30 м/см. на отход и 70,07 на приход 

Для получения дифферентующего момента нужно разность Xg и Xc умножить на водоизмещение:

(Xg-Xc) * Δ = (0,6-0,34) * 5742,6 = 1493.08 – на отход

(Xg-Xc) * Δ = (0,53-0,38) * 5676,27 = 851,44 – на приход 

Разделив дифферентующий момент на МСТ, получим дифферент: 

d_отх = 1493.08/69.28 = 0.22 м

d_пр = 851,44/70,07= 0.12 м 

Видим, что имеем дифферент на нос, так как Xg >Xc.

3.4.6 Если рассчитанный дифферент d выходит за указанные выше пределы, груз (балласт) перераспределяется и рассчитывается посадка судна во втором приближении. Для удифферентовки судна часть груза ΔР переносится из помещения с абсциссой x1 в помещение с абсциссой x1+i (если помещения i+1 это допускает):

ΔP = 100ΔdM_1/(x_i+1 – x) = 100*0.27*69.3/(29.28) ≈ 64 т 

Так как жмых нельзя перевозить вместе с металлоломом, принято решение погрузить 65 тонн металлолома в трюм №2 и недогрузить такое же количество жмыха в трюм №1, чтобы выйти на заданный дифферент и не выйти за пределы запаса грузоподъемности.

Произведем расчет дифферента для новых значений Xg на отход и приход: 

(Xg-Xc) * Δ = (0,23-0,34) * 5742,6 = -657,36 – на отход

(Xg-Xc) * Δ = (0,15-0,38) * 5665,38= -918,37 – на приход 

Разделив дифферентующий момент на МСТ, получим дифферент: 

d_отх = -657,36/69.28 = 0.10 м

d_пр = -918,37/70,07= 0.13 м 

Из книги В.Н. Мельника «Рассчеты характеристик суден» берем формулу для определения осадок носом и кормой: 

Осадка судна носом:

Тн =Т +d/2 = 5.30 + (-0.1/2) = 5,25 м – на отход

Тн =Т + d/2 = 5.27 + (-0.13/2) 5,21 м – на приход 

Осадка судна кормой:

Тк =Т - d/2 = 5.30 - (-0.1/2) = 5,35 м – на отход

Тк =Т - d/2 = 5.27 - (-0.13/2) = 5,34 – на приход

С помощью «Таблицы для определения осадок на перпендикулярах…» на странице 107 «Информации…» определяем значения осадок на перпендикулярах:

На отход: 

Ткп = 5,35 + 0,006 = 5,356 м

Тнп = 5,25 – 0,001 = 5,249 м 

На приход: 

Ткп = 5,33 + 0,011 = 5,351 м

Тнп = 5,18 – 0,003 = 5,2077 м

3.4.8 Определяется исправленный статический момент массы судна относительно основной плоскости: 

Mz₁ = ΣMz + ΣΔm_h = 34063.42 + 119 = 34182.42 – на отход 

Mz₁ = ΣMz + ΣΔm_h = 33755.53 + 119 = 33874.53 – на приход

Таблица 5. Исправленный грузовой план на отход 

Таблица 6. Исправленный грузовой план на приход

3.5 Остойчивость

3.5.1 Расчет остойчивости судна и построение диаграммы статической остойчивости выполняется при помощи рекомендаций примера самостоятельного расчета в «Информации …».

3.5.2 Перед расчетом численные значения нормируемых характеристик, необходимо произвести формальную проверку достаточности остойчивости по диаграммам допускаемых значений Zg в «Информации…». Результаты проверки оформляются графически. 

Рисунок 3.

Рисунок 4. 

Zg_max = 6,10 м

Zg_min = 4, 10 м

Zg = 5,93-5,95 м

Zg_max > Zg > Zg_min; отсюда следует, что судно имеет достаточную остойчивость.

Рисунок 5.

Таблица 7. – Углы и плечи статической остойчивости

Диаграммы статической остойчивости на отход и приход едва отличаются друг от друга ввиду незначительного изменения начальной метацентрической высоты и водоизмещения. Поэтому данную ДСО можно считать справедливой и для отхода, и для прихода. 

3.5.3 Определение исправленной метацентрической высоты

Рассчитывается исправленная на влияние свободных поверхностей жидкости аппликата центра тяжести судна после загрузки в порту отправления:

z_g1 = Mz_1/D₁ = 119/5742.6 ≈ 0.02

Находится исправленная начальная поперечная метацентрическая высота:

h₁ = z_m1 – z_g1 = (KMT -Z_g) – Zg₁ = 6,63 – 5,93 – 0,02 = 0.68 – на отход

h₁ = z_m1 – z_g1 = (KMT -Z_g) – Zg₁ = 6,63 – 5,95 – 0,02 = 0.66 – на приход

Для дальнейшего расчета также потребуется значение метацентрической высоты без учета поправки на влияние свободной поверхности жидкости. 

3.5.4 Критерий погоды и критерий ускорения определяются согласно рекомендаций судовой «Информации…».

Результаты расчета оформляются в табличной форме.

Рисунок 6. 

Мс = ОМ * Δ = 0,18 * 5742,6 = 1033,7

K = Mc / Mv > 1

K = 1033,7 / 475 = 2,17 > 1 

Таблица 8. – Параметры остойчивости

3.6 Непотопляемость

3.6.1 Запас аварийной плавучести и остойчивости определяется при помощи «Оперативного планшета контроля остойчивости и непотопляемости» № 45736, а также руководящего документа РД 31.60.27-85. «Требования к оперативной информации о непотопляемости морских сухогрузных судов».

3.6.2 Достаточность аварийной остойчивости при затоплении трюма №1 и балластного танка №3 определяется по диаграмме «Diagram of damaged stability». На графике достаточной аварийной остойчивости приведены кривые, соответствующие значениям коэффициента проницаемости. Сплошными линиями проведены кривые, соответствующие грузовым помещениям, пунктирной – отсекам. Наносится точка по координатам средней осадки и метацентрической высоты неповрежденного судна. Если действительная метацентрическая высота судна до аварии больше определяемой по графику для значения проницаемости отсека с учетом погрешности (точка, соответствующая состоянию судна, расположена выше кривой данной проницаемости отсека), аварийная остойчивость судна при затоплении одного любого грузового помещения обеспечена и никаких дальнейших расчетов производить не следует.

На графике видно, что точка, соответствующая состоянию судна выше кривой данной проницаемости отсека, значит — аварийная остойчивость судна при затоплении одного любого грузового помещения обеспечена. 

Рисунок 7.

3.6.3 Достаточность аварийной плавучести при затоплении машинного отделения определяется по диаграмме «Diagram of sufficient damaged buoyancy». На графике достаточной аварийной плавучести по значению средней осадки и дифферента наносится точка и определяется, в районе кривой какого коэффициента проницаемости она находится. Если наибольшее значение коэффициента проницаемости, снятое с графика, меньше мю (или, что тоже самое, точка состояния судна находится ниже кривой, соответствующей наибольшему значению коэффициента проницаемости), судно останется на плаву

Рисунок 8. 

На графике точка состояния судна находится ниже кривой, отсюда делаем вывод, что при затоплении МО судно останется на плаву.

3.7 Общая продольная прочность

3.7.1 Проверка общей продольной прочности корпуса судна при равномерном распределении груза или балласта производится путем сравнения фактического изгибающего момента и перерезывающих сил при прогибе и перегибе на тихой воде с предельно допустимым моментом:

М_изг = М_п + М_dw – М_сп ≤ М_доп

Величина изгибающего момента от веса судна порожнем, кНм:

М_п = К_пD_oLg

где Кп = 0,126.

М_п = 0,126*1744,7*88,15*9,8 = 189906,4 кНм

Величина изгибающего момента от сил дедвейта, кНм:

М_dw = 0.5gM_x = 16979 кНм

Величина изгибающего момента от сил поддержания, кНм:

где Ксп = 0,085δ+0,0315

δ = 0.769

М_сп = -0,097*1744,7*88,15*9,8 = - 145994,3 кНм;

М_изг = 189906,4 + 16979 — 145994.3 = 60891,1 кНм

Величина допустимого изгибающего момента при прогибе, кНм:

М⁺_доп = 0,0205*15,50*(88,15)^2,3*9,8 = 92751,9

Величина допустимого изгибающего момента при перегибе, кНм: 

M^-_доп = 0,0182*15,50*(88,15)^2,3*9,8 = 82345,6

3.7.2 Если Мизг ≤ Мдоп,общая продольная прочность корпуса судна считается обеспеченной и соответствующий грузовой план с точки зрения прочности удовлетворительным.

Величина изгибающего момента меньше допустимых моментов при прогибе и перегибе, это значит, что общая продольная прочность корпуса судна считается обеспеченной и соответствующий грузовой план с точки зрения прочности удовлетворительным. 

3.8 Параметры качки и резонансные зоны

3.8.1 Амплитуда качки определяется по рекомендациям «Информации…», в зависимости от отношения ширины судна к действующей осадке. 

По графику, приведенному на странице 103 «Информации...» находим амплитуду качку Θ = 23.8° 

3.8.2 Период качки определяется по рекомендациям «Информации…» либо согласно рекомендаций, приведенных в [2].

Т = k₁ (B/√h)

Для нашего случая k = 0,78

Т = 0,78(15,5/0,8) = 15,1 сек 

3.9 Просадка на мелководье

3.9.1 Максимальная просадка на мелководье ΔTmax определяется по диаграмме Ю.Л.Воробьёва (Рис.1) в зависимости от осадки судна, его числа Фруда и запаса глубины ΔН, м, а также действующих проходных глубин Н на БДЛК и ГСХ «Дунай-Чёрное море».

3.9.2. Запас глубины определяется по формуле: ΔН = Н-Т, м

где Т – осадка судна, м.

3.9.3 Число Фруда, определяется по формуле:

где v – скорость судна либо максимально допустимая скорость судна, ограниченная правилами плавания по БДЛК и ГСХ (что меньше), м/с;

L – длина судна между перпендикулярами, м

Fr = 5/(√(9,8*82,30)) ≈ 0,18

9.9.4 Сумму осадки судна и его просадки необходимо сравнить с величиной проходных глубин:

Т + ΔTmax < Н = 5,3 + 1,3 < 7,0 м

9.9.5 Определение величины максимальной просадки определяется графическим способом, как показано на примере рисунка 1 в приложении А. 

Рисунок 9.

3.10 Заключение

Решение данной контрольной работы показало, что судно типа «Измаил» соответствует для перевозки заданных грузов.

Количества запасов, рассчитанного для данного перехода достаточно.

Грузы, данные в условии контрольной работы, были размещены в соответствии с нормативными документами №42966 “Обоснование перевозки опасных грузов», что дало, например, основание расположить жмых в дальнем от МО трюме; и № 43014 «Информация об остойчивости...», где на основании типичных примеров загрузки судна был составлен грузовой план для данного случая, который обеспечил допустимую метацентрическую высоту для данного типа расположения грузов.

В процессе определения дифферента судна, было обнаружено, что судно имеет дифферент на нос. Чтобы судно имело дифферент на корму, абсцисса центра тяжести должна быть меньше абсциссы центра величины. Для этого было принято решение переместить определенное количество тонн жмыха из трюма № 1 в трюм №2. Так как жмых и металлолом нельзя перевозить вместе, было принято решение добрать необходимое количество металлолома и недогрузить такое же количество жмыха в трюм № 1, чтобы израсходовать весь запас грузоподъемности и иметь минимальный дифферент на корму.

Остойчивость проверена также и по критерию ускорения. Значение Z_gmin оказалось меньше, чем полученная при расчетах Zg, что означает, что судно имеет достаточную остойчивость.

Работа с «Оперативным планшетом контроля остойчивости» показала, что в нашем случае аварийная остойчивость при затоплении первого трюма обеспечена, ровно, как и аварийная остойчивость при затоплении машинного отделения.

Величина изгибающего момента меньше допустимых моментов при прогибе и перегибе, это значит, что общая продольная прочность корпуса судна считается обеспеченной и соответствующий грузовой план с точки зрения прочности удовлетворительным.

Амплитуда качки, найденная по графику, приведенному на странице 103 «Информации...» равна Θ = 23.8°

Период качки Т = 15,1 сек, это значит, что качка плавная и не будет иметь тяжелых последствий для судна.

Величина просадки на мелководье при следовании ГСХ Дунай-Чёрное море равна 1,10 м, и в сумме с кормовой осадкой дает 0,15 — 0,20 м запаса воды под килем

Судно типа «Измаил» можно считать подготовленным к выполнению рейса при данном грузовом плане. Судно загружено по летнюю грузовую марку, что означает ненадобность взятия балласта и недопустимость погрузки большего количества груза и припасов. Судно имеет достаточный запас воды под килем, чтобы зайти в морской порт, и также выйти из речного порта.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!