Расчет якорной стоянки

 

Минимальная глубина места якорной стоянки определяется по формуле:

Н_я = Т + Δ H₁ + (2/3 )Н_в + Δ Н₂ = 1,9+1+(2/3)×0,5+1 = 4,2 (м); [44]

где Т - осадка судна (м);

Δ H₁ = 1 (м) – запас воды под днищем судна при отсутствии волнения;

Н_в - высота волны (м);

Δ Н₂ - высота якорного клюза над действующей ватерлинией (м).

Действующая внешняя нагрузка определяется для наиболее неблагоприятного случая, т.е. для момента, когда все силы совпадают по направлению и результирующая достигает своего наибольшего значения. Определение внешней нагрузки производится по формуле:

Р_BH =Р_T + Р_B + Р_c + Р_волн = 3402+1407+492+1,11 = 5302 (Н) [45]

здесь Р_T - сила давления водного потока (н);

Р_B - сила давления воздушного потока (н);

Р_C - сила соскальзывания под уклон речного русла (н);

Р_волн - сила удара волн (н).

Сила давления водного потока складывается из силы сопротивления корпуса – R_К и силы сопротивления застопоренных винтов – R_В (определяется при отсутствии реверс редуктора) рассчитывается по формуле, вытекающей из выражений :

P_T= Rc² + 50ΘD² Z_B c² [46]

P_T = 28535 × 1² + 50 × 0,55 × 1,6² × 4 × 1² = 3402 (Н)

где R - приведенное сопротивление корпуса судна (кг/м);
с — скорость течения (м/с);
Θ — дисковое отношение винта;
D — диаметр винта (м);
Z_B - число винтов (шт).

Сила давления воздушного потока может быть определена по формуле:

P_B = 0.618K_o6 F_n υ_B: [47]

P_B = 0.618 × 1 × 151,8 × 15= 1407 (Н)

где K_o6 - коэффициент обтекаемости надстроек может быть принят в пределах от 0,6 до 1 (меньшее значение относится к хорошо обтекаемым надстройкам);

F_n - площадь проекции надводной части судна на миделевую плоскость (м²);

υ_B - скорость ветра в расчетах может быть принята максимально возможная при шквале в озерных и морских условиях - 20 м/с и в речных - 15 м/с.

Сила соскальзывания под уклон речного русла определяется по формуле:

Р_с = 9.81 I D = 9,81 × 0,00005 × 1003000 = 492 (Н) [48]

где I - уклон речного русла;

D - весовое водоизмещение судна (кг).

Сила удара от волн может быть определена по приближенной
формуле

Р_волн = 0.185 ρh_вВ = 0,185 × 1 × 0,5 × 12 = 1,11 (Н) [49]

где р - плотность воды (т/м³);

h_в - высота волны (м);

В - ширина корпуса судна (м).

Полученное значение внешней нагрузки следует сравнить с величиной наибольшей удерживающей силы якоря, которая может быть определена по формуле :

Q_я = 9.81 k_п k_я m_я = 9,81 × 0,87 × 3 × 1400 = 35845 (Н) [50]

где k_п - коэффициент, учитывающий потерю веса в воде может быть
принят равным 0,87;

k_я - коэффициент удельной держащей способности якоря принимается по данным таблицы 3.4;

m_я - масса якоря (кг).

В случае, если Q_я > P_вн определяется минимальная длина вытравленной провисающей якорной цепи (каната) по формуле:

L_ЯЦ = Н_к √[(2Р_ВН/m_яц Н_к) + 1]: [51]

L_ЯЦ = 4,2 √[(2 × 5302/ 42,5× 4,2) + 1] = 32 (м):

L_ЯЦ = 8,4 √[(2 × 5302/ 42,5× 8,4) + 1] = 46(м):

L_ЯЦ = 12,6√[(2 × 5302/ 42,5× 12,6) + 1] = 57(м):

L_ЯЦ = 16,8 √[(2 × 5302/ 42,5× 16,8) + 1] = 67 (м):

 

Таблица 3.4 – Коэффициент удельной держащей способности якоря

Характеристика грунта	Тип якоря
Матросова	Адмиралтейский	Холла
Песчаный (плотный)	6-12	4-5	3-4
Мелко-каменистый	4-7	3-8	3-4
Илистый	11-17	2-4	2-3
Каменистый	-	3-8	3-6
Среднее значение	6-5-11	3-6	3-4

 

В случае, если Q_я < P_вн, то для удержания судна на якоре требуется большая длина вытравленной цепи (каната), которая может быть определена по формуле:

L_яц = L_яц1 + L_яц2

где L_яц1 - длина вытравленной цепи (каната) (м), лежащая на грунте и создаваемой силой трения о грунт, компенсирует разницу между Q_я и Р_вн ;

L_яц2 - длина провисающей части вытравленной цепи (каната) (м).

Величина L_яц1 может быть определена по формуле, вытекающей из выражения :

L_яц1 = (P_вн - Q_я)/(f_т m_яц): [52]

где P_вн - внешняя нагрузка (Н);

Q_я - держащая сила якоря (Н);

f_т - коэффициент трения якорной цепи о грунт;

m_яц - масса одного погонного метра якорной цепи (кг).

Величина коэффициента трения якорной цепи о грунт приведена в таблице 4.5 [5] по данным:

m_яц = k_ц d² = 2,3 × 4,3 ² = 42,5 (кг) [53]

где k_ц – коэффициент равный 2,3 для цепей с контрфорсами; 2,2 для цепей без контрфорсов и 2,0 для длиннозвенных цепей;

d – калибр цепи (см).

При постановке на рейде нескольких судов круговые акватории якорных стоянок (на случай изменения направления ветра) не должны “накладываться”. Радиус круговой акватории R_я определяется по формуле:

R_я = L + L_яц + ΔL_яц: [54]

R_я = L + L_яц + ΔL_яц = 80 + 32 + 0,5 = 112,5 (м);

R_я = L + L_яц + ΔL_яц = 80 + 46 + 0,5 = 126,5 (м);

R_я = L + L_яц + ΔL_яц = 80 + 57 + 0,5 = 137,5 (м);

R_я = L + L_яц + ΔL_яц = 80 + 67 + 0,5 = 147,5 (м);

где L – длина судна (м);

L_яц - длина вытравленной цепи (м);

ΔL_яц - запас на дополнительно вытравливаемую цепь на случай усиления ветра, в расчетах можно принять равной (0.25 – 0.50) L_ц (м).

Результаты расчета зависимости длины вытравленной якорной цепи (каната) от глубины места стоянки сводятся в таблицу 3.5.Таблица 3.5 – Длина вытравленной якорной цепи при различных глубинах.

Н	м	НЯ = 4,2	2НЯ = 8,4	4НЯ = 12,6	6НЯ = 16,8
Qя	н	35845,7	35845,7	35845,7	35845,7
Рвн	н
Lяц	м
Rя	м	112,5	126,5	137,5	147,5

По данным таблицы 3.5 строится график зависимости L_яц — f (Н_Я) при действующей внешней нагрузке. Рисунок 10– Зависимость длины вытравленной якорной цепи от глубины

 

При постановке судна на два носовых якоря и при условии, что внешняя нагрузка распределяется по цепям равномерно, усилие, действующее на каждую цепь, определяется по формуле :

Р_п.л =Р_вн / 2cos (α/2) [55]

где Р_вн - внешняя нагрузка (Н);

α - угол разноса якорей (угол между якорными цепями) (град).

Расчет длины якорной цепи каждого якоря выполняется для конкретной глубины, используя выше приведенные исходные и расчетные данные, по выражению [51] при постановке в него вместо величины Р_вн усилия, действующего на одну якорную цепь.

L_ЯЦ = Н_к √[(2Р_ВН/m_яц Н_к) + 1]: [56]

L_ЯЦ = 4,2 √[(2 × 2691/ 42,5× 4,2 ) + 1] = 19,4 (м);

L_ЯЦ = 4,2 √[(2 ×2744 / 42,5× 4,2 ) + 1] = 19,6 (м);

L_ЯЦ = 4,2 √[(2 × 2869/ 42,5× 4,2 ) + 1] = 19,9 (м).

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.6.

Таблица 3.6 – Длина якорной цепи при стоянке на двух якорях

на глубине – 4,2 метра

		Угол разноса якорей
20°	30°	45°
Рвн	н
Рп.л	н
Lяц	м	23,44	23,66	24,18

По результатам расчета строятся график зависимости L_яц = f (α)

Рисунок 11. – Зависимость длины якорной цепи при стоянки на двух якорях от угла разноса.

 

3.4 Нормирование габаритов судов в плане.

 

Нормирование габаритов судов (составов) имеет своей целью теоретическое решение задачи о возможности прохождения заданным судном (составом) наиболее затруднительного поворота реки при движении в обоих направлениях, а также определение возможности двухстороннего движения на данном участке.

В данной работе приведен весь необходимый материал для нормирования габаритов одиночных судов. При необходимости нормирования габаритов толкаемых составов следует обратиться к рекомендуемой литературе.

Первоначально следует по лоцманской карте реки определить характеристики поворота, приведенные в таблице 3.7.

 

Таблица 3.7 – Характеристики поворота р. Обь

Наименование поворота	Белоглинский
Ширина судового хода	Всх	м
Радиус кривизны	Rcx	м
Глубина судов, хода	Hсx	м
Скорость течения	VT	м/с
Тип грунта	каменистый

Движение судна по повороту возможно, если выполняется условие

b_г < В_сх

где b_г - габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении по повороту (м);

В_сх - ширина судового хода (м).

Двухстороннее движение судов (составов) по повороту возможно, если выполняется условие:

b_г1 + b_г2 < В_сх

где b_гl - габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении по повороту вниз (м);

b_г2 - габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении по повороту вверх (м).

Габаритная ширина ходовой полосы, занимаемая судном или составом при движении на повороте реки, определяется по формуле:

b_г1 = b₁ + Δb = 25,6 + 8 = 33,6 (м) [57]

b_г2 = b₂ + Δb = 19,9 + 8 = 27,9 (м)

где b - расчетная ширина ходовой полосы (м);

Δb - нормируемый запас ширины судового хода на не точность проводки, зарыск судна и т.п. определяется по формуле:

Δb = (k₁ + k₂Ω)B = (0,4 + 0,5 × 0,2)12 = 6 (м) [58]

где k₁ = 0,4 - коэффициент, зависящий от типа флота и характеристики грунта, приведен в таблице 3.8.

k₂ - коэффициент (для одиночных судов и составов без носовых рулей k₂ = 0. 5; для составов с носовыми рулями k₂ = 0.25);

Ω = 0,2 – кривизна траектории движения - отношение длины судна L к радиусу судового хода R_c.

В - ширина судна (состава) (м).

Таблица 3.8 – Значения коэффициента k₁

Тип флота	Характеристика грунта
песчаный	каменистый
пассажирский	0.5	0.6
сухогрузный	0.4	0.5
нефтеналивной	0.5	0.6

Расчетная ширина ходовой полосы определяется по формулe:

b = L{(B/L) + [k_L b₀ + k_t b_c][k_o - (4.1 S/k_H) - 0.06 В/В_сх]} [59]

b₁ = 80{(12/80)+[1,08×0,08 + 0,72×0,05][1 - 0.06×0,06]} = 21,75 (м)

b₂ = 135{(16.5/135)+[0,97×0,048 – 0,43×0,05][1 - 0.06×16.5/160]} = 19,9 (м)

Где b₀ - относительная, условная ширина ходовой полосы, занимаемая
судном при движении по повороту реки (без учета действия течения),
определяется по графикам на рисунке 4.1 а [8];

k_L - коэффициент, учитывающий влияние соотношения главных размерений на b₀; для всех типов составов равен 1; для одиночных определяется по графику на рисунке 4.1 б [8];

k_t - коэффициент, определяемый в зависимости от отношения В/L и t = Т/Н ; (Н -глубина судового хода); определяется по графикам на рисунке 4.2 б [8];

b_с - поправка, учитывающая влияние скорости течения, определяется по графикам на рисунке 4.2 а [8];

k₀ - коэффициент; для груженых судов и составов равен 1; для порожних 1.04;

S - относительная площадь носовых рулей, равна отношению площади носовых рулей к площади подводной части диаметрали;

k_H – количество ниток в составе;

В - относительная ширина судна (состава), равная отношению ширины судна (состава) к ширине судового хода.

Двухстороннее движение судов (составов) по повороту возможно так как выполняется условие b_г1 + b_г2 < В_сх , т.е. 41,65(м) < 160 (м).