БУКСИРОВКА
Общие положения Буксировка судов морем относится к особым случаям морской практики. Как правило, буксировка осуществляется транспортными судами или мощными буксирамиспасателями. Для обслуживания буксируемого объекта, особенно крупнотоннажного судна, маневрирование в портах и узкостях в помощь буксировщику придаются один или два вспомогательных буксира. Буксировочная операция предусматривает: предварительную проработку предстоящего маршрута перехода, предварительные расчеты по буксировке, рекомендации капитанам. Как правило, все это выполняется специалистами научных учреждений морского флота и опытными капитанами в том случае, если буксировочная операция планируется заранее. В случае вынужденной (случайной) буксировки эти расчеты должны выполняться капитанами судов на основе принятых в морской администрации страны рекомендаций по буксировке. Теория буксировки судов в море была разработана русским академиком А. Н. Крыловым в 1924 году. Все расчеты, связанные с проведением буксировки сводятся к определению: · скорости буксировки; · длины буксирного троса или буксирной линии; · прочности буксирного троса или линии.
Виды морских буксировок Различают следующие вида буксировки: · аварийная (вынужденная) буксировка поврежденных судов, потерявших ход; · плановая буксировка несамоходных судов и объектов; · вспомогательная (внутрипортовая) буксировка в гавани и на рейдах. Существуют следующие способы буксировки: · буксировка в кильватер за нос на длинном буксирном тросе (основной способ буксировки – применяется при морских и дальних океанских плаваниях) Lб > 200 м; · буксировка в кильватер за нос на коротком буксирном тросе (во льдах, в портах, на мелководье, при вспомогательной буксировке) Lб = 30– 40 м; · буксировка в кильватер за корму (применяется при буксировке судов с поврежденной носовой оконечностью); · буксировка лагом (борт о борт) – применяется в портах и на хорошо защищенных от морской волны акваториях; · буксировка методом толкания – применяется в основном на реках и озерах. Буксирный караван может состоять как из двух судов, так и из нескольких, как буксирующих, так и буксируемых.
Виды морских буксировок
Подготовка судна и несамоходного объекта к буксировке Подготовка судов к предстоящей буксировке должна включать все вопросы, связанные с организацией и обеспечением безопасности буксирной операции: 1. укомплектовать оба судна опытными экипажами (очень важно); 2. снабдить основным и запасным буксирным снаряжением; 3. подкрепить буксирные устройства; 4. обеспечить суда дополнительными средствами аварийной связи; 5. обеспечить аварийно-спасательным имуществом; 6. осуществить проработку предстоящего перехода и наметить вероятные портыубежища; 7. произвести снабжение обоих судов топливом, водой и запасами, исходя из планируемой продолжительности рейса и с учетом штормовых запасов; 8. рассчитать на прочность детали буксирного снаряжения; 9. рассчитать остойчивость обоих судов; 10. принять меры к уменьшению рыскливости буксируемого судна; 11. подкрепить корпус, надстройки, рубки, палубные устройства; 12. произвести герметизацию объекта, буксируемого без экипажа; 13. предусмотреть способы по борьбе за живучесть судна и меры по снятию людей с объекта.
Типы буксирных судов
Типы буксирных линий Буксировка одного судна другим осуществляется посредством буксирной линии. Буксирная линия может быть однородной – буксирный трос, и комбинированной (неоднородной) – синтетический трос + якорная цепь; стальной трос + якорная цепь; синтетический + стальной трос; трос + якорь + якорная цепь. Кроме того, неоднородная линия может быть симметричной и несимметричной. Буксирную линию следует рассматривать с точки зрения обеспечения безопасности движения судов при волнении, при этом выделяют: x – расстояние между судами; l – длина буксирной линии; f – стрелка провеса буксирной линии. Существует несколько методов расчета буксирной линии. Различаются они наличием или отсутствием возможности выбора элементов буксирной линии (подготовка к буксировке проводится в порту – выбор возможен; в открытом море: выбор элементов буксирной линии невозможен – используют то, что имеется).
Типы буксирных линий
Типы буксирных линий Если выбор элементов буксирной линии возможен, то при ее расчете за исходную величину принимают максимальный упор винта, а методика расчета такова: . определяют тягу на гаке на тихой воде и при штормовом ветре и волнении; · определяют разрывное усилие элементов буксирной линии умножением тяги на гаке на коэффициент запаса прочности; · по разрывному усилию, используя справочники, определяют элементы буксирной линии; · определяют длину буксирной линии; · определяют расхождение судов при выбранной буксирной линии для тяги на гаке в нормальных условиях и при нагрузке, равной половине разрывного усилия буксирной линии; · определяют расхождение судов при выбранной буксирной линии для тяги на гаке в штормовых условиях и при нагрузке, равной половине разрывного усилия буксирной линии; · сравнивают «игру» линии с высотой волны. Если выбор элементов буксирной линии ограничен, то при ее расчете за исходную величину принимается прочность троса, и методика расчета следующая: · выбирают длину буксирной линии, исходя из длин тросов (элементов), имеющихся на судах; · определяют случайную нагрузку на буксирную линию и рабочую нагрузку. Случайная нагрузка – это ½ разрывного усилия буксирного троса. Рабочая нагрузка – через коэффициент запаса прочности (разрывное усилие троса делят на коэффициент); · определяют расхождение судов при обоих видах нагрузки на буксирную линию, сравнивая значения расхождения с высотой волн в районе плавания.
Типы буксирных линий
Способы крепления буксирного каната 1. Крепление буксирного троса на кнехтах 2. Крепление браги за полуют 3. Крепление буксирного троса к якорной цепи 4. Брага на судне с полубаком 5. Крепление буксирного троса за становой якорь 6. Крепление буксирного троса при буксировке во льду за ледоколом 7. Соединение буксирной линии, состоящей из тросов и цепей
Управление судами при буксировке следует рассматривать с момента начала их движения. Особенности управления судами при буксировке необходимо делить на три момента: начало движения, непосредственно буксировка, остановка движения (окончание буксировки). Начало движения: · разгоняться постепенно с небольшим ускорением, т. к. при движении с большим ускорением могут возникнуть в буксирной линии чрезмерные усилия; · после того, как буксирный трос начнет обтягиваться – застопорить машину, а потом постепенно увеличивать скорость до скорости буксировки; · расчетную длину буксирной линии установить после выхода на достаточную глубину; · после набора расчетной скорости буксировки осмотреть буксирное устройство. Буксировка: · на обоих судах вахта для наблюдения за работой буксирного устройства; · предусмотреть возможность экстренной отдачи буксирного троса; · не располагать курс по волне или против волны – максимальное влияние орбитального движения обоих судов на усилия в буксирной линии; · длину буксирной линии необходимо иметь такую, чтобы оба судна одновременно всходили на волну и спускались с нее; · длину буксирной линии необходимо иметь такой, чтобы рыскание буксируемого судна было минимальным, при этом: чем больше скорость буксировки, тем больше рыскание буксируемого судна; чем короче буксирный трос, тем порывистее рыскание; чем длиннее буксирный трос, тем дальше отходит буксируемое судно от курса, но рыскание не порывистое, что позволяет рулевому удерживать судно на курсе; · увеличение расхождения судов может достигаться уменьшением скорости буксировки, однако при этом следует помнить, что уменьшение скорости буксировки приводит к ухудшению управляемости обоих судов; · изменять курс относительно фронта волны следует с уменьшением скорости, чтобы не привести к увеличению бортовой качки; · курс буксируемого судна располагать по кильватерной струе, при изменении курса – держаться ее наружной кромки; · не проводить резких и больших изменений курса; · уменьшать длину буксирной линии при плавании на мелководье.
Управление судами при буксировке Остановка движения: · при экстренной остановке буксировщика следить за тем, чтобы не произошло навала на него; · при временной остановке на большой глубине необходимо иметь в виду, что могут сблизиться друг с другом под действием веса буксирной линии; · при подходе к месту отдачи буксирного троса (к месту окончания буксировки) необходимо постепенно снизить скорость; · отдачу буксирного троса производить там, где глубина позволяет ему лечь на грунт; · отдачу буксирного троса на большой глубине производить на ходу и осуществлять ее на буксировщике; · отдачу буксирной линии производить тогда, когда масса ее оставшейся части будет такой, что подъемные устройства на буксируемом судне будут способны выбрать ее из воды.
Особые случаи буксировки Буксировка лагом: · в закрытых акваториях; · на тихой воде; · при перегрузке груза в открытом море; · наличие хорошей кранцевой защиты; · как можно туже обтянуть швартовы (шпринги и прижимные). Буксировка толканием: · практически отсутствует сопротивление буксировщика, поскольку он располагается в попутном потоке буксируемого судна; · отсутствует буксирная линия; · сопротивление буксируемого судна (баржи) уменьшается из-за отсутствия набрасываемой струи; · возрастает устойчивость на курсе; · увеличивается скорость буксировки; · обеспечивается безопасное плавание на взволнованном море Применение: в основном ББС (лес, навалочные, насыпные, контейнеры, нефтепродукты). Буксировка морских лихтеров: · морские лихтера имеют буксирное устройство, рассчитанное на буксировку их морем; · буксировка без экипажа предусматривает особое крепление буксирной линии, уменьшающее рыскливость (как можно дальше вперед от ЦТ судна); · создание дифферента на корму; · обеспечить огни согласно МППСС-72
Особые случаи буксировки Буксировка плавучих сооружений: · подготовка к буксировке по заранее составленному плану; · буксирная линия составная; · применение нескольких буксиров; · применение буксирных волокуш, уменьшающих рыскание, или вспомогательных буксиров; · уменьшение буксирной линии прохождении узкостей и при входе в порт. Буксировка плотов-сигар: · применяется очень редко; · особенность – небольшое возвышение над водой; · небольшая скорость буксировки; · малая продольная прочность плота; · сложности с буксировкой в штормовую погоду. Буксировка аварийных судов: · аварийное судно без экипажа – затруднена подача буксирного троса; · в зависимости от повреждения – особенности буксировки (кормой, рыскливость – при повреждении рулевого комплекса); · винт застопорить, что способствует устойчивости судна на буксире.
Теоретические основы морской буксировки При плавании на тихой воде горизонтальная составляющая буксирного троса равна тому сопротивлению, которое вызывает буксируемое судно при данной скорости плавания (см. рисунок). Это сопротивление и собственно сопротивление буксировщика преодолеваются упором гребного винта буксировщика. В некоторых случаях, когда наблюдаются рывки буксирного троса (линии) и появляются динамические нагрузки в буксирном тросе, возникают усилия большие, чем максимальный упор гребного винта буксировщика. Эти случаи могут встречаться как при буксировке на тихой воде, так и при буксировке в штормовых условиях. При плавании на взволнованном море или на мертвой зыби в буксирном тросе возникают усилия, которые во много раз могут превысить упор винта буксировщика. Это превышение возникает из-за того, что оба судна то сближаются, то удаляются друг от друга. При таком орбитальном движении ЦТ каждого из судов, если бы оно было свободным, описал бы около своего среднего положения некоторую орбиту. Уравнения такой орбиты в параметрической форме: x = a×cos(2πt/τ), y = b×sin(2πt/τ), где a и b – некоторые постоянные для данного судна и длины волны; τ – период волны, сек. Величины a и b не превышают ½hволны. Т. о. , если взять значение a = ½hволны, то будет учтен наихудший случай. В этих уравнениях интерес представляет величина x – изменение расстояния между судами на качке. Вертикальные колебания судов практически не оказывают влияния на усилия в буксирном тросе, поэтому их не будем рассматривать. Определим ускорение движения судна на волнении: X= -4π2/ 2 a cos 2π/ Наибольшее ускорение будет при cos 2π/ =1 , т. е. X= -4π2/ 2 a = . Тогда усилие будет равно Fmax = m×x", где m – масса судна. Т. е. чтобы судно массой m не совершало орбитальные движения к нему нужно приложить силу F, максимальное значение которой будет при x" = ω, F = mω. При буксировке буксирную линию следует подбирать т. о. , чтобы расстояние между судами изменялось на значение, равное высоте волны 2 a = hволны.
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Скорость буксировки в штормовых условиях определяют исходя из того, что суммарное сопротивление буксировщика и буксируемого судна должно быть преодолено упором гребного винта буксировщика: RΣ = R 0 + R 1 = Pш, где RΣ – общее сопротивление каравана; R 0 – сопротивление буксировщика; R 1 – сопротивление буксируемого объекта; Pш – упор гребного винта на швартовах. Сила, которая используется на продвижение буксируемого судна, называется тягой на гаке и представляет собой разницу между упором винта буксировщика на полном ходу Pш и его сопротивлением: Fг = Pш – R 0. Максимальная скорость при буксировке будет тогда, когда общее сопротивление каравана составит силу, равную Pш. Для определения этой скорости необходимо построить суммарный график всех сопротивлений в зависимости от скорости движения каравана.
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Расчет производится в следующем порядке: · определяется сопротивление буксировщика при различных скоростях (с дискретностью 2 узла) до максимальной включительно, которое равно упору винта; · определяется сопротивление буксируемого объекта при разных скоростях, при этом необходимо учесть сопротивление винта буксируемого судна (свободно вращающийся или застопоренный); · в том случае, когда нужно определить тягу на гаке буксировщика, то нужно к сопротивлению буксируемого объекта прибавить сопротивление самого буксирного троса; · составляют таблицу сопротивлений при различных скоростях и по ней строят графики сопротивлений (войдя по значению Pш в график суммарного сопротивления определяют скорость буксирного каравана и тягу на гаке); · по найденному значению тяги на гаке определяют требуемые характеристики буксирного троса.
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Формулы для расчета Сопротивление буксирующего судна: R 0 = Rx + Rвозд + Rволн, где Rволн – сопротивление волнения; Rвозд – сопротивление воздуха; Rx – сопротивление воды движению судна (Rx = Rf + Rr); Rf – сопротивление трения; Rr – остаточное сопротивление. Сопротивление буксируемого судна: R 1 = R'x + R'возд + R'волн + R'винт + Rтр, где R'винт – сопротивление гребного винта (застопоренный/проворачивающийся); Rтр – сопротивление погруженной в воду части буксирного троса.
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Сопротивление воды Rx рассчитывается по эмпирическим формулам: Rf=fρ Ω V 1. 83 x 10 -5 Ry = 0, 09 Ce. V 4/L 2 [к. Н] где f – коэффициент трения (в зависимости от длины судна L выбирается из табл. 27. 1; табл. 7. 1); 3 ρ – плотность морской воды, кг/м ; Ω – площадь смоченной поверхности судна: 2 Ω = 1, 05 L(1, 7 dcp + cв. B); [м ] V – скорость судна, м/с; cв – коэффициент полноты водоизмещения; Δ – водоизмещение судна, т; L – длина судна по действующую ватерлинию, м; dcp – средняя осадка судна, м; B – ширина судна, м. Сопротивление воды Rx может быть определено и по другой эмпирической формуле с учетом Rf и Rr: Rfy = 20 V 2 Aмш/ K, [к. Н] где K – коэффициент, зависящий от типа и размера судна; Aмш – площадь погруженной части мидель-шпангоута, м 2.
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Воздушное сопротивление: Rвозд = 0, 8 Ан. W 210 -3, [к. Н] где Ан – проекция надводной поверхности судна на плоскость мидельшпангоута, м 2; W – скорость кажущегося ветра, м/с. Сопротивление судна на волнении: Rволн = kволн 0, 5ρΩV 210 -3, [к. Н] где kволн – коэффициент дополнительного сопротивления выбирается в зависимости от силы волнения. Сопротивление гребного винта: а) застопоренного Rз. в. = 0, 5(A/Ad)Dв 2 V 2 или Rз. в. = 0, 25 Dв 2 V 2; [к. Н] б) проворачивающегося Rп. в. = (0, 1÷ 0, 15)(A/Ad)Dв 2 V 2; [к. Н] где A/Ad – дисковое отношение; Dв – диаметр винта, м.
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Сопротивление погруженной части буксирного троса: Rтр = 0, 04 lndm. V 2, [к. Н] где ln – длина погруженной части троса ln =√l 2 -80 R 1 hm/q , м; dm – диаметр троса, м; l – полная длина троса (l = Fгhв/(10 ki) или l = 85 hв), м; R'1 – сопротивление буксируемого судна без сопротивления троса, Н; hm – средняя высота закрепления троса над уровнем воды, м; q – линейная плотность буксирного троса в воде, кг/м; Fг – тяга на гаке, к. Н; hв – высота волны, м; ki – коэффициент игры буксирного троса (в зависимости от Fг).
Расчеты скорости буксировки и прочности буксирного троса (линии) Для определения упора гребного винта можно использовать следующие формулы: Pш = 0, 136 Pi; Pш = Pв/(Hвn), Pш = 1, 13(1, 9 – Hв/Dв)Pв/(Dвn), где Pi – индикаторная мощность, к. Вт; (1 л. с. = 75 кг/мс = 735, 5 Вт) Pв – мощность, потребляемая винтом, к. Вт; Hв – шаг винта, м; n – частота вращения винта, с-1. Провес (стрела) буксирного троса: f = 1, 22 ql/Fг, м. Толщина троса (диаметр или длина окружности) и материал изготовления определяют прочность троса, который выбирают по разрывному усилию Pразр = k. Fг. Запас прочности в буксирной линии: k = 5, если Fг < 100 к. Н; k = 3, если Fг > 100 к. Н (в промежутке – интерполяция). Наибольшая скорость буксировки на тихой воде: V = V 0 √R 0/R 0+R 1 , [м/с] где V 0 – скорость полного хода буксировщика.
Выбор длины буксирного троса После того как рассчитаны нагрузки на буксирную линию, выбирают длину буксирного троса, которая для морской буксировки должна быть такой, чтобы: a) не было тормозящего влияния на буксируемый объект от кильватерной струи буксировщика; b) обеспечивать удовлетворительную управляемость буксируемого объекта; c) имелся достаточный провес буксирной линии и достаточная упругая деформация для смягчения рывков, которые оказывают суда каравана на буксирный трос вследствие ударов волн, качки, рыскания и т. д. ; d) обеспечивать возможность свободного орбитального движения обоих судов каравана на волнении. Натурные испытания по определению мощности буксирования показывают, что при длине буксирного троса 3 L, где L – длина буксировщика, продольная составляющая в кильватерной струе оказывает настолько малое влияние, что им можно пренебречь. При длине буксирного троса, равной 2 L, влияние кильватерной струи становится довольно заметным. Во время буксировки в море неизбежны рывки на тросе. Причиной таких динамических нагрузок являются удары волн, рыскание и резкие изменения скоростей движения буксировщика и буксируемого объекта, качка и т. д. Смягчить эти динамические нагрузки можно использованием: а) потенциальной энергии упругой деформации каната: где Т – усилие натяжения в буксирной линии, кгс; l – длина буксирной линии, м; Е – модуль упругости троса, кгс/см 2; F –площадь сечения буксирного троса, см 2; б) потенциальной энергии веса буксирного троса, т. е. поднятием вверх центра тяжести кривой, по которой располагается трос. В этом случае чем ниже этот центр тяжести, тем на большую высоту он может быть поднят, и чем больше вес буксирной линии, тем большую кинетическую энергию она может компенсировать. Положение центра тяжести и вес буксирной линии находятся в прямой зависимости от длины буксирного троса. Последнее, и самое главное, что требуется от буксирной линии, – это обеспечение свободы орбитального движения судов каравана при плавании в штормовом море. Для этого необходимо обеспечить горизонтальное перемещение от какого–то среднего положения в обе стороны на величину, равную половине высоты волны, а общее перемещение, которое будут иметь оба судна каравана, должно равняться высоте волны 2 а = h. Кроме того, должна быть известна горизонтальная проекция натяжения буксирного троса, равная тяге на гаке, которую обозначим Т 0. При таких условиях можно определить степень расхождения судов за счет изменения формы буксирной линии и за счет ее упругих деформаций.
Выбор длины буксирного троса Допустим, А В (рис. 6) представляет собой буксирную линию, по которой расположится буксирный трос между судами A и В. Проведем оси координат так, чтобы ось OY прошла через вершину кривой Н в направлении вверх, начало координат O поместилось на оси OY на расстоянии с от H, а ось ОХ была направлена вправо. Напишем для этого случая уравнение буксирной линии: здесь ТО – горизонтальная проекция натяжения в цепи; она везде одна и та же и в нашем случае равна горизонтальному усилию в точке М; q – масса 1 пог. м. буксирного каната в тех же единицах, что и ТО.
Выбор длины буксирного троса Горизонтальное перемещение точки М будет слагаться из разности х2–х1 (х1 – абсцисса точки при начальном значении Т 0, а x 2 – при конечном) и разности упругих удлинений буксирного каната Δl 2 – Δl 1 при начальном и конечном значениях Т (Т – полное растягивающее усилие в канате; Δl 1 – упругое удлинение буксирного троса при начальном значении Т; Δl 2 – при конечном). Разность x 2 – x 1 может быть найдена следующим образом. Определяем разность l – х для конечного и, начального значений T 0. Тогда Упругое удлинение может быть получено по формуле: Натяжение может быть принято равным Т 0, если величина с велика по сравнению с провесом каната y 1 = f, как это видно из формулы [32]. Общее расхождение судов каравана Как установлено выше, длина буксирной линии должна быть такой, чтобы было обеспечено расхождение судов каравана относительно друга на величину, равную высоте волны h, половина которой относится к одному судну, половина – к другому
Использованная литература: 1. КДП Репетей В. Д. , КДП Гудко В. П. Морские буксировки. Учебнопрактическое пособие. 2008 Подготовил Доцент кафедры УС и БЖД на море ХГМА К. Д. П. , К. Т. Н. Товстокорый О. Н.
Скачать презентацию БУКСИРОВКА Общие положения Буксировка судов морем относится
БУКСИРОВКА.pptx