Остойчивость судна

метки: Остойчивость, Судно, Объем, Определять, Момент, Требование, Таблица, Нагрузка

Одной из наиболее важных судостроительных наук является теория корабля (или теория судна).

Инженеру — судоводителю в процессе эксплуатации судна необходимо применять самостоятельно решения по обеспечению его мореходных качеств.

Цель курсовой работы:

Расчет остойчивости и посадки судна для трех случаев нагрузки.

Чертеж универсальной диаграммы статической остойчивости.

Расчет элементов поврежденного судна.

Оценка остойчивости судна по критерию погоды.

Объектом курсовой работы служит рыболовное судно СРТ-2.

В основе методологии конспект лекций Байгунусова В.Б. «Судоводителям о плавучести и остойчивости судна»

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна

Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну.

Технико-эксплуатационные характеристики судна «СРТ-2».

Тип судна — средний рыболовный траулер.

Назначение судна — лов рыбы кошельковым неводом, пелагическим и донным тралами с нюрреводом и бортовой ловушкой на электросвет.

Автономность — автономность плавания полным ходом при максимальной загрузке судовой электростанции в ходовом режиме составляет 20 суток.

Район плавания: неограниченный в течении всего года.

Экипаж — 20-25 человек плюс два запасных места.

Надводный борт — летний -1377мм.

Грузовместимость — 100т. Рыбы навалом в «чердаках» для переработки на муку, 65 т. Рыбы, пересыпанной льдом, в инвентарных ящиках при соотношении рыбы и льда 2:1.

Водоизмещение и осадка от основной плоскости по летнюю грузовую марку:

?=781т

d=3,77м

Наибольшая длина — 44,85 м.

Длина между перпендикулярами — 38,00 м.

Ширина — 9,3 м.

Высота борта — 5,0 м.

Практическая шпация — 0,55м.

Схематический продольный разрез и вид на верхняя палубу судна приведены на Рисунке 1:

Рисунок 1 — Схематический продольный разрез и вид на верхнюю палубу судна:

2. Расчет посадки и остойчивости судна

2.1 Расчет объема и координат трюма

Для определения центра тяжести перевозимого груза выполняются расчеты объема трюма и строится кривая центров тяжести его объемов.

Вычисление сумм умножения ординат для определения объема и координат центра тяжести трюма.

Мореходные качества судна: остойчивость и способы её улучшения; ...

... установить следующий признак, характеризующий поперечную остойчивость: (Рис.3) А) Если, метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в исходное положение, т. е. ... из первоначального положения С в сторону крена судна, в центр тяжести нового объема -- точку С1. При наклонном положении судна сила тяжести Р, приложенная в точке G, и сила ...

Таблица 1:

Место измерения трюма	Кормовая переборка	Середина трюма по высоте	Носовая переборка	Сумма
	k	yk	2*3
				k	yc	5*6	k	yн	8*9	—
1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11
Верх	1	4.60	4.60	4	4.60	18.4	1	4.60	4.60	?в=27.6
Середина	4	4.40	17.6	16	4.40	70.4	4	4.10	16.4	?z=5
Низ	1	4.20	4.20	4	3.90	15.6	1	2.80	2.80	?н=22.6
Сумма	—	—	?1=26.4	—	—	?2=104.4	—	—	?3=23.8
?x = -2.6

L = 14*0.55 = 7.7м.

SВ= 7,7/3 (4.60+4*4.60+4.60)=70,821

Sс=l/3(yk+4*yc+yн)=66.972

V = lb/18(?1+?2+?3) = 200,98

Абсцисса центра тяжести площади горизонтального сечения трюма определяется по формуле:

Xc = l/2* = 0.044м

Xн = l/2* = -0.238м

Расстояние абсциссы центра объема трюма от его середины по длине определяются:

X = l/2* =3,85*(-0.016)=0.0616

Расстояние центра объема от середины трюма по высоте равно:

Z= b/2* = 3,2/2*5/26/4+104,4+23,8 = 0,0512

Далее определяем объем нижней части трюма, вычитая из полного объема трюма объем его верхней части:

Vн =V — Ч b/2 = 200.98 — 163.812 = 37.168

Строим кривую центров тяжести трюма:

Рис.2. Распределение объема и центра тяжести трюма:

2.2 Расчет и построение диаграммы статической остойчивости

Плечи статической остойчивости диаграммы определяют с помощью интерполяционных кривых плеч остойчивости формы (пантокарен):

На пантокаренах проводят вертикаль через точку на оси абсцисс, соответствующую расчетному водоизмещению судна М. Точки пересечения вертикали с кривыми для различных углов крена дают значения плеч остойчивости формы:

Исходные данные для построения универсальной диаграммы приведены в таблице 2.

Таблица 2:

Далее плечи статической остойчивости вычисляются по формуле:

Таблица 3 — Расчёт плеч диаграмм статической остойчивости:

Расчетные величины			углы крена и, градус
	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
, м	0	1,0	2,0	2,82	3,53	3,92	4,2	4,2	4,0	3,7
sin и	0	0,174	0,342	0,500	0,643	0,766	0,866	0,94	0,985	1
, м	0	0,63	1.3	1.9	2.5	3.064	3.55	3.948	4.236	—
, м	0	0.37	0,7	0,9	1	0,856	0,655	0,252	-0,236	—

После расчета данных, занесенных в таблицу, составляем график статической остойчивости:

Рисунок 3 — Диаграмма статической остойчивости:

Проверка параметров диаграммы статической остойчивости на соответствие нормам остойчивости Регистра судоходства России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3) определяем максимальное плечо статической остойчивости l _max , соответствующий ему угол крена _max и угол заката диаграммы _зак и сравниваем их с требуемыми Регистром.

Регистр требует, чтобы l _max было не менее 0,25 м для судов, длина которых не менее 80 м при угле крена:

_max 30⁰

Угол заката диаграммы должен быть не менее 60 ⁰ .

Из Рисунка 3 видно, что:

l _max =0,78 м

_max =40⁰

_зак =75⁰

Значит параметры диаграммы статической остойчивости соответствуют нормам остойчивости Регистра судоходства России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3) определяем графическим способом начальную метацентрическую высоту:

L(=1 рад=57,3)=1,4= h=1,4 м.

3. Расчет остойчивости судна для трех случаев нагрузки

3.1 Выход на промысел

Плавучестью называют способность судна путем вытеснения равного ему по весу и массе количества воды поддерживать вертикальное равновесие в заданном положении относительно поверхности моря.

Мерами плавучести судна являются его объемное водоизмещение V и водоизмещение (масса) судна:

D = V

Где — плотность забортной воды, т/м ³ .

Свободно плавающее судно занимает такое положение, при котором его центр величины располагается на одной вертикали с центром тяжести.

При этом судно может иметь крен и дифферент.

Величина крена и дифферента характеризует посадку судна.

Остойчивость можно определить как способность судна, отклоненного внешним моментом от положения равновесия.

Возвращаться в исходное положение равновесия после устранения момента, вызвавшего отклонение.

В данном разделе приведены результаты расчетов посадки и остойчивости судна.

Таблица 4:

h=0,91м

Водоизмещение, абсцисса и аппликата центра тяжести судна порожнём определяются по Таблице 4 и следующим формулам:

М = М _о + m_i

М=580,08+152,02=732,1т

М = 732,1т

Плавучесть считается обеспеченной, если:

М

Водоизмещение по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы

?=781т

Т. к плавучесть судна обеспечена, разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости, не производим. Метацентрическая высота вычисляется по формуле:

Где — аппликата поперечного метацентра находится по гидростатическим таблицам (Приложение 1) в зависимости от водоизмещения судна в заданном случае нагрузки. При необходимости должна быть сделана интерполяция.

Из таблицы следует, что для тралового лова =4,19 м.

Подставляем значение в формулу:

м

Исходя из полученного результата и данных в приложении , можно судить, что остойчивость судна считается не обеспеченной, т. к:

h _расч. < h_min =0,91 м.

Проверка остойчивости и расчет осадок для случая нагрузки 1

Таблица 5:

№П/П	М	Абсцисса,X g	Mx	Апликата Zg	Момент Mz	Момент свободной поверхности жидкости
Экипаж с богажем	2.7	9.09	24.5	5.25	14.175
Провизия	2.27	6.26	14.2	3.91	8.88
Пресная вода Ц1	3.42	10.1	34.5	1.84	6.29
Пресная вода Ц2	3.51	9.1	31.9	1.77	6.21
Пресная вода Ц3	7.6	7.45	56.6	1.77	13.5
Дизильное топливо №1	10.55	14.19	149.7	1.44	15.2
Дизильное топливо №2	9.86	7.36	72.6	1.4	13.8
Дизильное топливо №3	9.86	7.4	72.96	1.4	13.8
Дизильное топливо №4	13.41	0.6	8	0.79	10.2
Дизильное топливо №5	13.41	0.6	8	0.79	10.2
Дизильное топливо №6	4.22	-4.84	-20.4	0.7	2.95
Дизильное топливо №7	10.88	-18.05	-196.4	4.88	53.1
Дизильное топливо №8	10.88	-18	-196	4.88	53.1
Топливо в отстойно-расходной цистерне№1	2.31	-14.28	-32.99	4.22	9.7
Топливо в отстойно-расходной цистерне№2	2.31	-14.3	-33	4.22	9.7
Масло в цистерне запаса масла	4.25	-12.97	-55.1	2.65	11.26
Масло в цистерне отработанного масла	—	—	—	—	—
Котельная вода в цистерне запаса КВ	4.9	-13.3	-65.2	2.59	12.69
Котельная вода в цистерне расходной	1.42	-12.1	-17.2	2.52	3.58
Промысловое снабжение	18.8	-8.32	-156.4	5.84	109.8
Тара в трюме	9.46	-1.24	-11.73	2.68	25.4
Улов в трюме	—	—	—	—	—
Улов на палубе	—	—	—	—	—
Льяльные воды	—	—	—	—	—
Сточно фекальные воды	—	—	—	—	—
Итого дедвейт
Судно порожнем	580.08	-1.41	-818	4.21	2442.1368
Обледенение	—	—	—	—	—
Судно в грузу
Водоизмещение	732.1	—	-1129.5	—	2845,7
1	Абсцисса центра тяжести	Хg=	-1.54
2	Возвышение центра тяжести над ОП	Zg=	3.98
3	Поправка на влияние свободных поверхностей жидкости		0
4	Исправленное возвышение центра тяжести над ОП	Zgbcg = Zg +	4.02
5	Допускаемое значение возвышение центра тяжести над ОП	по рис.2	4.18
6	Осадка на носовом перпендикуляре Осадка на кормовом перпендикуляре Осадка на мидель-шпангоуте	по рис.3 D =	3.36 4.12 3.74

3.2 Возвращение с промысла

Исходные данные:

Характеристики судна порожнем:

М ₀ =580,08т

(М ₀ — водоизмещение судна)

Х _{G 0} = -1,41м

(Х _{G 0} — абсцисса центра тяжести)

Z _{G 0} =1,21м

(Z _{G 0} — аппликата центра тяжести)

=3,0-3,3 м ³ /т

Определение массы груза в трюмах:

Количество груза в каждом трюме судна определяется по формуле:

Где _{тр i} — объем i-го трюма, м³ ; — удельный погрузочный объем груза:

= 3,0 мі/т

Удельный погрузочный объем перевозимого в трюмах груза.

Таблица 6:

Удельные погрузочные объемы рыбной продукции и топлива.

200,98 :3=66.99

66.99 + 9.46 = 76.45т.

Таблица 7 — Расчет водоизмещения и координат центра тяжести судна в эксплуатационном случае нагрузки:

№П/П	М	Абсцисса, X g	Mx	Апликата Zg	Момент Mz	Момент свободной поверхности жидкости
Экипаж с богажем	2.7	9.09	24.5	5.25	14.175
Провизия	2.27	6.26	14.2	3.91	8.88
Пресная вода Ц1	3.42	10.1	34.5	1.84	6.29
Пресная вода Ц2	3.51	9.1	31.9	1.77	6.21
Пресная вода Ц3	7.6	7.45	56.6	1.77	13.5
Дизильное топливо №1	10.55	14.19	149.7	1.44	15.2
Дизильное топливо №2	9.86	7.36	72.6	1.4	13.8
Дизильное топливо №3	9.86	7.4	72.96	1.4	13.8
Дизильное топливо №4	13.41	0.6	8	0.79	10.2
Дизильное топливо №5	13.41	0.6	8	0.79	10.2
Дизильное топливо №6	4.22	-4.84	-20.4	0.7	2.95
Дизильное топливо №7	10.88	-18.05	-196.4	4.88	53.1
Дизильное топливо №8	10.88	-18	-196	4.88	53.1
Топливо в отстойно-расходной цистерне№1	2.31	-14.28	-32.99	4.22	9.7
Топливо в отстойно-расходной цистерне№2	2.31	-14.3	-33	4.22	9.7
Масло в цистерне запаса масла	4.25	-12.97	-55.1	2.65	11.26
Масло в цистерне отработанного масла	—	—	—	—	—
Котельная вода в цистерне запаса КВ	4.9	-13.3	-65.2	2.59	12.69
Котельная вода в цистерне расходной	1.42	-12.1	-17.2	2.52	3.58
Промысловое снабжение	18.8	-8.32	-156.4	5.84	109.8
Тара в трюме	9.46	-1.24	-11.73	2.68	25.4
Улов в трюме	100%	—	—	—	—
Трюм	76.45	—	—	—	—
Льяльные воды	—	—	—	—	—
Сточно фекальные воды	—	—	—	—	—
Итого дедвейт	222.45
Судно порожнем	580.08	-1.41	-818	4.21	2442.1368
Обледенение	—	—	—	—	—
Судно в грузу	802.53	-2.04		6.6

Водоизмещение, абсцисса и аппликата центра тяжести судна порожнём определяются по формулам:

М = М _о + m_i = М = 802.53 т

_м

^м

Плавучесть считается обеспеченной, если:

М

Водоизмещение по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы (781т).

Т. к плавучесть судна не обеспечена, производим разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости. Т. к полученное водоизмещение слишком велико, то производим разгрузку трюмов:

M -Mг.м = X

Где М — полученное водоизмещение судна; Mг.м — водоизмещение по грузовую марку — 802.53-781= 21.53 т

m1+2m2= 21.53

m1/V1=m2/V2

m1=21.53-2m2

(21.53-2m2)/V1=m2/V2

Взяв данные из таблицы и подставляем V1 и V2:

100.5m2=100.5*21.53-100.5*2m2

100.5m2=2163.8-201m2

m2=2163.8/301.5

m1=m2=7.18 (т)

Полученные массы разгрузки вычитаем из массы трюмов:

100.5-7.18 = 93.32 (т) — загрузка трюма.

Таблица:

№П/П	М	Абсцисса,X g	Mx	Апликата Zg	Момент Mz	Момент свободной поверхности жидкости
Экипаж с богажем	2.7	9.09	24.5	5.25	14.175
Провизия	2.27	6.26	14.2	3.91	8.88
Пресная вода Ц1	3.42	10.1	34.5	1.84	6.29
Пресная вода Ц2	3.51	9.1	31.9	1.77	6.21
Пресная вода Ц3	7.6	7.45	56.6	1.77	13.5
Дизильное топливо №1	10.55	14.19	149.7	1.44	15.2
Дизильное топливо №2	9.86	7.36	72.6	1.4	13.8
Дизильное топливо №3	9.86	7.4	72.96	1.4	13.8
Дизильное топливо №4	13.41	0.6	8	0.79	10.2
Дизильное топливо №5	13.41	0.6	8	0.79	10.2
Дизильное топливо №6	4.22	-4.84	-20.4	0.7	2.95
Дизильное топливо №7	10.88	-18.05	-196.4	4.88	53.1
Дизильное топливо №8	10.88	-18	-196	4.88	53.1
Топливо в отстойно-расходной цистерне№1	2.31	-14.28	-32.99	4.22	9.7
Топливо в отстойно-расходной цистерне№2	2.31	-14.3	-33	4.22	9.7
Масло в цистерне запаса масла	4.25	-12.97	-55.1	2.65	11.26
Масло в цистерне отработанного масла	—	—	—	—	—
Котельная вода в цистерне запаса КВ	4.9	-13.3	-65.2	2.59	12.69
Котельная вода в цистерне расходной	1.42	-12.1	-17.2	2.52	3.58
Промысловое снабжение	18.8	-8.32	-156.4	5.84	109.8
Тара в трюме	9.46	-1.24	-11.73	2.68	25.4
Улов в трюме	100%	—	—	—	—
Трюм	93.32	—	—	—	—
Льяльные воды	—	—	—	—	—
Сточно фекальные воды	—	—	—	—	—
Итого дедвейт	239.32
Судно порожнем	580.08	-1.41	-818	4.21	2442.1368
Обледенение	—	—	—	—	—
Судно в грузу	747.4	-1.1		3.3

Используя полученные данные перерасчетаем водоизмещение, абсциссу и аппликату центра тяжести судна порожнём:

М = М _о + m_i = М = 747.4 (т)

= _м

= ^м

Нахождение поперечной метацентрической высоты для данного случая нагрузки: Метацентрическая высота вычисляется по формуле:

Где — аппликата поперечного метацентра находится по гидростатическим таблицам в зависимости от водоизмещения судна в заданном случае нагрузки. При необходимости должна быть сделана интерполяция. Из таблицы следует, что для моего случая =4.19 м.

Подставляем значение в формулу 2.5:

м

Исходя из полученного результата и данных, можно судить, что остойчивость судна считается обеспеченной, т. к:

h _расч. ?h_min =0,9 м

3.3 Судно на промысле с повреждением корпуса в районе трюма ниже ватерлинии

Затопленным по условию задачи оказалось примерно 70% помещение для замороженной рыбы, найдем массу воды:

M = µсVm

Где: 1,025т/- плотность забортной воды;

0,95 — коэффициент проницаемости помещения с рыбой;

• Vm — объем трюма. Согласно расчетам, объем трюма — 200,98.

Т.к. затоплено только 70%, масса воды будет:

Mв70%= 0,7*0.95*1.025*200,98 ? 137т.

Найдем координаты центра тяжести и водоизмещения судна после принятия балласта:

М = М _о + m_i = М = 580.08+200,98 = 781.06 т

= _м

= ^м

Найдем осадки носом и кармой из Приложения 3. Пологаем, что:

Хg = Хс

Тн = 2,58

Ткр = 3,82

Тср ? 3,2

Найдем начальную метацентрическую высоту судна, известно что:

Zc = 2,67м

r = 2,26 м

H=r+Zc — Zg = 2,26+2,67 — 4,4 = 0,53

Данная метацентрическая высота соответствует требованиям регистра России, т.к. для судов:

L ? 44м h ? 0,15м

Проверим соответствие плавучести судна требованиям регистра путем сравнения средней осадки Тср. с осадкой Тг.м.

Тг.м.=3.77

Тср.=3.2

Тср.< Тг.м.

Плавучесть судна удовлетворяет требованиям Регистра.

Соответствие остойчивости судна требованиям Регистра определяем путем сравнения рассчитанной аппликаты центра тяжести Zg с ее критическим значением Zкр.

Если:

• Zкр.>Zg

То остойчивость будет соответствовать требованиям Регистра.

По кривой критических аппликат определяем (Приложение 1):

Zg=4,4

Zкр.=4.19

Zg<Zкр

Остойчивость судна не удовлетворяет требованиям Российского Морского Регистра Судоходства.

4. Оценка остойчивости судна по критерию погоды

Руководство по проведению расчетов по этим параметрам и необходимая справочная информация содержатся в «Правилах классификации и постройки морских судов» (ч. IV «Остойчивость»,) Регистра РФ.

Рис:

Z находим по таблице:

Mv=0,001*504*200*6=244,8тм

k=1

X ₁ =0.99

X ₂ =0.95

R = 0,73+0,6(Zg-d/d)=0,73+0,6(4,21-3,77/3,77)?0,3

Период качки:

T=2cB/vh = 2*0,37*9,3/v0,91=7,2

Где:

С=0,373+0,023*2,5/3,77-0,043*44/100=0,37

И=109*1*0,99*0,95v0,3*0,098=20,5°

Строим диаграмму статической остойчивости и по вычисленной амплитуде качки определяем плечо опрокидывающего момента:

?Ld =0,4м

Опрокидывающий момент:

Mc=V*?Ld=781*0,2=312,4

K=Mc/Mv=312,4:244,8=1,3 > 1

Условие выполняется.

Заключение

Проведенные нами расчеты показали, что в рассмотренных вариантах нагрузки и повреждения данное рыболовное судно неограниченного района плавания удовлетворяет требованиям к посадке, остойчивости и непотопляемости судов, регламентированным «Правилами классификации и постройки морских судов» (ч. IV «Остойчивость», ч. V «Деление на отсеки») Регистра РФ, включая требования к критерию погоды, ускорения и элементам диаграммы статической остойчивости.

дедвейт судно рыболовный

Использованная литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/ostoychivost-sudna-2/

Дорогостайский Д.В., Жученко М.М., Мальцев Н.Я. Теория и устройство судна. Учебник для ВУЗов. Л.: Судостроение, 1976.

Семенов-Тян-Шанский В.В. Статика и динамика корабля. Учебник для ВУЗов. Л.: Судпромгиз, 1960.

Байгуносов В.Б. «Судоводителям об остойчивости и плавучести судна», П-Камчатский, 2001г.

Правила классификации и постройки морских судов /Российский морской Регистр судоходства. С-Петербург, 2010г.

Приложение 1

Предельные значения аппликат центра тяжести.

Приложение 2

Приложение 3

Рис. 3. Диаграмма посадок СРТ-2: