Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Элементы плавучести, остойчивости и расчет ходкости навалочного судна»

Выполнил:

Ст-т гр. ДТУО-21

_______________Айдаров Д.

«____» ___________ 2013 г.

Руководитель:

доцент

______________ Саламех А. Х.

«____» ____________ 2013г

г. Астрахань 2013 г.



Содержание:

Введение

1. Краткая характеристика судна. История возникновения навалочного судна

2. Теоретический чертеж судна

3. Элементы плавучести (строевая по ватерлинии, кривая водоизмещения)

3.1 Строевая по ватерлиниям

3.2 Кривая водоизмещения

3.3 Грузовая марка и марки углубления

4. Диаграмма начальной остойчивости. Грузовая марка

5. Расчеты ходкости. Выбор двигателя

Литература



Введение

Каждое судно должно обладать комплексом эксплуатационных и мореходных качеств.

К эксплуатационным качествам принято относить грузоподъемность и грузовместимость; маневренность, скорость, дальность плавания и автономность; обитаемость судна. Одним из важнейших эксплуатационных качеств является прочность, которая, наряду с мореходными качествами, обеспечивает безопасность плавания судна.

Мореходные качества судна- плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, плавность качки и управляемость входят в компетенцию специальной науки -теории корабля.

Неполное удовлетворение требований, предъявляемых к судну каждым из перечисленных выше качеств, в лучшем случае существенно затруднит его эксплуатацию, а в худшем может послужить причиной его гибели. Интуитивно это было ясно судостроителям и мореходам всех времен и народов. Почти две тысячи лет назад известный римский мудрец Сенека сформулировал требования к кораблю, который «хорошим именуется, когда он устойчив и непоколебим, послушен рулю, ходок и ветру уступчив».

Основоположником теории корабля по праву считается один из величайших ученых древности Архимед. Открытый им в III в. до н. э. закон лежит в основе плавучести судна. Занимался Архимед и некоторыми вопросами остойчивости.

В практике судостроения закон Архимеда впервые применил английский инженер Энтони Дин- в 1666 г. он рассчитал осадку корабля «Руперт» и прорубил, к величайшему удивлению современников, пушечные порты в его бортах на стапеле, еще до спуска на воду.

Рождение теории корабля как науки о мореходных качествах судна обычно датируют серединой XVIII в., когда почти одновременно вышли труды члена Петербургской Академии наук Л. Эйлера и французского академика П. Бугера. В этих фундаментальных сочинениях излагалось учение о плавучести и остойчивости, развивались положения Ньютона о законах сопротивления среды движению тел, затрагивались некоторые вопросы мореходности судов. К середине следующего, XIX века, главные проблемы плавучести и остойчивости были решены, требования, предъявляемые к судам для обеспечения этих качеств, в основном сформулированы.

Цель данной работы заключатся в следующем: по заданному судну необходимо построить теоретический чертеж, рассчитать элементы плавучести, устойчивость, ходкость и выбрать подходящий для судна двигатель. Исходные данные для решения задачи: главные размерения и проекция корпуса.



1. Краткая характеристика судна

Судно имеет обыкновенную (эллиптическую) корму, бульбообразный нос (т.е. нос уменьшающий волнообразование, волновое сопротивление движению судна), седловатую палубу, борта прямые с развалом (что характерно для морских судов), днище прямолинейное плоскодонное с круговыми скулами.

История возникновения навалочного судна

Бамлкер (англ. bulker, агенс от bulk -- навальный груз), или навамлочник -- специализированное судно для перевозки грузов насыпью (навалом), таких как зерно, уголь, руда, цемент и др. Балкер является разновидностью сухогруза. Первый балкер был построен в 1852 году, экономические факторы способствовали развитию этого типа судов, все больше увеличиваясь в размерах и совершенствуясь.

В начале 2009 года в работе находилось 6864 балкеров в общем на 422 млн тонн дедвейта. Сегодня балкеры составляют 40 % мирового торгового флота и варьируются в размерах от минибалкеров-однотрюмников до рудовозов дедвейтом свыше 360 000 т. Различны они и по способу погрузки/выгрузки и хранению груза: одни зависят от береговых кранов и портовых сооружений, другие имеют собственные краны и системы погрузки/выгрузки, а некоторые даже способны упаковывать груз при погрузке. Больше, чем у половины балкеров греческие, японские или китайские судовладельцы и больше 25 % зарегистрированы в Панаме. Абсолютное большинство балкеров на сегодняшний день строится в Юго-Восточной Азии.

Определение

Термин балкер появился лишь в 1955 году. Большинство классификационных обществ классифицируют балкер как судно, перевозящее сухой неупакованный груз. Но это понятие не исключает такие суда, как многоцелевые, которые могут перевозить как груз насыпью, так и упакованный или негабаритный груз.

Существует множество сокращений, используемых для различных типов балкеров. «OBO» (сокращение от англ. ore -- руда, bulk -- насыпать и oil -- нефть) обозначает суда, способные перевозить как насыпной груз, так и наливной, иногда используют аббревиатуру O/O (ore, oil). По аналогии с супертанкерами используют аббревиатуры «VLOC», «VLBC», «ULOC», «ULBC» (сокращения от англ. very large -- очень большой, ultra large -- ультра большой, ore carrier -- рудовоз, bulk carrier -- балкер).

Развитие балкерного флота

История балкерного флота началась в 1852 году, когда британский пароход SS John Bowes сделал свой первый рейс, перевозя уголь. Благодаря стальному корпусу, паровому двигателю и совершенно новой балластной системе (до этого суда использовали в качестве балласта мешки с песком) первый балкер успешно конкурировал на британском рынке перевозки угля. Первый самовыгружающийся балкер Hennepin был построен в 1902 году и стал первым так называемым лэйкером (англ. lake -- озеро). Первый дизельный балкер спустили на воду в 1911 году.

До Второй мировой войны балкеры перевозили небольшое количество груза -- в среднем 25 млн тонн в год, причем большая часть этих грузов была рудой и в основном суда эксплуатировались в прибрежном плавании.

После Второй мировой войны балкерный флот вышел на новый уровень развития. Существенно возросшие в 1960-х годах потребности индустриальных стран в сырье побудили судовладельцев интенсивно наращивать свой балкерный флот и увеличивать размеры судов. Стремление к большим размерам привело к появлению в 1969 году 160 245-тонного балкера «Universe Aztec» (ныне «Locust»), предназначенного для перевозки промышленных солей из Мексики в Японию. В 1973 году был построен нефтерудовоз «Svealand» (затем «World Gala» и «Neckar Ore») дедвейтом 282 462 т. судно двигатель ватерлиния

В 1986 году на верфях Hyundai Heavy Industries был построен самый большой по сей день балкер-рудовоз -- «Berge Stahl» дедвейтом 364 767 т, длиной 343 м, шириной 65 м, осадкой 23 м. Дизель Hyundai B&W 7L90MCE развивает мощность 27 610 л. с., работая на один винт диаметром 9 м. Судно может обрабатываться в полном грузу лишь в двух портах в мире -- в Понта да Мадейра (Terminal Marнtimo de Ponta da Madeira) в Бразилии и в Европорту вблизи Роттердама. В эти порты его заводят или выводят только с наступлением прилива. Berge Stahl ходит между этими портами, совершая 10 рейсов в год, с грузом железной руды. Круговой рейс занимает порядка 5 недель.

Перевозки морем больших объёмов навалочных грузов имеют тенденцию устойчивого роста. С 1965 по 1980 год ежегодный прирост морских перевозок этих грузов составлял в среднем 9,5 %. Темпы роста за период с 1980 по 1990 год были более умеренными и составляли 2,6 % ежегодно. С 1990 по 2000 год -- 2,3 % в год.

Одним из крупнейших по объёму транспортировки видов грузов является железная руда. Добыча железной руды тесно связана с производством стали. Мировое производство стали, резко возросшее в конце 1980-х годов, вызвало рекордное увеличение объёмов морских перевозок железной руды, достигших в 1989 году 362 млн т. В начале 1990-х годов последовало некоторое снижение перевозок руды, а затем дальнейший рост.

Морские перевозки второго из крупнейших по объёму навалочных грузов -- угля -- значительно увеличились со времени нефтяного кризиса 1970-х годов. Более всего это касается энергетического угля, который является более дешевым источником энергии по сравнению с другими энергоносителями, например нефтью.

Современное состояние балкерного рынка

В настоящее время загрузка балкерного флота составляет примерно 92--94 %. Состояние балкерного рынка определяется во многом ростом экономики Китая. Доля Китая в общем объёме импорта сухих грузов за последние 10 лет существенно выросла. Если в 2000 году страна ввезла 150 млн т грузов, то в 2009 году этот показатель составил уже 900 млн т -- 40 % от совокупного объёма импорта сухих грузов в глобальном масштабе. Для сравнения, доля Японии составляет около 18 %, Евросоюза -- 16,5 %, США -- 2,5 %.

Существенно на динамику строительства новых балкеров повлиял кризис 2008--2010 годов. В 2009 году балкерный флот пополнился новыми судами суммарным дедвейтом 42 млн т. Это соответствует всего 62 % объявленных и запланированных к сдаче в 2008 году заказов.

Положительно на балкерном рынке сказываются заторы в крупных портах; таким образом повышается загрузка флота. С заторами сталкиваются порядка 5 % балкерного флота, в первую очередь, это актуально для судов capesize.

Прогнозируется, что спрос на балкерные перевозки будет увеличиваться, что связано с ростом импорта железной руды и угля в Китай, угля в Индию, а также с улучшением экономической ситуации в мире в целом.

Классификация

По размеру

Мировое распределение балкерного флота в 2005 году по тоннажу. 1 -- handymax (37 %);

2 -- handysize (34 %);

3 -- capesize (10 %);

4 -- panamax (19 %)

При классификации судов учитываются особенности района плавания: глубины в проливах, каналах и в прибрежных зонах, габариты шлюзов и их пропускную способность, условия навигации на внутренних водных путях. Навигационная обстановка на морских магистралях является основным фактором, из-за которого на габариты судов налагаются строгие ограничения.

В последние годы под влиянием развития мировой торговли и в связи со стремлениями повышать экономическую эффективность морских перевозок, происходят структурные изменения в составе мирового флота в сторону увеличения количества судов большей грузоподъемности и большего размера. В связи с чем, для улучшения навигационной обстановки и для сокращения путей транспортирования на основных магистральных направлениях морских перевозок осуществляется реконструкция. Таким образом, параметры судов в группах с названиями «max» и «size» периодически меняются, то есть по времени эти группы не являются постоянными.

Балкеры делятся на 6 больших групп:

мини-балкеры;

seawaymax;

handysize;

handymax;

panamax;

capesize.

Мини-балкеры с дедвейтом до 10000 тонн предназначены в основном для каботажного плавания и по внутренним путям. Экипаж таких судов обычно не превышает 14 человек.

Определение Seawaymax относится к судам, максимальные размеры которых позволяют проходить водным путем Св. Лаврентия (название системы каналов и шлюзов от Монреаля до озера Эри, включая канал Уэлленда и водный путь по Великим озёрам) из Атлантического океана в Великие озера в Северной Америке. Максимальные размеры судов соответственно меньше: длина -- 225,6 м (740 футов), ширина -- 23,8 м (78 футов), осадка -- 7,9 м (26 футов). Кроме ограничений на шлюзах, имеются отдельные участки на каналах с лимитирующими осадками 12,5 м, 10,7 м, 11,3 м и 8,2 м.

Handysize (от англ. handy -- удобный, size -- размер) составляют 37 % всего балкерного флота по тоннажу. К Handysize относят балкеры дедвейтом от 15000 до 50000. тонн. Это группа судов с наиболее распространенными размерами, их насчитывается свыше 2000 ед., суммарная грузоподъемность равна 43 млн т. Балкеры с размерами большими, чем у типа «хендисайз», относятся к типу «хендимакс».

Название Handymax (от англ. handy -- удобный, max -- максимальный) или «супрамакс» применяется к балкерам с дедвейтом 35--60 тыс. т. Суда «хендимакс» обычно имеют длину 150--200 м (492--656 футов). Хотя в некоторых странах, например, в Японии, суда, относящиеся к этому типу, имеют длину не более 190 м. Современные «хендимаксы» имеют дедвейт 52--58 тыс. т, 5 грузовых трюмов. Главной особенностью этого типа балкеров являются собственные краны (обычно 4-5) грузоподъемностью в среднем 30 тонн, что позволяет им осуществлять грузовые работы дешевле и в портах, где не предусмотрены грузовые средства для погрузки/разгрузки балкеров.

Panamax балкеры названы так из-за ограничения в размерах судов, проходящих через Панамский канал: ширина до 32,31 м, длина наибольшая до 294,13 м, осадка до 12,04 м в пресной тропической воде, высота наибольшая -- 57,91 м. Обычно грузовое судно типа «панамакс» имеет водоизмещение примерно 65 тыс. т. Появление большого числа «панамаксов» с предельными размерами создает определенные проблемы каналу. Эти суда требуют высокой точности установки в шлюзе и, следовательно, больших затрат времени. Кроме того, их проводка осуществляется только в дневное время. Реконструкция Панамского канала, стоимостью в 5,3 млрд USD, должна быть закончена к 2014 году. Новые шлюзы будут иметь размеры: длина -- 427 м (1400 футов), ширина -- 55 м (180 футов), допустимая осадка судов -- 18,3 м (60 футов). Суда-контейнеровозы с такими параметрами уже сегодня получили названия «Panamax II».

Capesize (от англ. cape -- мыс, size -- размер) -- суда, которые из-за своих больших размеров не могут проходить через Суэцкий или Панамский каналы и огибают мыс Горн Южной Америки или мыс Доброй Надежды на юге Африки. Обычно они имеют дедвейт свыше 150 тыс. т. Есть рудовозы дедвейтом 400 тыс. т. Такие суда узкоспециализированы: 93 % перевозимого ими груза составляют уголь и руда. Иногда выделяют в отдельную группу суда типа VLOC, VLBC, ULOC, ULBC. Рост экономики Китая, с его большим спросом на сырье, скопление судов в Суэце и Панамском канале, привели к увеличению спроса на суда типа «кейпсайз».

Классификация по виду перевозимых грузов

Навалочных грузов существует множество, большинство из этих грузов перевозят универсальные балкеры. Но есть отдельные грузы, которые выгоднее перевозить узкоспециализированными судами. По виду перевозимых грузов навалочники делятся на:

· универсальные -- способны перевозить любой навалочный груз, эти балкеры составляют более 80 % балкерного флота;

· нефтерудовозы, или ОВО -- морские или речные грузовые суда, предназначенные для перевозки как наливных, так и насыпных грузов. Большую популярность этот тип судов имел в 1970-е годы. Основная идея создания таких судов -- сокращение издержек за счет избежания балластных переходов. Однако уже в 1980-х годах бум строительства таких судов пошёл на спад. Суда этого класса были очень востребованы в СССР, сейчас большая их часть эксплуатируется компанией «Волготанкер»;

· рудовозы по конструктивным особенностям ничем не отличаются от обычных балкеров, но их отличают размеры, большинство судов типа VLBC, VLOC, ULBC и ULOC являются рудовозами;

· цементовозы предназначены специально для перевозки цемента (в основном портланд-цемента), эти суда отличаются особенностями конструкции, большинство имеют систему самовыгрузки (пневматической, механической или комбинированной);

· зерновозы часто также выделяют в отдельную группу, так как некоторые судовладельцы используют определенные суда только под транспортировку зерна. Причин этому много: повышенная стоимость фрахта при перевозки зерна, отсутствие иного груза позволяет избежать частой замывки трюмов, особенности перевозки зерновых и др.

По конструктивным особенностям

Балкеры различны не только в размерах, но и по конструктивным решениям, на которые влияют способ выгрузки/погрузки, виды перевозимых грузов, район плавания и др.

Балкеры, оборудованные грузовыми устройствами обычно представлены handysize и handymax типами, однако есть и небольшое количество panamax-судов. На борту таких судов есть краны, стрелы или конвейерные ленты, которые обеспечивают выгрузку/погрузку судна без помощи береговых грузовых устройств. Эти устройства придают балкерам такого типа большую гибкость, позволяя выбирать для грузовых работ практически любой порт, а иногда и на рейде порта. В качестве крановщиков могут выступать как члены команды, так и стивидоры.

Балкеры, не оборудованные грузовыми устройствами зависят от берегового оборудования при погрузки и выгрузки. Эти суда различных размеров, отсутствие специальных грузовых устройств позволяет избежать излишних затрат на посторйку и обслуживание. Часто такие балкеры стоят на линии и имеют одни и те же порты выгрузки и погрузки, оборудованные собственными грузовыми средствами.

Нефтерудовозы, разработанные для перевозки и навалочного и наливного грузов совмещают в себе конструктивные особенности как танкера, так и сухогруза.

Самовыгружающиеся суда используют для выгрузки конвейерную ленту и так называемый бум -- стрела, рукав которой выходит на берег, по транспортной конвейерной ленте груз выгружается на берег. К этому же типу относятся и суда с пневматической выгрузкой. Несмотря на экономические преимущества использования таких судов, есть и ряд недостатков -- главный из которых частые поломки систем выгрузки.

Лэйкеры или «озёрники» эксплуатируются на Великих Озёрах, часто надстройка у таких судов перемещена в нос для более удобного прохождения шлюзов и речных путей. Размеры лэйкеров различны, но большинство из них отностится к «сивэймаксам», среди «озёрных грузовиков» часто встречаются самовыгружающиеся суда. Благодаря условиям эксплуатации в пресной воде срок службы озёрников намного больше морских судов. Самому старому судну, которое продолжает работать, больше ста лет, год его постройки -- 1906

BIBO (сокращение от англ. Bulk In, Bags Out -- насыпь внутрь, мешки наружу) балкеры оборудованы установкой упаковки в мешки груза при выгрузке. За один час такие балкеры могут выгрузить 300 тонн уже упакованного сахара.



2. Теоретический чертеж судна

Полное преставление о форме корпуса судна, необходимое для определения его мореходных качеств и постройки корпуса, дает теоретический чертеж, выполненный графическим методом на три взаимно перпендикулярные плоскости (бок, широта и корпус). Исходя из заданной проекции корпуса, нам необходимо вычертить проекцию бока и полушироты судна. Линии сечения поверхности корпуса вспомогательными вертикальными плоскостями, параллельными диаметральной плоскости, называются батоксами. На проекции «бок» батоксы спроектируются в своем истинном виде, а на полушироте- в виде прямых линий. Линии, полученные от пересечения поверхности корпуса горизонтальными плоскостями, параллельными основной плоскости, называются ватерлиниями. На проекции полушироты ватерлинии спроектируются в своем истинном виде, а на проекции бок- прямыми линиями. Совокупность проекции сечения корпуса, имеющих вид прямых линий, образует так называемую сетку теоретического чертежа. При построении этой сетки конструктивная ватерлиния делится на 20 равных частей и через деления проводятся теоретические шпангоуты. Нумерация шпангоутов производится с носа в корму. За нулевой шпангоут принимается носовой перпендикуляр, а кормовой перпендикуляр обозначается 20-м шпангоутом.

Построим в масштабе М=1:430 на оси Х длину, равную 400 мм, и сюда же нанесем шпангоуты. (На верхнем рисунке чертим бок, на нижнем- полушироту). Данные шпангоуты будут являться первыми координатами точек, с помощью которых будет построены батексы. Вторыми координатами для проекции бока будут точки пересечения шпангоутов с батексами (расстояние по оси Z на проекции корпуса по основной плоскости до пересечения шпангоута с заданным батексом). А для проекции полушироты- расстояние по оси У от ДП до точки пересечения шпангоутов с заданной ватерлинией.

3. Элементы плавучести

Плавучестью судна называется его способность держаться на воде по определенную осадку, неся предназначенные грузы в соответствии с назначением судна.

3.1 Строевая по ватерлиниям

Кривую, выражающую зависимость площади ВЛ от осадки судна, называют строевой по ватерлиниям. Она характеризует распределение объема подводной части корпуса по высоте судна. Для ее построения по теоретическому чертежу подсчитывают площади всех ватерлиний.

Расчет производится по формуле:

(1),

где Z - осадка расчет. ВЛ

T - осадка по КВЛ

S - площадь конструктивной ватерлинии

· Рассчитаем площадь

·

,

где L_квл - длина по конструктивной ватерлинии

B- ширина судна

· Для того, чтобы подсчитать n, необходимо вычислить коэффициент вертикальной полноты x.

,

где .

.

Отсюда:

.

· Переходим к непосредственному расчету площадей ВЛ (формула (1):

- находится графически по чертежу

Площади в масштабе откладывают по соответствующим горизонталям, расположенным по осадкам судна, в соответствии с положением данной ватерлинии. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая и является строевой по ВЛ.

3.2 Кривая водоизмещения

Объемным водоизмещением называется объем погруженной части корпуса, выраженный в кубических метрах. Исходные данные для построения кривой водоизмещения является строевая по ВЛ, где в зависимости от осадки рассчитывается объемное водоизмещение судна. Для каждой осадки объем определяется площадью, ограниченной строевой по ВЛ до заданной осадки.

1. Рассчитываем объемное водоизмещение:

Водоизмещение в масштабе откладывают по соответствующим горизонталям, расположенным по осадкам судна. Полученные точки соединяют линией, которая и является кривой водоизмещения.

3.3 Грузовая марка и марки углубления

Во избежание недопустимой перегрузки судна с конца XIX - начала XX вв. на грузовых судах наносят знак грузовой марки, определяющий в зависимости от размеров и конструкции судна, района его плавания и времени года минимальную допустимую величину надводного борта.

Грузовую марку наносят в соответствии с требованиями Международной конвенции о грузовой марке 1966 года. Грузовая марка состоит из трех элементов: палубной линии, диска Плимсоля и гребенки осадок.

Знак грузовой марки наносят на правом и левом бортах в средней части судна. Горизонтальная полоса, нанесенная посредине изображенного на грузовой марке диска (диск Плимсоля), соответствует летней грузовой ватерлинии, т.е. ватерлинии при плавании судна летом в океане при плотности воды 1,025 т/м . Обозначение организации, назначившей грузовую марку, наносится над горизонтальной линией, проходящей через центр диска. Положения о грузовой марке применяются к каждому судну, которому назначен минимальный надводный борт.

Надводный борт - расстояние, измеренное по вертикали у борта на середине длины судна от верхней кромки палубной линии до верхней кромки соответствующей грузовой марки.

Палуба надводного борта - это самая верхняя непрерывная, не защищенная от воздействия моря и погоды палуба, которая имеет постоянные средства закрытия всех отверстий на ее открытых частях и ниже которой все отверстия в бортах судна снабжены постоянными средствами для водонепроницаемого закрытия.

Назначенный судну надводный борт фиксируется путем нанесения на каждом борту судна отметки палубной линии, знака грузовой марки и марок углубления, отмечающих наибольшие осадки, до которых судно может быть максимально нагружено при различных условиях плавания.
Грузовая марка, соответствующая сезону, не должна быть погружена в воду на протяжении всего периода от момента выхода из порта до прихода в следующий порт. Судам, на борта которых нанесены грузовые марки, выдается Международное свидетельство о грузовой марке на срок не более чем на 5 лет.

В нос от диска наносят “гребенку” - вертикальную линию с отходящими от нее грузовыми марками - горизонтальными линиями, до которых может погружаться судно при различных условиях плавания:

* летняя грузовая марка - Л (Summer);

* зимняя грузовая марка - З (Winter);

* зимняя грузовая марка для Северной Атлантики - ЗСА (Winter North Atlantic);

* тропическая грузовая марка - T (Tropic);

* грузовая марка для пресной воды - П (Fresh);

* тропическая марка для пресной воды - ТП (Tropic Fresh).

Суда, приспособленные для перевозки леса, снабжают дополнительно специальной лесной грузовой маркой, располагаемой в корму от диска. Эта марка допускает некоторое увеличение осадки в том случае, когда судно перевозит лесной груз на открытой палубе.

Марки углубления предназначены для определения осадки судна. Деления наносятся на наружной обшивке обоих бортов судна в районе форштевня, ахтерштевня и на мидель-шпангоуте. Марки углубления отмечаются арабскими цифрами высотой 10 см (расстояние между основаниями цифр 20 см) и определяют расстояние от действующей ватерлинии до нижней кромки горизонтального киля.



4. Диаграмма начальной остойчивости

Остойчивостью называется способность судна противостоять, силам, вызвавшим его наклонение, и после прекращения действия этих сил возвращаться в первоначальное положение.

Наклонения судна возможны по разным причинам: от действия набегающих волн, из-за несимметричного затопления отсеков при пробоине, от перемещения грузов, давления ветра, из-за приема или расходования грузов и пр.

Наклонение судна в поперечной плоскости называют креном, а в продольной плоскости -- дифферентом.

Различают начальную остойчивость , т. е. остойчивость при малых углах крена, при которых кромка верхней палубы начинает входить в воду (но не более 15° для высокобортных надводных судов), и остойчивость при больших наклонениях . В нашей работе будем рассматривать первый случай.

Метацентром называется точка пересечения линия действия сил плавучести до и после наклонения. Расстояние между метацентром и центром величины С называется метацентрическим радиусом , обозначаемым r, а расстояние между центром кривизны траектории перемещения, обозначаемое точкой m, и центром тяжести судна G -- метацентрической высотой h .

Рис. Силы, действующие при крене судна.

Т.к. силы находятся на параллельных осях, образуется момент восстанавливающий.

Восстанавливающий момент - момент, образуемый парой сил (тяжести и поддержания), равных по величине и противоположных по направлению, при равнообъемном наклонении судна в поперечной либо продольной плоскости. Восстанавливающий момент противоположен по направлению соответственно кренящему и дифферентующему моментам и равен им по абсолютной величине при равновесии судна. Он будет равен Мв = G·l. Подставляя значения плеча, получим выражение: Мв = G·h·sinи.

Вопросам остойчивости судна придается исключительно важное значение, и поэтому обычно, кроме всех теоретических вычислений, после постройки судна проверяют истинное положение его центра тяжести путем опытного кренования, т. е. поперечного наклонения судна путем перемещения груза определенного веса, называемого кренбалластом.

· Для того, чтобы построить диаграмму начальной остойчивости, нам необходимо рассчитать восстанавливающий момент для каждого угла крена.

1. Сначала найдем центр тяжести G, используя расчетное водоизмещение V:

G = * V = 10,05*16623 = 167061

2. Подсчитаем высоту h:

,

где ,

r = =,

Z_j= H * k =14,15*0,6=8,49.

3. Переходим к расчету момента в. (значения угла крена принимаем :

=167061 * 1,19 * sin2 = 198803*0,034=6759

=167061 * 1,19 * sin4 =198803*0,069=13717

= 167061 * 1,19 * sin6 =198803*0,104=20675

= 167061 * 1,19 * sin8 =198803*0,139=27633

= 167061 * 1,19 * sin10 =198803*0,173=34392

= 167061 * 1,19 * sin12 =198803*0,2=39760

Расчетный момент в масштабе откладывают по соответствующим вертикалям, расположенным по углам крена судна. Полученные точки соединяют линией, являющейся диаграммой начальной остойчивости.

Расчет статики судна можно считать выполненным, т.к. известны (5,68; 8,49 соответственно). А .



5. Ходкость судна

Ходкость судна - способность судна развивать заданную скорость в определенных путевых условиях при затрате минимальной мощности главной энергетической установки. Ходкость при проектировании оценивают расчетами и путем модельных испытаний, после постройки судна элементы ходкости определяют в процессе его ходовых испытаний.

Судно испытывает сопротивление не только со стороны воды, но и со стороны воздуха; последнее сопротивление иногда называют аэродинамическим.

Сопротивление воздуха по сравнению с сопротивлением воды очень мало и имеет значение лишь при очень большой скорости хода или очень сильном ветре, поэтому мы не будем его учитывать.

Сопротивлением воды называют силу, действующую на судно со стороны воды в сторону, противоположную направлению движения судна; эта сила при движении судна горизонтальна. Сопротивление измеряют в килограммах и обозначают буквой R.

При проектировании судов, предназначенных для промышленной постройки, для определения кривой сопротивления не только делают расчеты, но и в специальных лабораториях -- опытовых бассейнах -- испытывают модели судна.

Прежде чем перейти к описанию способов расчета скорости, мощности и сопротивления судна, припомним и уточним некоторые понятия.

Мощностью в механике называют работу, производимую за одну секунду; мощность измеряется в килограммометрах в секунду (кгм/сек) и обозначается латинской буквой N. Мощность, которая должна затрачиваться непосредственно на движение судна, носит название буксировочной или эффективной. Она может быть вычислена путем умножения величины сопротивления на скорость хода. Эффективную мощность будем обозначать через .

Эффективная мощность гораздо меньше мощности на валу. Это объясняется не только тем, что по пути от выходного вала к гребному винту мощность поглощается трением в редукторе и в валопроводе--эти потери невелики; значительно большие потери происходят в самом винте: большую часть передаваемой ему мощности винт из-за своего несовершенства напрасно затрачивает на закручивание отбрасываемой им струи воды.

Вода оказывает судну сопротивление ввиду того, что она обладает вязкостью и весом. Поэтому для расчетов сопротивления его удобно делить на две части: одну связанную с вязкостью и называемую сопротивлением трения, и другую, связанную с весомостью и называемую сопротивлением давления, или, иначе, остаточным сопротивлением. Каждый из этих видов сопротивления может быть разделен на свои составные части.

Механизм сопротивления трения заключается в том что в силу вязкости вода "прилипает" к наружной обшивке по бортам и днищу и ее очень тонкий слой неотступно движется с судном; слой воды, ближайший к первому, движется в том же направлении, но ввиду того, что сила сцепления между частицами воды меньше, чем между водой и обшивкой, второй слой несколько отстает от первого слоя; ввиду вязкости между слоями образуется сила трения, которая, передаваясь корпусу, стремится задержать судно. Третий слой воды, примыкающий ко второму, отстает от него, что также создает между этими слоями трение, передаваемое корпусу, и т. д. Этот процесс "отставания" слоев воды друг от друга распространяется в стороны и вниз от судна и лишь на некотором расстоянии от него слои воды остаются неподвижными. Сумма сил трения между слоями воды, передающихся судну и стремящихся его задержать, и составляет величину сопротивления трения.

Если поверхность наружной обшивки судна шероховатая, то ее бугорки, выступая за первый слой, вызывают завихрения в ближайших слоях воды, что увеличивает расход мощности на преодоление сопротивления трения .

Сопротивление давления возникает главным образом из-за того, что при движении судна на поверхности воды появляются волны, которые создают вблизи корпуса различные вдоль судна давления; эти давления, как правило, в кормовой части судна меньше, чем в носовой, но больше, чем в средней, ввиду этого результирующая сил давления направлена от носа к корме. По своей величине основная часть сопротивления давлений равна силе, которая затрачивается судном на волнообразование, она носит название волнового сопротивления .

Другая, значительно меньшая часть сопротивления давления порождается тем, что в кормовой части давление больше, чем в средней, вследствие этого частицы воды, идущие от носа к корме, не доходя до кормы, встречают частицы, которые из области более высоких давлений в корме возвращаются к средней части судна. В местах встречи частиц происходит вихреобразование и отрыв вихрей от судна, на что, естественно, затрачивается энергия. Эту часть сопротивления давлений называют сопротивлением формы, или вихревым сопротивлением. Для наших целей вихревое сопротивление можно включить в величину волнового сопротивления.

Общее сопротивление находим по формуле:

Судно должно двигаться со скоростью V, подходящей по мощности и частоте вращения гребного винта. В расчете ходкости нам необходимо рассчитать эффективную мощность, которая находится по формуле

Основные формулы для расчета:

· Число Фруда (сила веса)- показывает скорость судна (тиходное/быстроходное):

,

где - скорость судна,

g- ускорение свободного падения,

L- длина судна.

· Число Рейнольдса (диапазон скоростей)

,

где - кинематическая вязкость воды (1,57 .

· Гидродинамическая сила

где - коэффициент сопротивления

- плотность

- площадь подводной части корпуса судна

;

· Коэффициент остаточного сопротивления (находим по выбранному по условию графику)

Результаты расчетов представлены в таблице:

V, м/с	7	8	9	10	11
	786·	898	1010	1123	1235
	0,0016	0,0015	0,0014	0,0013	0,0012
	236	289	341	391	437
Fr	0,16	0,19	0,21	0,24	0,26
	0,8	0,9	1,3	1,5	1,7
	1	1	1	1	1
	1	1	1	1	1
	1	1	1	1	1
	118	173,4	317	451,6	619,3
R	354	462,4	658	842,6	1056,3
	2478	3699,2	5922	8426	11619,3

В завершении расчета, подсчитаем эффективную мощность для выбранной скорости- 8

5.1 Выбор двигателя

Одна из основных задач проектирования - правильный выбор типа главного двигателя. Исходным данным для этого служит тип и назначение судна, районы плавания, режимы работы установок, условия размещения двигателей, требования к массогабаритным показателям установки, а также требования регистра

Мы ознакомились с модельным рядом судовых двигателей, получили общее представление об установках и системах, обеспечивающих работу дизельного двигателя.

Из подходящих по мощности двигателей, выбрали 4 шт.

Тип	Мощность кВт	Кол-во цилиндров	Целенрическая мощность	Кол-во оборотв в мин.
RTA	17760	6	2960	87
KSZ	17400	6	2900	95
KSZ	17640	6	2940	106
RTA	17500	7	2500	74

Самым эффективным двигателем оказался KSZ 17400 кВт



Заключение

В данной курсовой работе мы получили навыки в расчете и анализе эксплуатационных качеств судна- плавучесть, остойчивость, ходкость. Изучили подробно заданное (навалочное) судно. Усвоили способ нахождения данных для построения строевой по ВЛ, кривой водоизмещения, диаграммы начальной остойчивости и ходкости. По полученным расчетам научились составлять соответствующие чертежи.

В ходе проведенных расчетов в курсовом проекте были получены следующие результаты: площадь ватерлинии равна 3578м2, водоизмещение - 16623м3, восстанавливающий момент- 9862кН*м, метацентрическая высота (h)- 1,19м, метацентрический радиус (r)- 4м, , скорость-8 м/с, эффективная мощность равна 17087кВт,



Литература

1. Любимов В.И., Иванов Е.А., Цибин П.С. Теория устройства судна. Горький 1990.-70с

2. Справочник по теории корабля в 3-х томах т.3./ под ред. Войткунского Я.И. Л.: Судостроение-1985, 539с

Размещено на Allbest.ru

...