Тема: Влияние подвешенных грузов на остойчивость судна

Цель работы: Целью работы является отработка путём экспериментов с моделью вопросов, связанных с изменением поперечной метацентрической высоты судна при подвешивании грузов на тех или других судовых устройствах.

Вопросы:

Как определяется метацентрическая высоты судна?

Операции, связанные с подъёмом грузов грузовыми устройствами, подъёмом кутков трапа и т.п., приводят к появлению на судне так называемых подвешенных грузов

При любом угле наклонения судна линия действия силы веса подвешенного груза пройдёт через точку подвеса, если судовые конструкции не препятствуют свободному перемещению груза. Следовательно, подвешивание равносильно переносу груза в точку подвеса. Как известно, приращение метацентрической высоты при вертикальном перемещении груза определяется формулой:

(11.1)

где и М- масса подвешенного груза и водоизмещение судна соответственно; 1- расстояние по вертикали между ЦТ груза до подвешивании и точкой подвеса.

Из формулы (11.1) следует, что значение поправки не зависит от того, где находится груз после отрыва от палубы и сам процесс подъёма и опускания груза не влияет на остойчивость судна.

Метацентрическая высоты судна hi после подвешивания груза будет равна:

Если подвешенный груз принимается, то в формуле для приращения метацентрической высоты при приеме груза необходимо учесть поправку на влияние подвешенного груза:

(11.2)

Расчеты показывают, что подъем груза судовыми стрелами большой опасности не представляет. Значительно более опасным, особенно для судов небольшого водоизмещения, является прием груза стрелами, выведенными за борт. В условиях пониженной остойчивости судно получает значительный крен, который может привести к смещению рыбы и иных грузов в сторону крена, что еще больше ухудшит положение.

Если подвешенный груз принимается тем или иным устройством с причала или ял воды, показатели остойчивости судна вычисляют в предположении, что груз принят в точку, координаты которой совпадают с точкой подвеса грузового блока.

Практическая работа №12

Тема: Влияние жидкого груза со свободной поверхностью на остойчивость судна

Цель работы: Определить влияние свободной поверхности и продольных разделительных переборок на остойчивость судна.

Вопросы:

Как определяется величина ?

Как размещаются жидкие грузы на судне?

1. К жидким грузам относится топливо, питьевая вода, смазочные масла, а также забортная вода, принятая на судно в качестве балласта. Если цистерны заполнены полностью, т.е. не имеют свободной поверхности, жидкий груз при крене не переливается и оказывает на остойчивость судна такое же влияние как твердый груз. При наличии свободной поверхности жидкий груз будет перетекать в сторону наклонения судна, увеличивая угол крена.

Поскольку жидкие грузы обычно размещаются на судне в сравнительно не6ольих отсеках, то поправка д/hГ определяется по методу приёма малого груза:

(12.1)

Поправка, вызванная влиянием свободной поверхности жидкого груза, может быть рассчитана по формуле:

(12.2)

где - плотность жидкого груза, кг/м3; - момент инерции площади свободной поверхности относительно оси, параллельной ОХ и проходящей через центр тяжести свободной поверхности, м3.

Величина может быть найдена по формуле:

где l, b - длина и ширина отсека соответственно, м.

Коэффициент k, зависящий от формы площади свободной поверхности, может быть определён с помощью специальных графиков.

В плане для прямоугольного отсека значение k=l/12. Если в цистерне установлено n переборок, разделяющих её на n+j равных цистерн, то момент инерции свободной поверхности каждой из них определяется по формуле:

(12.3)

(12.4)

Поправка на свободную поверхность в этом случае будет:

(12.5)

Отношение поправок к метацентрическим высотам до и после установки водонепроницаемых переборок равно:

(12.6)

Из выражения (12.5) видно, что при установке п разделительных переборок отрицательное влияние свободной поверхности жидкости уменьшается в раза.

Практическая работа №13

Тема: Подбор якорного устройства.

Цель работы: Ознакомление студентов с методом подбора якорей.

Вопросы:

Что такое якорное устройство?

Меры безопасности при работе с якорным устройством?

Якорным устройством называется совокупность технических средств, предназначенных для удержания корабля на месте при стоянке его на рейде, в гавани, а если позволяет глубина, и в открытом море.

Якорное устройство надводного корабля включает следующие технические средства. Два становых якоря, две якорные цепи, которые хранятся в цепном ящике; коренной конец якорной цепи отдается с помощью машинки отдачи ручным приводом. Отдача и подъем якорей осуществляются шпилем. Якоря крепятся в клюзах по-походному стопором якоря. Якорные клюзы на ходу корабля закрываются специальными крышками. При стоянке на якоре якорная цепь крепится переносным стопором; для стопорения якорной цепи на время работы с нею установлены палубные стопоры. Якорные цепи в цепной ящик направляются по трубам, имеющим в верхней части палубные клюзы.

Якорное устройство подводной лодки включает следующие технические средства. Якорь, который может быть отдан как с верхней палубы, так и из первого отсека с помощью специальных приводов. Якорная цепь находится в цепном ящике; коренной конец якорной цепи отдается с помощью машинки отдачи ручным приводом, расположенным на концевой переборке прочного корпуса. Для работы с якорем включается электродвигатель, который находится внутри прочного корпуса подводной лодки; вращение электродвигателя через привод передается на брашпиль, управление которым осуществляется специальным приводом. После отдачи якоря якорная цепь стопорится стопором. Во время работы швартовного шпиля брашпиль отключается специальной муфтой.

Меры безопасности при работе с якорным устройством. Обслуживать якорное устройство может только личный состав, имеющий допуск к самостоятельному обслуживанию якорного устройства.

Перед работой необходимо убедиться, что скобы, штыри и глаголь-гаки правильно установлены, а откидные скобы и гаки легко отдаются; проверить стопорение якорной цепи палубным стопором, правильность закрепления коренного конца якорной цепи; счетчики показаний длины вытравленной якорной цепи установить в нулевое положение. Правильность работы шпиля проверяется на холостом ходу.

При отдаче якоря вести наблюдение за ходом якорной цепи и отсутствием биения по желобу палубного стопора. При выборке якоря проверять правильность самоукладки якорной цепи в цепном ящике.

Соединять цепной барабан надлежит только после предварительной проверки шпиля работой вхолостую, а разобщать - убедившись в закреплении ленточным стопором. Отдача и подъем якоря, подбор и стравливание якорной цепи должны осуществляться только по командам с ГКП. Если якорь отдается с буйком, то буйреп должен быть сначала разнесен шлагами за леерами или вытравлен за борт, а сам буй должен находиться на кипе или ватервейсе.

Перед отдачей якоря необходимо убедиться, что за бортом под якорем нет плавсредств, в цепном ящике нет людей и нет завалов якорной цепи. При отдаче якоря никому не разрешается стоять впереди или позади шпиля на линии движения якорной цепи. На глубинах до 50 м якорь отдается отжимом ленточного стопора. На глубинах более 50 м якорь при отдаче нужно стравливать шпилем и отдавать с ленточного стопора, когда до грунта останется не более 30 м.

Запрещается оставлять якоря закрепленными только ленточными стопорами и работать шпилем во время забортных работ по очистке якоря. Якорная цепь должна быть взята на стопоры, а работа шпиля прекращена при направлении людей в цепной ящик для разборки или очистки якорной цепи при отдаче якоря.

Запрещается стоять на якорной цепи при укладке ее в цепной ящик и втягивать якорь в клюз, не удалив предварительно людей из цепного ящика.

Все работы с якорной цепью как в цепном ящике, так и на палубе должны производиться с помощью специальных крючьев (абгалдырей). При заводке на причал якорную цепь не следует заводить за палы и битенги небольшого диаметра.

При стоянке корабля в доке запрещается производить любые работы с якорным устройством без согласования с администрацией дока. Перед началом работ с якорным устройством необходимо убедиться в отсутствии людей в доке под якорями.

В случае отрыва якоря от грунта ходом корабля необходимо убедиться в отсутствии людей в цепном ящике и вблизи якорной цепи на палубе.

При длительных стоянках на якоре, особенно при волнении, когда якорная цепь испытывает большие напряжения, рекомендуется ее периодически потравливать, чтобы одни и те же звенья не находились на изломах в якорных клюзах.

Практическая работа №14

Тема: Швартовные устройства.

Цель работы: Ознакомление студентов с общим видом и предназначением швартовного устройства.

Вопросы:

Швартовное устройство надводного корабля.

Швартовы.

Тросовые стопоры.

Работа со швартовами и меры безопасности.

Швартовное устройство - совокупность приспособлений и механизмов расположенны х на верхней палубе и предназначенных для надежного удержания корабля у причала (пирса), плавучих сооружений или борта другого корабля. Оно обеспечивает швартовку корабля кормой, бортом (лагом) и носом, а также используется для буксировки, передачи грузов на ходу и в других случаях. Общий вид швартовного устройства надводного корабля показан на рисунок 14.1.

Рисунок 14.1 Швартовное устройство надводного корабля:

1, 11 - швартовные клюзы; 2 - кнехт; 3, 10 - шпили; 4 - киповая планка; 5 - утка: 6 - вьюшки; 7 - корзины для кранцев; 8 - сходни; 9 - битенг; 12 - швартовы

Швартовное устройство включает: швартовы - гибкие стальные, синтетические или растительные тросы, с помощью которых подтягивают и крепят корабль; приспособления для хранения швартовов и их подачи; кнехты, битенги, утки, служащие для закрепления швартовов на палубе корабля; швартовные клюзы и киповые планки, предназначенные для вывода швартовов за борт, придания им нужного направления и предохранения от перетирания о борт; швартовные механизмы - шпили, брашпили, лебедки, служащие для выборки и травления швартовов; кранцы, смягчающие удар корпуса о причал или борт другого корабля.

Швартовы. На надводных кораблях и подводных лодках в качестве швартовов обычно употребляют гибкие стальные тросы ГОСТ 3071-66 и 3083-66*. Диаметр стального швартовного троса определяется водоизмещением и классом корабля.

На катерах в качестве швартовов часто применяются растительные (пеньковые или манильские) тросы окружностью 60-100 мм, удобные для выборки и травления вручную. На некоторых кораблях и судах, а на танкерах в обязательном порядке используются швартовные тросы из искусственного волокна - капроновый трос ГОСТ 10293-67. Синтетические тросы весьма перспективны ввиду легкости, упругости (стойкости к динамическим нагрузкам) и высоких антикоррозионных качеств.

Вспомогательные суда ВМФ снабжаются швартовами по правилам Регистра. Длина швартовов должна быть не менее длины корабля, а один из кормовых швартовов должен состоять из полной бухты троса (220 или 300 м) для отдачи стоп-анкера. На обоих концах швартова заделываются огоны длиной около 1 м. Устройства для хранения швартовов и их подачи. Вьюшки служат для хранения рабочих швартовов, удобства их подачи и уборки. Наиболее широкое распространение получили горизонтальные швартовные вьюшки, оборудованные тормозом. Вертикальные вьюшки применяются только для растительных и синтетических тросов; они менее удобны в эксплуатации, но занимают меньше места. Вьюшки располагают на палубе или в надстройках таким образом, чтобы швартов было удобно подать как на киповую планку, так и на швартовный барабан механизма. Запасные швартовы хранятся в такелажных кладовых.

Швартовы на причал (соседний корабль) при расстоянии до них 15-25 м подаются вручную с помощью бросательных концов. Поданный бросательный конец ввязывается в основание огона швартова, предварительно выведенного в киповую планку (клюз). При подаче тяжелых швартовов сначала с помощью бросательного конца подается проводник - прочный растительный трос окружностью 60-100 мм, на котором затем выбирается швартов.

Ствол ружья - стальная труба, открытая с обеих концов. Вдоль нижней образующей ствол имеет прорезь для прохода стального тросика, соединяющего ракету с линем. Снизу ствол закрыт деревянным ложем. Ствол имеет окно для прохода ударника ударно-спускового механизма. Капроновый линь длиной 400 м укладывается определенным образом в коробку. Прицельное устройство состоит из мушки и двух перекрестий, нанесенных на смотровом стекле щита. При пуске ракеты на дистанцию 200-250 м или на меньшие дистанции при встречном ветре следует придавать ружью угол возвышения 30°; при пуске ракеты на дистанцию 100-150 м угол возвышения должен быть 15°. Линеметание производится наводкой ружья «с руки» на верхние точки корабля (вершины мачт, труб и т. д.). Лицо стреляющего должно находиться за щитом.

Кнехты - парные стальные (редко чугунные) цилиндрические тумбы, закрепленные на общем фундаменте и прочно связанные с корпусом корабля. Устанавливаются в носовой и кормовой оконечностях, а иногда и в средней части верхней палубы. Кнехты (ГОСТ 11265-65) подразделяют в зависимости от конструкции на прямые и крестовые; по способу изготовления - на литые и сварные.

Тросовые стопоры применяются для стопорения обтянутых стальных швартовных тросов на время переноса швартовов со шпилей на кнехты. Они устанавливаются на участке между шпилем и киповой планкой.

Швартовные механизмы - шпили и лебедки - предназначены для выборки и травления швартовов, находящихся под нагрузкой. Швартовные лебедки на военных кораблях не применяются. Для работы с носовыми швартовами используются швартовные барабаны шпилей и брашпилей. Большие корабли имеют на юте один или два швартовных шпиля; катера и подводные лодки могут их не иметь. Различают два основных типа швартовных шпилей:

- двухпалубные, у которых на верхней палубе расположена головка шпиля, остальные механизмы - на палубе, находящейся ниже верхней;

- однопалубные, у которых все механизмы располагаются на верхней палубе или под ней, на общей фундаментной раме вблизи головки шпиля; наиболее современными однопалубными шпилями являются безбаллерные.

Работа со швартовами и меры безопасности. Перед началом работы со швартовами необходимо подготовить швартовное устройство, а все его механизмы проверить в работе. Швартовы, которые будут использоваться в соответствии с избранным вариантом швартовки, сматываются с вьюшек на необходимую длину и пропускаются в киповые планки (клюзы). Проводники ввязываются в основания огонов швартовов заранее; готовится необходимое количество бросательных концов. Кранцы вынимаются из корзин и разносятся по соответствующему борту (корме). Швартовы для увеличения рабочей длины (следовательно, и для лучшей амортизации рывков) не рекомендуется заводить перпендикулярно к причалу. Перегиб троса на киповых планках и кнехтах должен быть минимальным.

Основные меры безопасности при работе на швартовном устройстве:

- личный состав, работающий со стальными швартовами, должен быть снабжен рукавицами;

- личный состав во время работы не должен находиться вблизи движущегося троса и внутри его шлагов, а стоящий на оттяжке - не должен находиться ближе 1,5-2 м от швартовного барабана;

- тросы не должны иметь торчащих проволок и обрывов прядей;

- швартовный трос выбирать и травить вручную следует только перехватывая его руками, не допуская при этом его скольжения;

- накладывать шлаги троса можно только на застопоренный барабан шпиля (брашпиля, лебедки);

- шпиль (брашпиль, лебедка) должен работать плавно, без рывков;

- нельзя сматывать с вьюшки лишнюю длину швартова, а образовавшуюся в ходе работ слабину следует немедленно подбирать;

- швартов, находящийся под нагрузкой, должен сниматься со швартовного барабана шпиля (брашпиля, лебедки) и крепиться на кнехте с помощью стопора;

- при работе с синтетическим тросом следует учитывать, что под нагрузкой он превращается в своего рода пружину и при ослаблении оттяжки на швартовном барабане происходит резкий сдвиг троса.

Практическая работа №15

Тема: Пожарные и противопожарные системы.

Цель работы: Ознакомление студентов с противопожарными оборудованиями.

Вопросы:

Основные причины возникновения пожара на судах.

Меры предупреждения пожаров.

Тактика тушения судовых пожаров.

Противопожарное оборудование на судах.

Практикой установлено, что основными причинами возникновения пожаров на судах являются:

1. Нарушение пожарно-профилактического режима на судах, т. е. несоблюдение требований действующих документов по ППБ:

халатность личного состава; нарушение противопожарной защиты; нарушение правил производства огневых работ; курение в неположенных местах; отступление от правил эксплуатации паровых котлов и электрооборудования; нарушение правил перевозки опасных грузов; нарушение ПЕЭ и другие причины.

2. Конструктивные недостатки судов.

3. Умышленные поджоги.

Тактика тушения судовых пожаров

Пожар - это огонь, вышедший из-под власти человека, или огонь, возникший в непотребном месте.

Горение - это химическая реакция окислительно-восстановительного характера: материал + тепло + кислород. Чтобы остановить реакцию горения, необходимо понизить температуру и/или прекратить доступ кислорода.

Для борьбы с пожарами на судах создаются аварийные партии:

с экипажем менее 100 человек - 2 аварийные партии и 1 аварийная группа;

с экипажем 100 и более человек - 3 аварийные партии;

с экипажем до 50 человек -1 аварийная партия и 1 аварийная группа.

Противопожарное оборудование на судах

Пожар на судах относится к самым опасным происшествиям, поэтому противопожарной защите уделяется очень большое внимание. В зависимости от типа и размеров современные суда оснащаются различными противопожарными приборами и системами. Наиболее широко противопожарная техника представлена на пассажирских судах, а также на танкерах, транспортирующих жидкие и легковоспламеняющиеся грузы.

Судовые противопожарные системы можно разделить на водяные, паровые, газовые и пенные.

В водяные противопожарные системы входят насосы большой производительности и высокого давления, которые подводят морскую воду к сети судовых пожарных трубопроводов. На трубопроводах в соответствующих местах находятся гидранты, к которым подключают пожарные рукава. Часто на судах, особенно на пассажирских, имеется еще и вторая система, так называемая оросительная. Она состоит из напорной цистерны, к которой подключается сеть трубопроводов. Концы этой сети снабжены оросительными насадками.

В специальных защищенных помещениях находятся температурные сигнализаторы, реагирующие на повышение температуры. При возникновении пожара в помещении эти сигнализаторы показывают очаг пожара и автоматически включают соответствующий сектор сети трубопроводов. Сразу же из оросительной системы поступает распыленная вода, чтобы погасить пожар в момент его зарождения.

Горение невозможно без кислорода, поэтому сразу же перекрывают подачу воздуха к очагу пожара. На этом основан принцип действия паровых и газовых противопожарных систем. После герметизации охваченного пламенем помещения туда подают негорючий углекислый газ. Так как углекислый газ тяжелее воздуха, он опускается и преграждает путь воздуху, имеющемуся, например, в грузовом трюме судна. Аналогично функционируют и пенные огнетушители, применяемые для тушения горящих жидкостей.

На судах имеются также ручные водяные, пенные, углекислотно-снежные огнетушители, химические приборы, ящики с песком и асбестовые одеяла, предназначенные для тушения пожара в момент его зарождения.

Кроме указанных выше температурных сигнализаторов на судах предусматривают также другие противопожарные сигнальные и контрольные системы. Один из способов их действия заключается в подсасывании воздуха из контролируемых помещений и подаче этого воздуха через детекторы. Если воздух содержит дым, автоматически включается тревожный сигнальный звонок.

Для локализации пожара и предупреждения его распространения на пассажирских судах устанавливают противопожарные переборки. Они изготовлены из листовой стали и изолированы огнеупорными материалами. Кроме того, из огнеупорных материалов сделаны также двери во всех проходах, причем двери на всем судне можно закрывать с центрального поста, который, обычно находится на командном мостике.

5. Лабораторные занятия

Определение начальной остойчивости судна методом кренования. (2ч)

Цель работы: Приобретение навыков по определению поперечной и продольной метацентрических высот судна.

Теоретические основы: Критерием начальной остойчивости является метацентрическая высота, представляющая собой расстояние между метацентром и центром тяжести судна. Определение поперечной и продольной метацентрических высот методом кренования основано на наклонениях судна малыми кренящими и дифферентующими моментами, замере вызываемых этими моментами углов крена и величины дифферента и последующем использовании метацентрических формул:

h= H=

где h - поперечная метацентрическая высота;

H - пр одольная метацентрическая высота;

Мкр, и - кренящий момент и угол крена, вызванные перемещением груза массой Ру на расстоянии lу поперек модели;

Мдиф, Df = dн - dк

дифферентующий момент и дифферент, появившиеся в результате переноса груза массой Рx расстояние lх вдоль модели;

Lму - длина между марками углублений.

Для замера углов крена используется отвес (нить с подвешенным грузом) и закреплённая на мачте модели линейка с ценой деления 1 мм.

Угол крена определяется по формуле:

где К - отклонение отвеса, измеренное по линейке;

л - возвышение точки подвеса нити в диаметральной плоскости модели над шкалой линейки.

Методика и последовательность выполнения работы:

1. Определение поперечной метацентрической высоты.

a) Сместить груз Ру по траверсе на левый борт последовательно на расстояния

ly = 1 см, lу2 = 2 см, и lу3 = 3 см от диаметральной плоскости;

б) Определить соответствующие отклонения нити отвеса К1, К2, К3. Проделать то же, перемещая груз на правый борт;

в) Данные замеров записать в таблицу и после выполнения необходимых вычислений найти h.

2. Определение продольной метацентрической высоты. Эта работа осуществляется в следующем порядке:

а) Принять груз массой Рх, примерно равной 0,1Д, в произвольную точку палубы модели вблизи от миделя и отметить (карандашом, мелком) его начальное положение;

б) Измерить осадку носом dн и кормой dк и определить начальный дифферент

Df0= dн - dк;

в) Последовательно переместить груз Рx в нос на расстояния 1х1, 1х2, 1х3 и для каждого из трех положений измерить осадку носом dн кормой dк. Данные

измерений записать в таблицу ;

г) Перенести груз Рх в корму последовательно на расстояния lх4, lх5, lх6 и, измерив для каждого положения осадку носом dн и кормой dк, записать полученные данные в таблицу 2;

д) Выполнить необходимые вычисления и найти H.

Заключение:

Отчет по выполненной работе должен содержать сравнение между собой полученных значений продольной и поперечной метацентрических высот и объяснение причин, обусловливающих их существенную разницу.

Контрольные вопросы:

1. Сформулировать понятия:

а) продольной и поперечной метацентрических высот;

б) продольного и поперечного метацентрических радиусов;

в) продольного и поперечного метацентров;

г) центра плавучести;

д) плеча статической остойчивости;

е) объемного и массового водоизмещения;

ж) дедвейта, чистой грузоподъемности, грузовместимости.

2. Начертить схему появления у судна, восстанавливающего момента?

3. Перечислить основные внешние силы, способные вызвать статические и динамические наклонения судна?

4. Что такое малый груз на судне?

5. Как изменяется положение метацентра при наклонении судна?

6. Почему метацентрические формулы поперечной и продольной остойчивости остаются справедливыми лишь до углов наклонения 10 ?- 12 ??

7. Сформулировать основное свойство кривой центра плавучести?

8. Какие из выводов и доказательств начальной остойчивости базируются на этом свойстве?

Лабораторная работа №2

Влияние на начальную остойчивость и посадку судна

переноса малого груза. (2ч)

Цель работы: Установление характера влияния горизонтального перемещения, а также вертикального перемещения малых грузов на остойчивость и посадку судна.

Теоретические основы: Критерием начальной остойчивости судна является метацентрическая высота, а параметрами посадки - углы крена -и°, дифферента ц°, (или дифферент Df = dH - dk) и средняя осадка судна:

dcp=

Для оценки влиянии перемещения малого груза на остойчивость и посадку судна необходимо знать начальную метацентрическую высоту и параметры посадки до переноса груза и после его переноса по вертикали и горизонтали.

Перемещение груза по вертикали в направлении оси OZ-приводит к вертикальному смещению центра тяжести судна и, если начальная остойчивость при этом остается положительной, то посадка не изменяется если исходное судно не имело крена. Вертикальное смещение центра тяжести определяется по формуле, полученной на основании теоремы перемещении центра масс системы тел:

g

здесь Рz - масса перемещаемого груза, кг,

? - масса модели, кг,

z1, z2 - координаты ц.т. перемещаемого груза в начальном и конечном по-ложениях.

Поскольку при неизменной посадке судна положение метацентров не изменяется, то приращение как поперечной, так и продольной начальных метацентрических высот будет равно приращению аппликаты ц.т. судна, взятому с обратным знаком.

h=H=-zg=-=-

где lz= (z2 - z1) - величина вертикального перемещения груза; положительная, если груз перемещаются вверх и отрицательная, если груз перемещается вниз.

Из формулы видно, что при перемещении груза вверх начальные метацентрические высоты уменьшаются, а при перемещении вниз - увеличиваются.

Перемещением груза Рy по горизонтали поперек судна в направлении оси ОУ создается кренящий момент:

Мkp=Pylycos

При малых наклонениях восстанавливающий момент определяется по формуле

MB=h sin

Из условия равновесия МB = Мkp получим:

tg

Следовательно, при поперечном горизонтальном перемещении груза Ру изменяется лишь крен судна. При этом вертикальное смещение центра тяжести судна не происходит и метацентрическая высота, а значит, и остойчивость судна не изменяются. Однако этот вывод справедлив только при малых наклонениях.

Продольное горизонтальное перемещение груза Рх в направлении оси ОХ на расстояние lх вызывает появление дифферента. Полагая малым изменением формы ватерлинии при дифференте изменением начальной остойчивости можно пренебречь. Рассуждая так же, как и при поперечном переносе груза, для изменения угла дифферента получим следующую формулу, справедливую при малых значениях угла ц:

tg=

При отсутствии дифферента до переноса груза Рx согласно,

tg.

С учетом начального судна дифферента.

Df=Df1-Df2=

Методика и последовательность выполнения работы:

1. Перемещение груза по вертикали.

а) Для положений груза массой Рz на палубе, на высоте lz1 = 10 см и lz2 = 15 см определить поперечные метацентрические высоты методом кренования, как указано в лабораторной работе № 1. Результаты измерений и необходимые вычисления представить в форме таблицы;

б) Определить приращения метацентрических высот дh1 = h1 - h0 и дh2 = h2 - h0 и сравнить затем полученные значения с подсчитанными по формулам:

дh1=- дh2=-

2. Перемещение груза по горизонтали вдоль судна.

а) Принять груз Рх массой, примерно равной 0,1?, в произвольную точку палубы кормовой части таким образом, чтобы крен модели не превысил (8ч10)°, а осадки носом и кормой были одинаковы. Определить кренованием метацентрическую высоту h3, представив результаты всех выполненных измерений и вычислений в форме таблицы;

б) Перенести груз Рх из точки 1 кормовой части палубы в произвольную точку 2 носовой части и вновь измерить угол крена и, осадку носом dн, кормой dк, и определить кренованием метацентрическую высоту h4. Результаты всех измерений и выполненных вычислений, как и в предыдущем случае, записать в таблицу.

в) Сравнить между собой метацентрические высоты h3 и h4.

Заключение

Сравнивая полученные результаты, сделать вывод о характере влияния на начальную остойчивость и посадку судна перемещений грузов в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также произвольного перемещения грузов.

Контрольные вопросы

1. Что называется посадкой судна?

2. Перечислить параметры, определяющие посадку судна.

3. Сформулировать теорему о перемещении центра масс системы тел.

4. Какое влияние оказывает на величину начальной метацентрической высоты и параметры посадки перемещение грузов:

а) Горизонтальное поперек судна?

б) Горизонтальное вдоль длины судна?

в) Вертикальное?

г) Произвольное?

5. Почему при горизонтальном переносе малых грузов метацентрическая высота не изменяется?

6. Почему при выполнении эксплуатационных расчетов в формулах продольной остойчивости можно заменять Н на R, а в формулах для поперечной остойчивости заменять h на r нельзя?

7. Почему при выполнении расчетов, связанных с определением изменения начальной остойчивости и посадки судна, вызванных перемещением грузов, вычисления нужно вести в такой последовательности: сначала выполнить расчеты, связанные с вертикальным перемещением грузов, а затем расчеты, связанные с горизонтальным переносом грузов?

Лабораторная работа № 3

Влияние на начальную остойчивость и посадку судна

приема малого твердого груза. (2ч)

Цель работы: Изучение вопроса об изменении остойчивости и посадки судна при приеме и расходовании малых грузов.

Теоретические основы: В теории судна малым грузом называют груз, прием (расходование) которого не вызывает сколько - нибудь заметного изменения формы действующей ватерлинии. Это допущение позволяет получить формулы для расчета изменения параметров судна при приеме малого груза, помещенного в точку с координатами (х, у, z):

Осадка судна,

d1=d0+d

где d= ,

=1000кг/м3-плотность пресной воды.

2. Начальные метацентрические высоты:

h1=h0+h,

H1=H0+H,

где h=(d0+-h0-z), H-H0.

В условиях эксплуатации судна величиной дH пренебрегают из-за ее малости по сравнению с Н0.

3.Угол крена,

0=57,3

4. Дифферент

Df=L

При снятии груза с судна знаки у, Р и дH в записанных формулах меняются на обратные.

В приведенных выше формулах обозначено:

? - масса судна до приема груза;

Р - масса принятого груза;

h0, H0 и h1, H1 - начальные метацентрические высоты соответственно до и после приема груза;

S - площадь действующей ватерлинии;

D0 - средняя осадка до приема груза;

L - расчетная длина судна;

xF - абсцисса центра тяжести площади действующей ватерлинии.

Методика и последовательность выполнения работы:

1. Для порожней модели замерить осадку носом dн и кормой dк, угол крена и°.

Подсчитать дифферент

Df = (dн - dк)

и среднюю осадку

dcp=.

Метацентрическую высоту h0 определить методом кренования. Полученные данные записать в верхнюю часть таблицы.

2. Принять малый груз массой Р не более 0,1? в произвольную точку с координатами (х, у, z). Данные записать в таблицу.

3. Для модели с принятым грузом определить dн , dк , и1°, Df1, dср1, h1. Полученные данные записать в нижнюю часть таблицы .

Порядок определения метацентрических высот описан в лабораторной работе №1.

Найти приращение начальной метацентрической высоты

дh = h1 ? h0 .

4. По формулам рассчитать приращения:

а) средней осадки

d= ,

приняв площадь ватерлинии

S = б ? LВЛ B ? 0,81LВЛ В ,

плотность воды с = 1,0 г/см3. где LBЛ - длина модели по грузовой ватерлинии.

б) начальной метацентрической высоты

h=(d0+-h0-z),

вычислить значения осадок носом и кормой

dH1=dcp+d+(-xf), dk=d0+d+(+xf),

средней осадки

dcp1=

и величину угла крена

01=0+0+57,3.

Абсциссу ц.т. площади грузовой ватерлинии принять равной xF = 0,6 см.

Заключение.

Сравнив данные измерений с данными, рассчитанными по формулам, необходимо сделать вывод о точности выполненных измерений и степени влияния принятого малого твердого груза на параметры начальной остойчивости и посадки судна.

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами определяются начальная остойчивость и посадка судна?

2. Каким образом в судовых условиях определяются крен и дифферент судна?

3. Что называется предельной (нейтральной) плоскостью?

4. В какую точку следует принять малый груз, чтобы у судна изменилась только осадка?

5. Куда нужно принять груз, чтобы судно не получило приращения ни крена, ни дифферента?

6. Каким образом изменяется начальная метацентрическая высота судна в зависимости от того, выше или ниже предельной плоскости принят малый груз?

7. Как изменится положение нейтральной плоскости судна, если груз переместить из твиндека в трюм?

Лабораторная работа №4

Влияние на начальную остойчивость судна подвешенных грузов. (2ч)

Цель работы: Изучить влияние на начальную остойчивость судна подвешенных грузов.

Теоретические основы: Подвешенный груз во время наклонений судна ведет себя не так, как закрепленный. При любом угле крена линия действия силы веса подвешенного груза проходит через точку подвеса. Это позволяет утверждать, что с точки зрения влияния на остойчивость подвешенный груз подобен грузу, помещенному в точку подвеса. Следовательно, подвешивание равносильно переносу груза в точку подвеса, а процесс его подъема на грузовом шкентеле картину уже не меняет. Значит, длина троса на изменение остойчивости судна не влияет. Изменение начальных метацентрических высот в момент подрыва груза равно:

h=H=-

где Рв - масса подвешенного груза, кг;

? - масса судна, т;

lz - расстояние по вертикали между центром тяжести груза до подвешивания и точкой подвеса (рис. 5).

Методика и последовательность выполнения работы:

1. Методом кренования, изложенным в лабораторной работе №1, определить поперечную начальную метацентрическую высоту h0 модели с принятым на палубу грузом массой Рв, расположенным под грузовым гаком. Данные замеров и результаты вычислений записать в таблицу (верхняя ее часть).

2. Подвесить принятый груз Рв на 2-3 см над палубой и вновь определить метацентрическую высоту h1 кренованием, записав результаты измерений и вычислений в таблицу.

3. Поднять груз Рв, подвешенный на гаке, на высоту 10-20 см и еще раз определить метацентрическую высоту h2 , записав результаты измерений и вычислений в нижнюю часть таблицы.

4. Подсчитать величину поправок к начальной метацентрической высоте

дh01 = h1 ? h0 , дh02 = h2 ? h0 , дh12 = h2 - h1 .

Вычислить также их значения по формуле:

H=-

Заключение.

Сравнив полученные в работе результаты, необходимо сделать вывод о величине и характере влияния на начальную остойчивость подвешивания и подъема малых твердых грузов.

Контрольные вопросы

1. Каким параметром оценивается начальная остойчивость судна?

2. Как подсчитать изменение начальной метацентрической высоты при наличии на судне подвешенного груза?

3. Какое влияние оказывает на остойчивость процесс подъема груза, находящегося на грузовом шкентеле?

4. Чем характерен момент подрыва груза?

5. Отличается ли влияние на начальную остойчивость подвешенного груза, который до подъема судовой стрелой находился в трюме, от груза, который до подъема находился на причале?

Лабораторная работа №5

Влияние на начальную остойчивость жидкого груза со свободной поверхностью. (2 ч)

Цель работы: Изучить влияние приема жидких грузов со свободной поверхностью на начальную остойчивость судна и закрепить навыки по расчету остойчивости при приеме жидких грузов.

Теоретические основы: Прием, и расходование жидких грузов на судне должны быть под постоянным контролем экипажа. Перетекание жидкого груза со свободной поверхностью в сторону наклонения создает дополнительный кренящий момент, уменьшает остойчивость. Уменьшение начальной метацентрической высоты можно оценить на том основании, что при малых наклонениях центр тяжести жидкого груза g0 перемещается подобно центру тяжести груза, подвешенного на нити lg в точке mg . Этот условный подвешенный груз уменьшает метацентрическую высоту на величину.

h=lg

где Рж - масса жидкости,

? - водоизмещение,

lg=

ix - момент инерции площади свободной поверхности относительно продольной оси,

сж - плотность жидкости.

Поправка к начальной метацентрической высоте от наличия свободной поверхности вычисляется по формуле

hi=-

Если жидкий груз принимается на судно, то его прием вызывает изменение начальной метацентрической высоты на величину

h=(d0+-h0-zж-lg),

Где zж- аппликата центра тяжести принимаемого груза,

d0 - средняя осадка до приема груза,

h0 - метацентрическая высота до приема груза.

В эксплуатационной практике изменение метацентрической высоты от наличия свободной поверхности учитывают поправкой дmh , которая позволяет определить

h=

Сравнивая получим

дmh = ixсж .

Изменение метацентрической высоты от приема жидкого груза со свободной поверхностью учитывают фактором балластировки

ФБ=

В зависимости от соотношения (дh1 + дh2 ) фактор балластировки конкретной цистерны может быть положительным, равным нулю или отрицательным.

При больших наклонениях перемещение центра тяжести переливающейся жидкости оценивается более сложно, но также, приводит к смещению центра тяжести судна и уменьшает плечо статической остойчивости.

Методика выполнения работы:

В лабораторной работе предлагается сопоставить начальную остойчивость модели в четырех вариантах нагрузки

1. модель в порожнем состоянии (h0);

2. модель с принятым грузом (h1) без свободной поверхности;

3. модель с принятым жидким грузом со свободной поверхностью на всю ширину отсека (h2);

4. модель с принятым жидким грузом со свободной поверхностью, разделенной продольной переборкой (h3).

С этой целью необходимо:

1. Выполнить кренование порожней модели с вставленной пустой ванночкой и получить значение начальной метацентрической высоты h0; определить среднюю осадку модели

dcp0==d0

2. Установить в ванночку груз массой Рж, имитирующим жидкий груз без свободной поверхности (запрессованный танк). Выполнить кренование модели и получить значение метацентрической высоты h1. Замерить среднюю осадку модели d1.

3. Установить груз и в ванночку залить воду до уровня, при котором масса принятой жидкости груза будет равна массе груза Рж, используемого в предыдущем опыте. Выполнить кренование модели и получить значения начальной метацентрической высоты h2. Определить среднюю осадку модели d2.

4. Установить в трюм модели ванночку с продольной переборкой и залить в нее воду массой Рж. Выполнить кренование модели и получить значения начальной метацентрической высоты h3. Определить среднюю осадку модели d3.

Расчеты и оформление результатов опытов

1. Рассчитать начальные метацентрические высоты h0, h1, h2, h3.

2. Вычислить поправки к метацентрическим высотам, сопоставляя результата опытов.

дh01 = h0 ? h1 , дh02 = h0 ? h2 , дh03 = h0 ? h3

дh12 = h2 - h1 , дh13 = h1 ? h3 , дh23 = h2 ? h3

Заключение

Сделать качественные выводы о причинах, вызвавших изменение метацентрических высот на величины , дh01 , дh02 , дh03 , дh12, дh13 . дh23

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит различие в поведении твердых и жидких грузов при наклонениях судна?

2. Какие параметры свободной поверхности жидкого груза влияют на потерю судном остойчивости?

3. Как влияет на потерю остойчивости плотность жидкости?

4. Каковы меры борьбы с отрицательным влиянием жидких грузов на остойчивость судна?

5. Как влияет на остойчивость судна при больших наклонениях жидкий груз в узких и широких цистернах?

6. Что такое фактор балластировки?

Лабораторная работа № 6

Определение начальной метацентрической высоты по периоду бортовой качки. (2ч)

Цель работы: Лабораторная работа выполняется для закрепления представления о связи между метацентрической высотой и периодом бортовой качки судна на тихой воде.

Теоретические основы: Линейная теория бортовой качки судна на тихой воде дает следующую приближенную связь между периодом качки фу и метацентрической высотой h

у=

где В - расчетная ширина судна, м;

С - инерционный коэффициент мало изменяющийся при изменении характера загрузки судна.

Эта простая зависимость применяется для определения периода собственных колебаний фу, при использовании универсальной диаграммы Ю.В. Ремеза для определения резонансных зон качки.

Весьма важное значение формула имеет для определения поперечной метацентрической высоты h и по периоду качки. Разрешая относительно h, получим «капитанскую» формулу

h=

Контроль остойчивости по периоду качки позволяет установить, насколько характер загрузки судна удовлетворяет «Нормам остойчивости» перед выходом в рейс.

Для уверенного использования формул, нужно знать численное значение коэффициента С.

Методика и последовательность выполнения работы:

В лабораторной работе коэффициент С определяется для трех вариантов загрузки:

1. Модель порожнем.

2. На модель принят твердый груз массой Р1, не создающий значительного дифферента.

3. На модель дополнительно к Р1 принят еще груз воды массой Р2 (включая массу в анночки), обеспечивающий судну возможность совершать поперечные наклонения без опрокидывания и расплескивания воды.

Для каждого варианта загрузки работа выполняется в следующей последовательности:

а) Определить поперечную метацентрическую высоту модели методом кренования, как указано в лабораторной работе No 1, записав полученные результаты измерений и вычислений в таблицу No 7;

б) Возвратив груз Ру в исходное положение, т.е. в ДП, аккуратно отклонить модель на 5° - 6° от положения равновесия, по секундомеру зафиксировать время примерно десяти полных периодов бортовых колебаний t10, подсчитать и записать в таблицу период качки

уi=,c

Процедуру замера времени колебаний повторить трижды. Определить затем средний период качки

уcp=, c

и полученное его значение также записать в таблицу;

При качании следить, чтобы модель не касалась стенок ванны;

в) Подсчитать инерционный коэффициент

C=

для каждого случая загрузки модели и полученные результаты записать таблицу ;

г) Определить среднее значение инерционного коэффициента

Ccp=

Заключение:

Определить величину отклонений

дC = Ci ?Cср (i=1,2,3)

и сделать вывод о характере изменения инерционного коэффициента в зависимости от состояния загрузки судна, надежности и точности определения метацентрической высоты, а также периода бортовой качки.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение периода и амплитуды качки судна?

2. Объясните явление резонанса при качке судна?

3. Объясните зависимость периода колебаний судна от метацентрической высоты?

4. Как в судовых условиях определить метацентрическую высоту по периоду бортовых колебаний на тихой воде?

5. Капитанская формула?

6. Какое влияние оказывает величина водоизмещения на значение инерционного коэффициента?

Лабораторная работа № 7

Определение шага гребного винта. (3ч).

Цель работы: Ознакомление с обмером элементов гребного винта и приобретение практического навыка измерения его диаметра и шага.

Теоретические основы: При приемке гребного винта на заводе, получении его со склада, при выполнении проверочных расчетов ходкости и в ряде других производственных ситуаций судового механика интересуют прежде всего параметры, позволяющие судить о пригодности винта для данного судна.

Такими параметрами являются его диаметр D, шаг H и дисковое отношение и. Чаще всего достаточной оказывается проверка диаметра и шага. Диаметр легко определить, имея рейку и отвес. Измерив расстояния Ri от оси вращения до края каждой из лопастей, вычисляют диаметр

D=

где z - число лопастей.

Шаг гребного винта непосредственно не измеряется, а подсчитывается по одной из формул, выведенной из параметрического уравнения винтовой линии.

Вид формулы зависит от принятого метода контроля шага. В производственных условиях наиболее распространены координатный и угломерный методы.

Координатный метод основан на определении координат точек винтовых линий. За координаты принимаются центральный угол б° участка винтовой линии на заданном радиусе ri и соответствующая этому углу высота подъема hj винтовой линии. Если винтовую линию радиуса ri, обозначить на лопасти (мелом, карандашом) и разбить на n - участков, то ее мастный шаг на j

- м участке определится по формуле

Hjместн=

Шаг всей рассматриваемой винтовой линии лопасти равен:

Hi.вл.=

После определения шага винтовых линий на нескольких радиусах подсчитывается шаг лопасти

 H л.=

где m - количество радиусов ri, на которых измеряется шаг винтовых линий.

Шаг гребного винта равен

H.=

где z - число лопастей.

Угломерный метод основан на измерении угла подъема o ц j винтовой линии, т.е. шагового угла, на заданном радиусе ri, и подсчете шага по формуле

Нiммест = 2рritgцj

Следует помнить, что угол o ц j измеряется не по дуге винтовой линии, а, как это видно из рис. 9, по хорде, определяющей условный угол наклона лопасти. Замена дуги хордой вносит некоторую погрешность, которая, однако, не выходит за допускаемые пределы.

Как и при координатном методе, для получения шага винтовой линии измерение угла нужно выполнить в нескольких местах по длине дуги. Тогда

Нiвл = 2рritgцj

где n - количество снятых замеров на заданном радиусе.

Далее, как и при координатном методе, определяется шаг лопасти, а затем и шаг винта в целом.

Методика и последовательность определения шага координатным методом:

Приборы для определения шага этим методом называются координатными шагомерами. Переносной координатный шагомер состоит из штанги 1, которая крепится на ступице винта с помощью центрирующего устройства 2 и может вращаться относительно оси винта. Угол поворота штанги в горизонтальной плоскости фиксируется при помощи градуированного лимба 3 и стрелки 4. Вдоль штанги перемещается ползунок 5, в направляющих которого параллельно оси винта ходит штифт с иглой 6, снабженный делениями для отсчета вертикального перемещения.

После установки шагомера в отверстии ступицы, с помощью штанги и штифта с иглой прочерчиваются дуги радиусами 0,2R; 0,4R; 0,6R; 0,8R; 0,95R от оси винта для производства замеров. На прочерченных дугах, на равных угловых расстояниях намечаются точки замеров (не менее 4-5). Измерение штифтом с иглой возвышение друг относительно друга рядом расположенных и принадлежащих рассматриваемой дуге точек даст высоту подъема винтовой линии между двумя точкам. Суммирование полученных возвышений и деление суммы на число участков дает среднее значение подъема винтовой на рассматриваемом радиусе. По найденной величине определяется ее шаг. В данной работе определяется шаг винтовой линии сразу для трех лопастей. Получив значение шага винтовых линий на всех намеченных радиусах, вычислением среднего арифметического определяют шаг гребного винта.

Оформление экспериментальных данных. Результаты измерений и необходимые вычисления выполняются в таблице.

Заключение:

Отчет о выполненной работе должен содержать схему и краткое описание прибора, порядок получения необходимых замеров, результаты выполненных измерений и вычислений.

Контрольные вопросы:

1.Что называется шагом винтовой линии, шагом винтовой поверхности?

2.Какими винтовыми поверхностями образуется засасывающая поверхность лопасти гребного винта?

3.Какими винтовыми поверхностями образуется нагнетающая поверхность лопасти гребного винта?

4.Какие гребные винты называются винтами постоянного шага, радиально-переменного, радиально-аксиально-переменного шага?

5.Что принимается за шаг гребного винта переменного шага?

6.Что называется конструктивным шагом гребного винта?

7. Что называется шагом нулевого упора?

8.Что называется шагом нулевого момента?

9.Что называется дисковым отношением?

10.Что называется линейной поступью гребного винта?

11. При каких условиях действительная поступь гребного винта судна может быть больше шага винта?

6. Контрольные задания

Приобретение студентами умения и навыков по дисциплине «Теория и устройство судна» осуществляется в процессе выполнения ими контрольных работ.

Объем контрольной работы 10-15 страниц выполняется на листах формата А4. Литература для выполнения контрольной работы [1,3].

Студенты выбирают тему контрольной работы в соответствии с последней цифрой зачетной книжки:

Теория устройство судна.

Расчет судна.

Испытания и сдача судов.

Устройство и эксплуатация судов типа Река море.

Основные теории судна ОТС.

Разработка грузового плана морского судна.

Местная прочность судна.

Расчет грузового плана судна.

Теория и практика управление судном.