Управление судном при выполнении буксировочных операций. Часть 2

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Управление судном при выполнении буксировочных операций. Часть 2

Василий И. Снопков

Россия, Санкт-Петербург. 2010

Буксир в условиях одиночного (не сочлененного с баржей) плавания имеет относительно небольшую метацентрическую высоту, поэтому управление им в штормовую погоду обязывает судоводителя строго соблюдать все рекомендации по управлению судами с недостаточной остойчивостью. В одиночном плавании в благоприятную погоду буксир-толкач на полном ходу получает на циркуляции крен, численно равный углу перекладки руля. Большой крен на циркуляции объясняется малой метацентрической высотой и относительно большой высотой ходового мостика. Буксировка лихтеров, на которых имеется команда, принципиально не отличается от буксировки обычных транспортных судов с экипажем на борту, но с бездействующими машинами.

Рис. 1 Типы соединений баржебуксирных составов: а) «Гидропад»: 1 -- буксирные тросы; 2 -- гидравлические цилиндры; 3 -- буксирная лебедка; 4 -- гидроподушка; 5 -- носовой упор; 6 -- рамы для крепления буксирных тросов; 7 -- опоры для буксира; б) «Интертаг»: 1 -- гидравлическая подушка; 2 -- соединительный башмак; 3, 4 -- соединительные пазы; 5 -- опорная подушка; 6 -- кормовая консоль; в) система соединения баржи с накрывающим ее буксиром

Задача облегчается тем, что на лихтерах предусмотрено буксирное устройство, рассчитанное на буксировку их морем, поэтому нет необходимости решать вопрос о креплении буксирной линии.

По-иному обстоит дело с баржами, которые буксируются без команды. Для уменьшения рыскливости буксируемых судов надо принимать меры, обеспечивающие устойчивость их на курсе. К таким мерам относятся крепление буксирной линии как можно дальше вперед от центра тяжести судна и создание дифферента на корму.

При подготовке судна без экипажа к буксировке все люки и трапы с верхней палубы в нижние помещения должны быть надежно закрыты. Если имеется двигатель, то гребной винт надо отключить от него, чтобы не повредить цилиндры двигателя, либо надежно заклинить, чтобы двигатель не проворачивался. Надо предусмотреть возможность высадки людей на палубу буксируемого судна на случай необходимости, например осмотра буксирного устройства. Кроме того, должно быть обеспечено действие огней согласно МППСС-72.

Буксировка плавучих сооружений. Буксировка доков, кранов, буровых вышек и других крупных плавучих объектов наиболее сложна. Подготовка к такой буксировке ведется по заранее подготовленному плану.

Буксирная линия при буксировке крупных плавучих объектов является, как правило, составной из цепей и прочных стальных тросов. Наиболее уязвимые места буксирной линии (места соприкосновения тросов в клюзах и в соединениях) должны иметь повышенный запас прочности и приспособления для уменьшения перетирания. Концы тросов заделывают огонами с прочными коушами, скобы крепят так, чтобы при переменных нагрузках они не отдались. При соединении тросов и цепей применяют металлические плиты, увеличивающие провисание буксирного троса, либо тройники (рис. 3).

Рис. 2 Соединение буксирной линии:1 -- буксирный трос; 2 -- скобы; 3 -- тройник; 4 -- якорная цепь; 5 -- стальные тросы

Одной из проблем при буксировке крупных объектов является уменьшение рыскания, так как буксировка происходит на очень длинных буксирных тросах. Для уменьшения рыскания применяют буксируемые «волокуши», используют малые буксирные суда, сдерживающие рыскание объекта. Рыскание увеличивается при боковом и попутном ветре.

Буксировка больших плавучих сооружений выполняется обычно несколькими буксирными судами, которые выстраиваются в линию либо «веером». При прохождении узкостей и входе в порт буксирная линия укорачивается и буксирующие суда перестраиваются, чтобы обеспечить безопасность буксируемого объекта и лучшее маневрирование буксирного каравана.

Буксировка судов борт о борт (лагом). Она может быть осуществлена в закрытых водах, когда нет достаточного места для буксировки на буксирном тросе за кормой, и в тех случаях, когда на море нет значительного волнения. Расположение буксирующего судна сбоку от буксируемого дает хорошую управляемость обоим судам.

При буксировке лагом очень важно как можно туже обтянуть швартовы, чем достигается предотвращение или смягчение ударов судов одно о другое. Однако, обтянуть тросы абсолютно туго невозможно, поэтому всегда остается некоторая слабина, а следовательно, будут и взаимные удары судов. Для смягчения ударов необходимо между судами закладывать надежные, желательно мягкие кранцы. Кранцы должны располагаться против шпангоутов и опираться на палубы или бортовые стрингеры.

В процессе буксировки необходимо обеспечить правильную заводку швартовов, на которых обеспечивается «тяга» объекта. Они должны быть достаточно длинными, поскольку короткие швартовы создают «разворачивающий» момент с наибольшим плечом (рис.).

Рис. 3 Буксировка борт о борт: I -- буксируемое судно; II -- буксирующее судно; 1 -- прижимной швартов; 2 -- шпринг; 3 -- кранец

Буксировка судов методом толкания. Сущность этого способа заключается в том, что буксир-толкач располагается за кормой толкаемого судна, шарнирно с ним скрепленного, и толкает его вперед (рис. 9.5).

При таком расположении буксирующего и буксируемого судов:

- уменьшается сопротивление баржи из-за отсутствия струй, отбрасываемых движителем буксировщика при обычном способе буксировки;

- уменьшается сопротивление корпуса буксира-толкача, так как он движется в попутном потоке буксируемого судна;

- отсутствует сопротивление буксирного каната;

- возрастает устойчивость на курсе вследствие жесткого соединения буксира-толкача с баржей.

Рис. 4 Буксировка судна толканием

Вынужденные буксировки аварийных судов могут выполняться буксирами-спасателями или транспортными судами, находящимися вблизи бедствующего судна. Капитан буксирующего судна на месте принимает решение о способе крепления буксирного троса, его длине, скорости движения каравана и выборе пути следования. Методика расчета буксирной линии и скорости буксировки в аварийных условиях будет изложена ниже.

Расчет буксирных линий и скорости буксировки

Длину буксирного троса или комбинированной буксирной линии принимают исходя из условий необходимого и безопасного расстояния между буксирующим и буксируемым объектами в условиях морского волнения. При необходимости увеличения или уменьшения расстояния между объектами это может быть сделано с помощью буксирной лебедки. В условиях морского волнения влияние орбитального воздействия волн «гасится» упругой деформацией вследствие распрямления цепной линии буксирного троса.

Буксирные тросы всех типов надо рассматривать с точки зрения того, насколько они удовлетворяют требованию обеспечения свободного орбитального движения судов при плавании на волнении. Из теории цепной линии следует, что провес цепной линии прямо пропорционален массе троса. Значит при одинаковом натяжении, чем больше линейная плотность буксирного троса, тем больше разница между l и x (рис. 1).

При комплектовании элементов буксирной линии существуют два варианта:

- имеется возможность подобрать детали буксирной линии согласно параметрам буксируемого объекта, целесообразной скорости буксировки и мощности буксирующего судна;

- нет возможности выбора, например, при необходимости буксировки аварийного судна в порт-убежище. В этом случае надо исходить из параметров аварийного буксирного троса, который должен быть на судне согласно требованиям регистра судоходства. Разрывные усилия буксирного троса транспортных судов определяется по характеристике снабжения «Nc» по формуле, указанной в Разделе 3 «Якорное устройство» Правил регистра судоходства, 1999 г. Для буксиров характеристика снабжения по формуле, указанной там же:

, (1)

где , В, a, hi и А принимаются в соответствии с указаниями Раздела 3 Правил регистра судоходства,

bi -- ширина соответствующего яруса надстройки или рубки, м.

Характеристика снабжения Nc для плавучих кранов определяется по формуле:

. (2)

В любых условиях при формировании буксирной линии очень важно, чтобы буксирный трос был удобен при работе (подача, крепление, отдача). В наибольшей мере для этого подходит стальной трос. Якорная цепь из-за большой массы неудобна, особенно при креплении ее на корме буксирующего судна. Манильский и сизальский тросы, хотя и обладают плавучестью, т. е. удобны при заводке, но громоздки, поэтому их труднее крепить, чем стальные. Кроме того, эти тросы портятся от трения и при длительных буксировках могут потерять свою прочность в результате гниения. Перед укладкой на хранение их требуется промывать и просушивать. На буксирных судах все чаще применяют синтетические буксирные тросы.

Для облегчения работы с тросами и получения достаточно большого провеса применяют комбинированные буксирные линии, например, комбинированная буксирная линия, при которой буксирный трос прикреплен к якорной цепи и несколько смычек вытравлено за борт. Этот метод весьма распространен. Его преимущества заключаются в следующем: буксирный канат удобно крепится на буксируемом судне; можно и удлинить, и укоротить буксирную линию; тяжелый участок цепи дает сравнительно большую стрелу провеса, которую можно увеличить, не отклепывая от цепи якоря, а закрепив за его скобу буксирный трос и стравив якорную цепь вместе с якорем.

Другой пример буксирной линии, когда от буксируемого судна примерно до середины линии идет синтетический трос, а далее до буксирующего судна -- стальной трос. Такая комбинация может быть применена в случае, если необходимо использовать то буксирное снабжение, которое есть на судах. Введение в буксирную линию растительного или синтетического троса с упругостью, значительно большей, чем упругость стального троса, делает такую комбинацию более приемлемой.

Преимущество этого метода в том, что при сравнительно небольшой стреле провеса обеспечивается хорошее упругое удлинение. Нет необходимости укорачивать буксирную линию при прохождении по небольшим глубинам. Введение в буксирную линию автоматической лебедки удовлетворяет основному требованию морской буксировки по обеспечению свободного орбитального движения судов при плавании на волнении. Имея тягу, равную упору винта, буксирная лебедка, в случае превышения на буксирном тросе предусмотренного усилия, начинает травить буксирный трос и, наоборот, когда усилие уменьшается, выбирает его слабину.

Выбор буксирной линии. В первую очередь необходимо определить ее размеры, при которых она сохраняет свою прочность. Если невозможно полностью удовлетворить условиям буксировки конструкцией буксирной линии, то необходимо выбрать метод буксировки путем изменения скорости движения.

При расчете буксирной линии выбор ее элементов бывает возможен, когда подготовка к буксировке проводится в оборудованном порту, и невозможен, когда приходится брать на буксир судно в открытом море или в необорудованном порту. В этом случае используют то, что имеется на борту буксирующего и буксируемого судов.

Если выбор элементов буксирной линии возможен, то в зависимости от условий плавания определяют:

- тягу на гаке в нормальных условиях плавания (на тихой воде) и при штормовом ветре;

- разрывное усилие элементов буксирной линии умножением тяги на гаке на коэффициент запаса прочности;

- длину буксирной линии;

- увеличение расстояния между судами при выбранной буксирной линии для тяги на гаке в нормальных условиях и при нагрузке на гаке в штормовых условиях. Полученную «игру» буксирной линии необходимо сравнить с высотой волны в районе предстоящего плавания.

Если результаты расчета оказываются неудовлетворительными, выбирают другую буксирную линию.

В описанном выше методе расчета буксирной линии за исходную величину принят максимальный упор винта.

Если выбор элементов буксирной линии ограничен, например, в случае взятия судна на буксир в открытом море, то исходной величиной для расчета в этом случае является прочность троса, а не упор винта. Поэтому сначала:

- выбирают длину буксирной линии исходя из длин тросов, имеющихся на буксирующем и буксируемом судах;

- определяют случайную нагрузку на буксирную линию делением разрывного усилия буксирного каната на два и рабочую нагрузку его делением на принятый коэффициент запаса прочности;

- рассчитывают степень расхождения судов и сличают значение расхождения с высотой волн в районе плавания.

Комбинированные буксирные линии могут состоять из троса и цепи. Однако возможны и другие буксирные линии, например:

- однородная буксирная линия с грузом, введенным в какую-либо ее точку;

- неоднородная буксирная линия, состоящая из различных по конструкции и материалу тросов;

- неоднородная буксирная линия с грузом, введенным в какую-либо точку буксирной линии.

Теоретические основы морской буксировки. При плавании на тихой воде горизонтальная составляющая натяжения буксирного троса равняется тому сопротивлению, которое оказывает буксируемое судно при данной скорости. Сопротивление буксируемого судна и собственное сопротивление преодолеваются упором гребного винта (буксировщика).

При неравномерной работе машин буксировщика, рыскании буксирующего и буксируемого судов, страгивании с места в начале буксировки, резком повороте буксировщика, внезапно налетевшем шквале и в некоторых других случаях, когда наблюдаются рывки и появляются динамические нагрузки, в буксирном тросе могут возникнуть усилия большие, чем максимальный упор гребного винта буксировщика.

Перечисленные выше причины возникновения в буксирном тросе значительных усилий, превышающих максимальный упор винта, встречаются как при работе на тихой воде, так и при буксировке в штормовых условиях. Но при плавании на взволнованном море или на мертвой зыби в буксирном тросе могут возникнуть усилия, которые во много раз превысят нормальные значения тяги. Это объясняется тем, что буксирующее и буксируемые суда то сближаются, то удаляются друг от друга, вследствие чего натяжение буксирного троса все время изменяется. На основании работ академика А. Н. Крылова установлено, что при орбитальном движении центр тяжести каждого судна, при условии, если бы это движение было свободным, описал бы около его среднего положения некоторую орбиту.

Уравнения такой орбиты в параметрической форме:

(3)

(4)

где -- период волны, с;

a и b -- некоторые постоянные для данного судна и данной волны.

А. Н. Крылов показал, что величина a и b не превышают половины высоты волны. Следовательно, если взять значение a равным половине высоты волны, то будет учтен наихудший случай.

В приведенных выше уравнениях нас интересует только величина х, т. е. изменение горизонтального расстояния между судами, поскольку влияние вертикального колебания судов на усилия в буксирной линии незначительно.

Характер ускорения движения судов на волнении можно выразить уравнениями:

; (5)

. (6)

Наибольшее ускорение будет в том случае, если

.

Усилие, которое возникает в этом случае,

(7)

где m -- масса судна, т.

Следовательно, для того, чтобы воспрепятствовать судну массой m совершать орбитальное движение, к нему необходимо приложить силу, равную F. Наибольшее значение эта сила приобретает при

:

. (8)

Допустим, что высота волны hв = 8 м, а период ее = 10 с. Тогда максимальное ускорение

.

Максимальное усилие в буксирном тросе

.

Максимальное усилие, возникающее в буксирном тросе при заданных значениях, равно массе судна, умноженной на 1,6. Отсюда следует, что если буксирующее и буксируемое суда имеют большие размеры, то сила F действия волны настолько велика, что орбитальное движение не может быть оставлено.

Например, усилия в буксирном тросе во время буксировки судов массой 6000 т при заданных выше значениях высоты волны и ее периода достигали бы 9600 кН. Для такого усилия невозможно подобрать трос и создать для него крепление.

Таким образом, при морской буксировке необходимо подбирать буксирную линию так, чтобы расстояние между судами могло изменяться на значение, равное высоте волны, 2а = hв. При этом в буксирных канатах не должно возникать напряжений, превышающих их прочность.

Расчет скорости буксировки. Скорость буксировки определяется двумя обстоятельствами:

- мощностью буксирующего судна на гаке;

- прочностью буксирной линии.

В первом случае, когда буксировочные операции производятся специализированным судном и по специально разработанному плану, во втором случае, когда выполняется буксировка судна в аварийном состоянии и для буксирной линии могут быть использованы только имеющиеся судовые средства буксировки.

Для расчета элементов буксировки необходимо в первую очередь определить расчетное сопротивление воды и воздуха движению как буксируемого, так и буксирующего судов. Суммарное сопротивление должно быть преодолено упором гребного винта буксирующего судна:

буксировка судно трос

, (9)

где R -- общее сопротивление каравана;

Размещено на Allbest.ru