Движительно-рулевой комплекс – основным типом движителя современных буксирных судов всех типов является гребной винт фиксированного шага (ВФШ). Для буксировки состава с требующейся скоростью в заданных условиях плавания, буксирное судно должно иметь мощность, достаточную для преодоления сопротивления окружающей среды движению самого буксира, ведомых им судов и буксирных канатов.
При расчете потребной мощности буксира или толкача необходимо знать: основные элементы типовых судов и составов, для вождения которых проектируется судно; ориентировочную, названную заказчиком скорость буксировки типовых судов и составов (она уточняется на базе технико-экономического изыскания
наивыгоднейшей скорости с учетом получения экономически целесообразной мощности) и данные о районе плавания.
Линейный, а также портовые и рейдовые буксиры при нормальной буксировке на канате работают большую часть пути в установившихся режимах, для которых действительны обычные методы определения сопротивления буксируемых судов и тяговых характеристик проектируемого судна применительно к заданным скоростям буксировки. Поэтому оценку сопротивления буксируемых судов и определение мощности буксирного судна рекомендуется производить по установившимся методам.
Сопротивление трения вычисляют по формуле Прандтля-Шлихтинга, как это принято в практике проектных организаций и опытовых бассейнов.
Ориентировочную оценку величины сопротивления корпуса буксира можно произвести по графику Н. К. Кена (рис. 1), построенному на основании испытаний моделей и натурных судов, у которых L/B = 4,2÷6,0 и δ = 0,52÷0,58. График показывает зависимость значений удельного сопротивления трения Rтр и удельного остаточного сопротивления Rост на 1 т водоизмещения от относительной скорости F = υ/√L (υ в узлах). Для получения полного сопротивления с графика снимаются ординаты удельных сопротивлений, суммируются и умножаются на величину водоизмещения. К полученной сумме добавляют 6% на выступающие части.
Интерполяционная кривая зависимости удельного остаточного сопротивления от числа Фруда (рис. 2). Основные соотношения и элементы корпуса испытанных моделей буксирных судов охватывают весь диапазон встречающихся у буксиров величин:
- L/B = 3,1÷4,9;
- В/T = 2,28÷3,2;
- δ = 0,44÷0,60;
- φ = 0,56÷0,68.
Удельное остаточное сопротивление корпуса буксирных судов без выступающих частей при числах Фруда от 0,1 до 0,4 мало зависит от изменения соотношений главных размерений, элементов теоретического чертежа и в известных пределах формы обводов. При небольших значениях L/B форма обводов незначительно влияет на характер волнообразования. А. Н. Гурович и А. А. Родионов предложили для расчета сопротивления судов, у которых L/B<4,5, следующую зависимость:
В озерных и речных условиях обычно водят составы из нескольких барж или секций, сформированных в кильватер, два, три и четыре пыжа.
Величина сопротивления буксирного каната Rк при движении его в воде бывает значительной. Расчет ее может быть произведен по формуле:
- где ΔС — коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления каната вследствие наклона его к горизонту под некоторым углом α.
Коэффициент ΔС принимается по следующим экспериментальным данным:
Экспериментальные данные | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
α | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
ΔС | 0,030 | 0,076 | 0,173 | 0,309 | 0,492 | 0,686 | 0,854 | 0,963 | 1,000 |
Для углов наклона менее 10° ΔС изменяется незначительно:
- R — коэффициент, учитывающий шероховатость каната (для стального каната R = 1,25; для пенькового R = 1,54÷2,0);
- с — коэффициент сопротивления цилиндра, расположенного нормально к потоку при числе Рейнольдса от 104 до 2 · 105, может быть принят равным 1,2;
- 2l — полная длина буксирного каната, м;
- d — диаметр каната, м;
- υ — скорость буксировки, м/с;
- ρ — массовая плотность воды (морской), равная 104 гс · с/м4.
Буксиры-кантовщики в основном работают на неустановившихся режимах. Для определения тяги кантовщика, необходимо рассмотреть типовые маневры, из которых складываются основные виды кантовочных операций, и выбрать из их числа в качестве расчетного тот маневр, на выполнение которого требуется наибольшая тяга.
Такими маневрами (рис. 3) являются:
- Продольное перемещение судна;
- Продольное перемещение судна с одерживанием;
- Перемещение судна лагом;
- Вращение судна вокруг его центра тяжести;
- Вращение судна вокруг его неподвижной оконечности.
Характер кантовочных операций и стесненные условия портовых акваторий обусловливают, как показала практика, участие в кантовочной операции нескольких буксиров, однако число их должно быть по возможности минимальным, так как это упрощает проведение операций, повышает ее безопасность и снижает стоимость. Наиболее быстрый и безопасный способ перестановки судна от одного причала к другому в стесненных условиях портовой акватории — буксировка двумя судами. При выполнении кантовочных операций с крупнотоннажными судами в сложных гидрометеорологических условиях двух буксиров заданной мощности в данном порту может оказаться недостаточно. В таких случаях применяют большее число буксиров, но мощность их используется неполностью вследствие неравнозначности выполняемой работы. Это снижает экономические показатели работы буксиров.
Предлагается к прочтению: Наливные суда
Скорость выполнения любого из перечисленных выше маневров оказывает существенное влияние на величину необходимой тяги буксиров. С одной стороны, в целях повышения экономической эффективности эксплуатации буксиров, желательно повышение скорости перемещения судна при выполнении маневров; с другой — чрезмерное повышение скорости может привести к авариям. Кроме того, высокая скорость при буксировке лагом либо при вращении судна вызывает резкое повышение необходимой тяги, а следовательно, потребуется большая мощность машинной установки буксиров, увеличатся их габариты и стоимость. Практика кантовки и перестановки судов показывает, что скорость продольного перемещения судна не должна превышать 5 уз. Скорость перемещения судна лагом, а также линейная скорость оконечности судна при вращательном движении, должны быть не более 0,5 уз.
Величина необходимой тяги в значительной степени зависит от скорости течения и силы ветра. В ряде портов, особенно находящихся на реках и в устьях рек, есть постоянное течение. В портах, не имеющих постоянного течения, возможны временные течения, вызванные действием ветра. Вызванная скорость ветрового течения подсчитывается по формуле (для средних широт):
- Где υв – скорость ветра, м/с;
- φ — географическая широта места.
Для южных портов вызванная скорость течения при ветре 6 баллов, определенная по приведенной формуле, равна 0,3 уз.
На основании данных различных портов страны средняя скорость течения воды принимается 0,6 м/с. Предельная сила ветра, при которой, как показала практика, возможно нормальное проведение кантовочной операции, равна шести баллам. Выполняя маневры система судно—буксир меняет и скорость, и направление движения. Движение системы в этом случае — неустановившееся, и необходимая тяга буксира изменяется от своего наименьшего значения до наибольшего. При определении необходимой тяги проектируемого буксира достаточно рассматривать установившееся равномерное движение судна под действием силы тяги, развиваемой буксиром. Это дает возможность значительно упростить расчеты необходимой тяги по сравнению с методом интегрирования дифференциального уравнения неустановившегося движения судна, а также использовать обоснованные данные, подтвержденные большим количеством реальных кантовочных операций.
Пользуясь уравнениями равномерного установившегося движения судна, можно определить величину необходимой тяги для выполнения типовых маневров при значениях скорости перемещения судна, скорости течения воды и силы ветра, указанных выше.
Продольное перемещение судна
При выполнении этого маневра считают, что перемещение судна производится по прямолинейному курсу со скоростью 5 уз и что оно осуществляется за счет тяги только одного ведущего буксира. На рис. 4, приведена схема действующих сил при таком маневре.
Обозначения:
- х и у – оси координат;
- L – расчетная длина судна;
- Z1 и Z2 – тяга буксиров-кантовщиков;
- α1 и α2 – углы отклонения тяги буксира-кантовщика от ДП судна;
- Rх – сила сопротивления воды движения судна;
- Rв – сила давления ветра на судно;
- Rтеч – сила дополнительного сопротивления воды движению судна, создаваемого течения.
Направления течения и ветра по отношению к ДП судна выбраны таким образом, чтобы влияние их максимально увеличивало значение необходимой тяги. Угол между направлением ветра и ДП судна должен быть равен 30°, так как при этом получается наибольшее значение силы лобового сопротивления. Для данного и всех рассматриваемых ниже маневров с достаточной точностью положено, что ЦТ судна находится на миделе.
При равномерном прямолинейном движении судна должно быть удовлетворено уравнение равновесия:
- откуда
Продольное перемещение судна с одерживанием
Выполняя этот маневр, буксиры должны обеспечить движение судна также по заданному прямолинейному курсу со скоростью 5 уз и, кроме того, предотвратить снос судна ветром и течением. На рис. 4, б приведена схема действующих сил при продольном перемещении судна с одерживанием.
В случае равномерного прямолинейного движения судна должны быть удовлетворены три уравнения равновесия:
Полагая угол α2 заданным, получим следующие выражения входящих в уравнения величин:
Тяга кормового буксира препятствует сносу судна от воздействия ветра и течения, а также создает дополнительную силу сопротивления продольному перемещению судна. Тяга кормового буксира используется рационально, если сохраняются неравенства:
При определении необходимой тяги ведущего буксира оптимальным будет случай, когда угол между ДП судна и направлением силы тяги кормового буксира α2 окажется равным 45°, т. е. когда Z2sin α2 = Z2cos α2. Решение приведенных уравнений для α2 = 45° дает следующие значения величин:
Перемещение судна лагом
В этом случае при расчете необходимой тяги считают, что указанный маневр осуществляется двумя буксирами, развивающими одинаковые усилия тяги, приложенные к оконечностям судна перпендикулярно его ДП. Течение и ветер направлены в сторону, противоположную движению судна, так же перпендикулярно ДП.
На рис. 4, в приведена схема действующих сил при перемещении судна лагом.
В случае равномерного прямолинейного движения:
- где;
Сила сопротивления воды при движении судна лагом определяется по формуле:
- где ζу — коэффициент сопротивления воды при движении судна лагом.
Читайте также: Промысловые суда
Испытания, проведенные в опытовом бассейне ЛКИ и Гамбургском опытовом бассейне, показали, что независимо от обводов судна ζу=1;
- ρ — массовая плотность воды;
- υ — скорость движения судна относительно воды, м/с;
- L — длина судна между перпендикулярами, м;
- Т — осадка судна, м.
Величина υ складывается из скорости судна относительно неподвижной точки υc и скорости течения υтеч.
Сила давления ветра определяется по формуле:
- где ζв — коэффициент силы давления ветра, зависящий от угла между направлением ветра и ДП судна и от архитектурного типа судна.
Величина ζв принимается по данным испытаний, проведенным в английской Национальной физической лаборатории (табл. 1);
Табл. 1 Значение ζ для различных судов | |||
---|---|---|---|
Состояние нагрузки | Класс судна | ||
танкер | сухогруз | пассажирское судно | |
В грузу | 0,65 | 0,70 | 0,8 |
В балласте (Тб 0,6 Тгр) | 0,75 | 0,78 | – |
- ρ — массовая плотность воздуха при t = 15° С и Н = 760 мм рт. ст., равная;
- υв — скорость ветра, м/с. Как указано выше, расчетная сила ветра принимается равной шести баллам, т. е. 12,4 м/с;
- А — площадь проекции надводной части судна на ДП, м2.
Определив значения указанных величин, получим выражение тяги, необходимой для буксировки судна лагом,
- или для каждого из буксиров;
Вращательное перемещение судна
Вращательное перемещение судна имеет место при развороте судна вокруг его ЦТ или вокруг его неподвижной оконечности.
В случае вращения судна вокруг его ЦТ (рис. 4, г) сила давления ветра не создает момента, влияющего на вращение, поэтому не учитывается.
Вращающий момент, создаваемый силами тяги буксиров Z1 и Z2,
- а так как Z1 ≈ Z2 то;
Для равномерного вращения судна вокруг ЦТ применимо равенство:
- где Mz — момент сил сопротивления воды при вращении судна вокруг ЦТ;
- См — коэффициент момента сил сопротивления воды при вращении судна вокруг ЦТ, равный 0,065;
- ρ — массовая плотность воды;
- ω — скорость вращения судна, об/мин;
Sдп — проекция подводной части судна на ДП, величина которой с достаточной точностью может быть принята равной произведению LT.
Подставив значения определенных величин в правые части выражения Мz, получим величину необходимой тяги одного буксира для вращения судна вокруг ЦТ
При вращении судна вокруг неподвижной оконечности (рис. 4, д) влияние давления ветра на необходимую тягу буксира нужно учитывать, а направление его принимать противоположным направлению движения оконечности судна.
Движение судна вокруг неподвижной оконечности можно рассматривать как движение половины длины вдвое более длинного судна вокруг ЦТ. В этом случае вращающий момент, создаваемый тягой буксира,
Момент сил сопротивления воды:
Подставив в правые части уравнений значения известных величин и приравняв их, после необходимых преобразований, получим тягу буксира, необходимую для выполнения разворота судна вокруг неподвижной оконечности, без учета влияния ветра:
Сравнивая полученные значения тяги, необходимой для разворота судна вокруг ЦТ и вокруг неподвижной оконечности без учета действия ветра, видим, что в первом случае требуется использование двух буксиров с суммарной тягой, равной тяге одного буксира, необходимого для разворота судна вокруг неподвижной оконечности.
Давление ветра при вращении судна вокруг неподвижной оконечности создает дополнительный момент:
Таким образом, при равномерном вращении судна вокруг неподвижной оконечности, момент сил сопротивления воды и ветра будет равен:
Поскольку Mz = 2Z1L = M, то:
Подставив известные величины, получим:
Сравнение полученной величины Z1 с величиной тяги, необходимой для перемещения судна лагом, показывает, что эти величины практически одинаковы. При развороте судна вокруг оконечности угол между ДП судна и направлением течения и ветра будет изменяться, в результате чего силы сопротивления воды и ветра уменьшатся, тогда как при перемещении судна лагом данные величины останутся неизменными. Поэтому в случае перемещения судна лагом потребуется большая величина необходимой тяги буксира, чем при развороте вокруг неподвижной оконечности. Сравнение силы тяги, требующейся для линейного перемещения судна, с тягой, необходимой для выполнения остальных рассмотренных маневров, показало, что она является наименьшей, и поэтому линейная буксировка судна не принимается за расчетный маневр при определении тяги буксира-кантовщика.
Предлагается к прочтению: Центр вращения и его перемещение
В качестве расчетного маневра принимают перемещение судна с одерживанием, для выполнения которого в большинстве случаев требуется наибольшая тяга. Это видно из сравнения данных, приведенных в табл. 2 и 3. Полученный в результате анализа возможных случаев маневр, требующий наибольшей тяги, принимается расчетным. По нему определяются тяга и мощность буксирного судна.
Табл. 2 Расчет необходимой тяги для перемещения судна с одерживанием | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Класс судна | Наименование судна | Водоизмещение с полным грузом D, т | Чистая грузоподъемность Q, т | Сила сопротивления воды Rх, кгс | Сила давления, кгс | Тяга одерживающего буксира Z2, кгс | Угол отклонения ведущего буксира α2, град | Тяга ведущего буксира Z1, кгс | |
течения Rтеч | ветра Rв | ||||||||
Сухогрузы | Шексна | 1 220 | 550 | 940 | 850 | 1 250 | 1 490 | 27° 50′ | 2 250 |
Эльва | 2 120 | 1 054 | 1 230 | 1 450 | 2 320 | 2 660 | 31° 10′ | 3 650 | |
Дмитрий Лаптев | 3 850 | 2 010 | 1 830 | 2 060 | 2 620 | 3 300 | 29° 10′ | 4 780 | |
Верхоянск | 5 660 | 3 010 | 2 570 | 2 650 | 3 310 | 4 220 | 28° 15′ | 6 330 | |
Андижан | 6 659 | 3 960 | 2 800 | 3 110 | 3 550 | 4 700 | 28° 30′ | 6 970 | |
Станиславский | 9 045 | 5 026 | 3 430 | 3 630 | 5 400 | 6 400 | 29° 35′ | 9 120 | |
Сергей Боткин | 11 170 | 6 450 | 4 000 | 4 480 | 5 780 | 7 250 | 29° 20′ | 10 500 | |
Дмитрий Пожарский | 14 245 | 7 907 | 4 620 | 5 100 | 8 160 | 9 370 | 30° 30′ | 13 100 | |
Лениногорск | 16 890 | 9 860 | 5 520 | 6 130 | 7 930 | 9 940 | 26° 15′ | 14 400 | |
Тикси | 17 180 | 10 364 | 5 620 | 6 280 | 7 930 | 10 100 | 29° 15′ | 14 600 | |
Ленинский комсомол | 22 100 | 13 400 | 6 860 | 7 470 | 8 930 | 11 600 | 28° 20′ | 17 200 | |
Танкеры | Буйнак | 953 | 500 | 790 | 740 | 970 | 1 210 | 27° 30′ | 1 860 |
Ненец | 3 100 | 1 316 | 1 700 | 1 930 | 1 790 | 2 630 | 27° 30′ | 4 020 | |
Арарат | 4 310 | 2 300 | 1 960 | 2 010 | 3 760 | 4 100 | 30° 45′ | 5 670 | |
Певек | 6 215 | 4 000 | 2 450 | 2 930 | 3 330 | 4 430 | 29° 20′ | 6 400 | |
Урал | 13 200 | 7 426 | 4 700 | 4 870 | 4 510 | 6 630 | 26° 35′ | 10 500 | |
Егорьевск | 16 250 | 10 200 | 5 080 | 5 800 | 5 750 | 8 170 | 28° 30′ | 12 200 | |
Апшерон | 18 100 | 12 000 | 5 400 | 5 870 | 6 260 | 8 580 | 27° 50′ | 13 000 | |
Пекин | 39 770 | 27 000 | 9 370 | 9 880 | 10 700 | 14 600 | 27° 35′ | 22 300 | |
София | 62 600 | 43 600 | 12 700 | 11 950 | 11 250 | 16 400 | 25° 30′ | 27 000 |
Табл. 3 Расчет необходимой тяги для перемещения судна лагом | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Класс судна | Наименование судна | Водоизмещение с полным грузом D, т | Чистая грузоподъемность Q, т | Длина L, м | Осадка Т, м | Площадь погруженной ДП, м3 | Коэффициент силы давления ветра ζв | Необходимая тяга Z, кгс | |
Сухогрузы | Шексна | 1 220 | 550 | 55,0 | 3,14 | 185 | 0,70 | 2 060 | |
Эльва | 2 120 | 1 054 | 71,40 | 4,10 | 345 | 0,70 | 3 585 | ||
Дмитрий Лаптев | 3 850 | 2 010 | 79,30 | 5,23 | 390 | 0,70 | 4 755 | ||
Верхоянск | 5 660 | 3 010 | 91,60 | 5,85 | 490 | 0,70 | 6 110 | ||
Андижанс | 6 659 | 3 960 | 95,81 | 6,58 | 530 | 0,70 | 7 010 | ||
Станиславский | 9 045 | 5 026 | 106,02 | 6,74 | 800 | 0,70 | 8 790 | ||
Сергей Боткин | 11 170 | 6 450 | 120,50 | 7,52 | 860 | 0,70 | 10 430 | ||
Дмитрий Пожарский | 14 245 | 7 907 | 134,0 | 7,7 | 1 220 | 0,70 | 12 660 | ||
Лениногорск | 16 890 | 9 800 | 141,60 | 8,75 | 1 180 | 0,70 | 14 240 | ||
Тикси | 17 180 | 10 364 | 145 | 8,78 | 1 180 | 0,70 | 14 540 | ||
Ленинский комсомол | 22 100 | 13 400 | 156,00 | 9,72 | 1 320 | 0,70 | 17 035 | ||
Танкеры | Буйнак | 953 | 500 | 50,55 | 2,95 | 155 | 0,65 | 1 720 | |
Ненец | 3 100 | 1 316 | 72,67 | 5,36 | 258 | 0,65 | 4 045 | ||
Арарат | 4 310 | 2 300 | 83,50 | 4,87 | 600 | 0,65 | 5 250 | ||
Певек | 6 215 | 4 000 | 96,92 | 6,12 | 530 | 0,65 | 6 585 | ||
Урал | 13 200 | 7 426 | 124,00 | 7,94 | 720 | 0,65 | 10 405 | ||
Егорьевск | 16 250 | 10 200 | 138,00 | 8,50 | 920 | 0,65 | 12 610 | ||
Апшерон | 18 100 | 12 000 | 141,79 | 8,36 | 1 000 | 0,65 | 13 370 | ||
Пекин | 39 770 | 27 000 | 188,0 | 10,65 | 1 710 | 0,65 | 21 950 | ||
София | 62 600 | 43 600 | 214,0 | 11,3 | 1 800 | 0,65 | 25 720 | ||
Примечание. В табл. 2 и 3 приведены для буксировки судов в грузу (расчет показывает, что для буксировки судов в балласте требуется меньшая тяга). |
Пересчет величины тяги буксирного судна на мощность, потребную для обеспечения этой тяги, с достаточной для первого приближения точностью может быть выполнен по данным удельной тяги. Величину Z0/N для нулевой скорости (на швартовах) следует пересчитать на рабочую скорость буксировки или толкания. Например, для буксиров-кантовщиков при перемещении судна с одерживанием значение Z0/N пересчитывается для режима буксировки со скоростью 5 уз. Для буксиров с винтовыми движителями она составит 12,3 кгс/л. с., для буксиров с крыльчатыми движителями — 8,3 кгс/л. с. Расчет потребной мощности буксиров-кантовщиков с упомянутыми движителями приведен в табл. 4, а зависимость мощности буксира от водоизмещения кантуемого судна показана на рис. 5.
Табл. 4 Расчет мощности буксира-кантовщика | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Класс судна | Наименование судна | Водоизмещение с полным грузом D, т | Необходимая тяга Z, кгс. (см. табл. 2 и 3) | Длина L, м | |||||
винтом | крыльчатом | ||||||||
Сухогрузы | Шексна | 1 220 | 2 250 | 180 | 270 | ||||
Эльва | 2 120 | 3 650 | 290 | 440 | |||||
Дмитрий Лаптев | 3 850 | 4 780 | 380 | 570 | |||||
Верхоянск | 5 660 | 6 330 | 510 | 760 | |||||
Андижанс | 6 659 | 6 970 | 570 | 840 | |||||
Станиславский | 9 045 | 9 120 | 740 | 1 100 | |||||
Сергей Боткин | 11 170 | 10 500 | 850 | 1 260 | |||||
Дмитрий Пожарский | 14 245 | 13 100 | 1 060 | 1 580 | |||||
Лениногорск | 16 890 | 14 400 | 1 170 | 1 730 | |||||
Тикси | 17 180 | 14 600 | 1 190 | 1 760 | |||||
Ленинский комсомол | 22 100 | 17 200 | 1 400 | 2 070 | |||||
Танкеры | Буйнак | 953 | 1 860 | 150 | 220 | ||||
Ненец | 3 100 | 4 045* | 320 | 480 | |||||
Арарат | 4 310 | 5 670 | 460 | 680 | |||||
Певек | 6 15 | 6 585* | 530 | 790 | |||||
Урал | 13 200 | 10 500 | 850 | 1 260 | |||||
Егорьевск | 16 250 | 12 610* | 1 020 | 1 520 | |||||
Апшерон | 18 100 | 13 370* | 1 080 | 1 610 | |||||
Пекин | 39 770 | 22 300 | 1 810 | 2 680 | |||||
София | 62 600 | 27 000 | 2 190 | 3 250 | |||||
* Тяга соответствует маневру перемещения судна лагом, поскольку в этих случаях она является максимальной. |
Для определения потребной мощности буксиров-кантовщиков можно воспользоваться эмпирическими зависимостями мощности буксира от водоизмещения кантуемого судна.
При проектировании винтовых буксиров, предназначенных для кантовки сухогрузных судовСпециализированные суда для перевозки сухих грузов, а также танкеров водоизмещением до 10 тыс. т с достаточной для практики точностью справедлива формула
В случае использования на буксире крыльчатых движителей мощность его можно выбирать по формуле:
Для судов танкерного флота по сравнению с сухогрузными судами требуются буксиры относительно меньших мощностей.
Мощность буксиров, обслуживающих эти суда, при 10 тыс. т < D ≤ 63 тыс. т может определяться по формулам:
- винтовые буксиры;
- буксиры с крыльчатыми движителями;
Для ледовых условий плавания потребная мощность буксиров должна приниматься в 1,2-1,4 раза больше расчетной.
Мощность линейных буксиров и толкачей обычно определяется (или задается) исходя из грузоподъемности буксируемых или толкаемых составов, характерных для того или иного района плавания и экономически обоснованной скорости их движения.
Морская и речная практика буксировки и толкания судов и составов выработала достаточно установившиеся экономически оправданные значения мощности буксиров и толкачей в зависимости от грузоподъемности составов. Эта зависимость обычно характеризуется величиной нагрузки по грузоподъемности на единицу мощности буксирных судов.
Мощность энергетической установки буксиров для свободного хода с заданной скоростью можно приближенно оценить по формулам адмиралтейских коэффициентов CV и С⊗:
- или;
- где V — водоизмещение судна, м3;
- υ — скорость, уз;
- S⊗ —площадь мидель-шпангоута, м2.
Значения СV и С⊗ по построенным судам приведены в табл. 5. Использование адмиралтейских коэффициентов целесообразно для оценки мощности по прототипу при одинаковой с ним скорости движения.
Табл. 5 Значение коэффициентов CV и C⊗ при свободном ходе буксиров | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Наименование судна | Мощность N, л. с. | Объемное водоизмещение V, м3 | Площадь мидель-шпангоута S⊗, м2 | Скорость свободного хода υ, уз | ||
Портовые буксиры с КД | ||||||
Марус | 600 | 166 | 11,3 | 9,5 | 43 | 16 |
Новус | 1 200 | 260 | 14,6 | 12,0 | 59 | 21 |
Европа | 1 250 | 260 | 14,6 | 12,0 | 56 | 20 |
Портовые двухвальные буксиры-кантовщики | ||||||
Крепыш | 300 | 61, 6 | 7,4 | 10,0 | 52 | 25 |
Соцуки Мару | 500 | 107,2 | 9,9 | 10,4 | 51 | 22 |
Бандаи Мару | 900 | 189,1 | 13,8 | 11,7 | 58 | 24 |
Райсухи Мару | 1 000 | 210,0 | 14,2 | 11,6 | 56 | 22 |
Ресопим | 1 060 | 239,0 | 14,5 | 12,0 | 62 | 24 |
Сатурн | 1 200 | 259,0 | 20,6 | 12,0 | 64 | 29 |
Тиеда Мару | 1 320 | 298,0 | 18,5 | 12,5 | 67 | 27 |
Ямото Мару | 1 500 | 292,0 | 18,2 | 12,0 | 51 | 21 |
Труженик | 2 310 | 397,0 | 21,7 | 13,6 | 58 | 24 |
Хирота Мару | 2 400 | 328,0 | 20,7 | 13,1 | 44 | 19 |
Хариу Мару | 3 300 | 590, | 34,0 | 14,3 | 63 | 30 |
Портовые одновальные буксиры-кантовщики | ||||||
Рейд | 600 | 180 | 16,2 | 10,5 | 61 | 31 |
Кастле Ков | 1 230 | 390 | 25,6 | 12,3 | 81 | 38 |
Рейдовые двухвальные буксиры | ||||||
Прибой | 300 | 41,6 | 5,0 | 9,0 | 29 | 12 |
РБТ-1 | 300 | 33,2 | 4,3 | 9,5 | 30 | 12 |
Спутник | 300 | 48,8 | 4,3 | 9,2 | 35 | 12 |
Минин | 300 | 52,6 | 5,3 | 10,0 | 47 | 18 |
Рейдовые одновальные буксиры | ||||||
Ривер | 330 | 87,7 | 8,1 | 8,7 | 41 | 16 |
Куросио | 330 | 97,5 | 8,1 | 10,6 | 36 | 29 |
Проект 73 | 150 | 32,0 | 4,4 | 8,5 | 41 | 18 |
КЖ | 150 | 39,9 | 4,4 | 9,2 | 66 | 23 |
Кокуэ Мару | 650 | 187,0 | 12,0 | 11,0 | 67 | 25 |
Морские линейные буксиры | ||||||
МБ-301 | 225 | 104,5 | 8,8 | 10,0 | 99 | 39 |
Выг | 300 | 179,0 | 12,7 | 10,0 | 106 | 42 |
Шквал | 400 | 216,0 | 13,1 | 9,8 | 85 | 31 |
Гвардеец | 500 | 278,0 | 12,4 | 10,0 | 85 | 35 |
Садко | 750 | 353,0 | 18,8 | 11,2 | 93 | 35 |
Морские многоцелевые буксиры | ||||||
Квитекс | 1 570 | 530 | – | 12,9 | 89 | – |
Кеверне | 1 650 | 438 | 25,4 | 12,9 | 75 | 33 |
Тамаран | 2 100 | 700 | – | 14,0 | 103 | – |
Примечание: | ||||||
1. Объемное водоизмещение подсчитано по формуле | ||||||
2. Площадь мидель-шпангоута определена по формуле | ||||||
3. Мощность в расчетах принята установочная. |
Эффективность использования мощности энергетической установки буксирного судна, в соответствии с его классом, в значительной мере предопределяет тип движительно-рулевого комплекса. От правильного выбора последнего зависят способность осуществлять сложные маневры на ограниченных акваториях, устойчиво держаться на курсе, а для толкачей — способность управлять толкаемыми составами судов, во много раз превосходящими толкач по размерам и водоизмещению.
Основным типом движителя современных буксирных судов всех типов является гребной винт фиксированного шага (ВФШ). Гребные винты имеют от 3 до 6 лопастей. Однако наиболее широкое распространение получили четырехлопастные винты. Большее число лопастей принимается с целью предотвращения или снижения вибрации, но вероятность повреждения таких винтов при работе в насадках со стабилизаторами выше, чем четырехлопастных. Гребные винты в направляющих насадках нашли широкое применение. Буксирных судов с открытыми винтами мало. Объясняется это тем, что насадка увеличивает тягу на гаке до 40-50% в швартовном режиме и до 20—30% при буксировке составов со скоростью 5—6 уз (9—11 км/ч). Кроме того, насадка
предохраняет винт от повреждений при навалах, от намотки буксирного каната, снижает вероятность попадания воздуха к винту при движении на волнении. В последние годы широкое применение нашли поворотные насадки со стабилизаторами, обеспечившими высокую поворотливость судов и составов и управляемость буксирных судов на заднем ходу — качества, необходимые для буксирных судов всех типов.
Предлагается к прочтению: Способы применения буксиров
Пропульсивные качества поворотных насадок со стабилизаторами значительно выше комплекса неповоротные насадки — рули переднего и заднего хода.
Винты регулируемого шага (ВРШ), несмотря на их высокие тяговые характеристикиТяговые характеристики буксирных судов при работе буксирного судна с разными по сопротивлению составами, еще не получили большого распространения вследствие высокой, по сравнению с ВФШ, стоимости, сложности и меньшей живучести, повышенного износа механизма поворота лопастей при работе в речных условиях и, наконец, ввиду несколько меньшего значения к. п. д. на основном режиме работы. Поэтому ВРШ могут быть рекомендованы к установке на морских портовых буксирах в сочетании с поворотными насадками.
Водометный движительный комплекс широко применяется на мелкосидящих толкачах и буксирах с осадкой до 0,9 м, используемых на малых реках. Водометные буксиры имеют полуподводный или подводный выброс струи. Величина удельной тяги их мало отличается от удельной тяги гребных винтов. Маневренные качества буксиров с водометными движителями — высокие.
В зарубежной практике на толкачах малой и средней мощности все чаще применяют поворотные движительно-рулевые колонки (ДРК). Колонки устанавливают при мощности до 1000 л. с. Винты колонок — открытые и в насадках. Успешное распространение ДРК объясняется удобством монтажа двигателей и колонок на судне, высокой эффективностью движителей и рулевого органа: колонки обеспечивают поворот винта в горизонтальной плоскости до 360°.
Крыльчатые движители (КД) находят применение в основном на портовых буксирах, где требуются особенно высокие маневренные качества. Тяга крыльчатых движителей ниже, чем винтовых. Широкому распространению КД мешают также сложность их конструкции, уязвимость и высокая стоимость.
В соответствии с имеющимся опытом эксплуатации и последними исследованиями в качестве движительно-рулевых комплексов могут быть рекомендованы для буксирных судов:
- Морских и рейдовых линейных — гребной винт в поворотной насадке;
- Портовых и рейдовых буксиров-кантовщиков — винты в раздельно управляемых поворотных насадках, ДРК или крыльчатый (один или два) движитель;
- Речных, озерных толкачей и буксиров — винты в раздельно управляемых поворотных насадках;
- Мелкосидящих линейных речных буксиров и толкачей с осадкой 0,3—0,9 м — водометный движитель с полуподводным или воздушным выбросом струи;
- Для рейдовых — поворотные насадки, водометный движитель и ДРК.
Указанные движительно-рулевые комплексы обеспечат буксирным судам высокие тяговые и маневренные качества.