.

Выбор мощности и движительно-рулевого комплекса буксирных судов

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.

Зависимость значений удельного сопротивления трения
Рис. 1 Зависимость значений удельного сопротивления трения и удельного остаточного сопротивления корпусов, имеющих отношение L/B = 4,2÷6,0 и δ = 0,52÷0,58, от относительной скорости

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.
Зависимость удельного остаточного сопротивления
Рис. 2 Зависимость удельного остаточного сопротивления Rост/D буксирных судов от числа Фруда. 1 — зона для всех испытанных моделей; 2 — интерполяция кривая

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:

IgRостD=6.67 Fr 1,37.                    (1)

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:

Rк=ΔСRc·2tdυ2ρ2,                     (2)

  • 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
α102030405060708090
ΔС0,0300,0760,1730,3090,4920,6860,8540,9631,000

 
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.
Схема типовых маневров судна
Рис. 3 Схема типовых маневров судна по действием сил тяги буксиров: а — продольное перемещение судна; б — продольное перемещение судна с одерживанием; в — перемещение судна лагом; г — вращение судна вокруг его ЦТ; д — вращение судна вокруг его неподвижной оконечности. 1 — ведущий буксир; 2 — буксирное судно; 3 — ведомый буксир; 4 — одерживающий буксир; 5 — неподвижная точка оконечности судна

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):

Δυ=0,1υвsin φ,                     (3)

  • 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.

Схема действующих сил в зависимости от вида типового маневра
Рис. 4 Схема действующих сил в зависимости от вида типового маневра; а — продольное перемещение судна; б — продольное перемещение судна с одерживанием; в — перемещение судна лагом; г — вращение судна вокруг его центра тяжести; д — вращение судна вокруг его неподвижной оконечности

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:

Z1RxRтечRв cos 30=0,

  • откуда

Z1=Rx+Rтеч+Rв cos 30.                    (4)

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:

Z1 cos α1Z2 cos α2Rx=0,

Rв+RтечZ1 sin α1Z2 sin α2=0,

Z1 sin α1·0,5LZ2 sin α2·0,5L=0.

Полагая угол α2 заданным, получим следующие выражения входящих в уравнения величин:

Z2=Rтеч+Rв2 sin α2,                    (5)

tg α1=Z2 sin α2Z2 cos α2+Rx,                    (6)

Z1=Z2sin α2sin α1.                    (7)

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:

Z2 sin α2Z2 cos α2,

Z2 cos α2Z1 cos α1.

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:

Z2=0,71 (Rтеч+Rв),                    (8)

tg α1=0,71Z20,71Z2+Rx,                    (9)

Z1=0,71Z2sin α1.                    (10)

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:

Z=Rs+Rв,                    (11)

  • где;

Z=Z1+Z2=2Z1 и Z1=Z2,

Rs=Ry+Rтеч.                    (12)

Сила сопротивления воды при движении судна лагом опреде­ляется по формуле:

Ry=ζyρυ22LT,                    (13)

  • 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.

υ=υc+υтеч=(0,5+0,6)·0,514=0,565 м/с.

Сила давления ветра определяется по формуле:

Rв=ζвρвυ2в2А,                    (14)

  • 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 нагрузкиКласс судна
танкерсухогрузпассажирское судно
В грузу0,650,700,8
В балласте (Тб 0,6 Тгр)0,750,78

 

  • ρ — массовая плотность воздуха при t = 15° С и Н = 760 мм рт. ст., равная;

0,125кг/с2м4;

  • 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,

Z=16,6LT+9,6ζвА                    (15)

  • или для каждого из буксиров;

Z1=8,3LT+4,8ζвА.                    (16)

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,

Mz=Z1L2+Z2L2,

  • а так как Z1 ≈ Z2 то;

Mz=Z1L.                    (17)

Для равномерного вращения судна вокруг ЦТ применимо ра­венство:

Mz=Cмρ2ω2L3Sдп,                    (18)

  • 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;

ω=υ0,5L=2υL;

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

Z1=4,3LT.                    (19)

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,

Mz=Z12L=2Z1L.                    (20)

Момент сил сопротивления воды:

My=Cмρ2ω2L4T·16.                    (21)

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:

Z=8,7LT.                    (22)

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:

Mв=Rв2L2.

Таким образом, при равномерном вращении судна вокруг не­подвижной оконечности, момент сил сопротивления воды и ветра будет равен:

M=My+Mв=Cмρ2ω2·16L4T+ζвρвυ2в2А2L2.

Поскольку Mz = 2Z1L = M, то:

Z1=Cмρ2ω28L3T+ζвρвυ2в4А.

Подставив известные величины, получим:

Z1=8,7LT+4,8ζвА.                    (23)

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 суднаНаименование суднаВодоизмещение с полным грузом D, тЧистая грузоподъемность Q, тСила сопротивления воды Rх, кгсСила давления, кгсТяга одерживающего буксира Z2, кгсУгол отклонения ведущего буксира α2, градТяга ведущего буксира Z1, кгс
течения Rтечветра Rв
СухогрузыШексна1 2205509408501 2501 49027° 50′2 250
Эльва2 1201 0541 2301 4502 3202 66031° 10′3 650
Дмитрий Лаптев3 8502 0101 8302 0602 6203 30029° 10′4 780
Верхоянск5 6603 0102 5702 6503 3104 22028° 15′6 330
Андижан6 6593 9602 8003 1103 5504 70028° 30′6 970
Станиславский9 0455 0263 4303 6305 4006 40029° 35′9 120
Сергей Боткин11 1706 4504 0004 4805 7807 25029° 20′10 500
Дмитрий Пожарский14 2457 9074 6205 1008 1609 37030° 30′13 100
Лениногорск16 8909 8605 5206 1307 9309 94026° 15′14 400
Тикси17 18010 3645 6206 2807 93010 10029° 15′14 600
Ленинский комсомол22 10013 4006 8607 4708 93011 60028° 20′17 200
ТанкерыБуйнак9535007907409701 21027° 30′1 860
Ненец3 1001 3161 7001 9301 7902 63027° 30′4 020
Арарат4 3102 3001 9602 0103 7604 10030° 45′5 670
Певек6 2154 0002 4502 9303 3304 43029° 20′6 400
Урал13 2007 4264 7004 8704 5106 63026° 35′10 500
Егорьевск16 25010 2005 0805 8005 7508 17028° 30′12 200
Апшерон18 10012 0005 4005 8706 2608 58027° 50′13 000
Пекин39 77027 0009 3709 88010 70014 60027° 35′22 300
София62 60043 60012 70011 95011 25016 40025° 30′27 000

 

Табл. 3 Расчет необходимой тяги для перемещения судна лагом
Класс суднаНаименование суднаВодоизмещение с полным грузом D, тЧистая грузоподъемность Q, тДлина L, мОсадка Т, мПлощадь погруженной ДП, м3Коэффициент силы давления ветра ζвНеобходимая тяга Z, кгс
СухогрузыШексна1 22055055,03,141850,702 060
Эльва2 1201 05471,404,103450,703 585
Дмитрий Лаптев3 8502 01079,305,233900,704 755
Верхоянск5 6603 01091,605,854900,706 110
Андижанс6 6593 96095,816,585300,707 010
Станиславский9 0455 026106,026,748000,708 790
Сергей Боткин11 1706 450120,507,528600,7010 430
Дмитрий Пожарский14 2457 907134,07,71 2200,7012 660
Лениногорск16 8909 800141,608,751 1800,7014 240
Тикси17 18010 3641458,781 1800,7014 540
Ленинский комсомол22 10013 400156,009,721 3200,7017 035
ТанкерыБуйнак95350050,552,951550,651 720
Ненец3 1001 31672,675,362580,654 045
Арарат4 3102 30083,504,876000,655 250
Певек6 2154 00096,926,125300,656 585
Урал13 2007 426124,007,947200,6510 405
Егорьевск16 25010 200138,008,509200,6512 610
Апшерон18 10012 000141,798,361 0000,6513 370
Пекин39 77027 000188,010,651 7100,6521 950
София62 60043 600214,011,31 8000,6525 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 суднаНаименование суднаВодоизмещение с полным грузом D, тНеобходимая тяга Z, кгс.
(см. табл. 2 и 3)
Длина L, м
винтомкрыльчатом
СухогрузыШексна1 2202 250180270
Эльва2 1203 650290440
Дмитрий Лаптев3 8504 780380570
Верхоянск5 6606 330510760
Андижанс6 6596 970570840
Станиславский9 0459 1207401 100
Сергей Боткин11 17010 5008501 260
Дмитрий Пожарский14 24513 1001 0601 580
Лениногорск16 89014 4001 1701 730
Тикси17 18014 6001 1901 760
Ленинский комсомол22 10017 2001 4002 070
ТанкерыБуйнак9531 860150220
Ненец3 1004 045*320480
Арарат4 3105 670460680
Певек6 156 585*530790
Урал13 20010 5008501 260
Егорьевск16 25012 610*1 0201 520
Апшерон18 10013 370*1 0801 610
Пекин39 77022 3001 8102 680
София62 60027 0002 1903 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.

Зависимость потребной мощности буксиров-кантовщиков
Рис. 5 Зависимость потребной мощности буксиров-кантовщиков от водоизмещения сухогрузных (- — — — пунктирная линия) и нефтеналивных (———— непрерывная линия) судов. 1 — винтовые буксиры; 2 — буксиры с крыльчатыми движителями

При проектировании винтовых буксиров, предназначенных для кантовки сухогрузных судов, а также танкеров водоизмещением до 10 тыс. т с достаточной для практики точностью справедлива формула

N=0,06D+200 л. с.                    (24)

В случае использования на буксире крыльчатых движителей мощность его можно выбирать по формуле:

N=0,09D+260 л. с.                    (25)

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;

N=140+6,17(D100)0,005(D100)2л. с.                     (26)

  • буксиры с крыльчатыми движителями;

N=224+8,85(D100)0,007(D100)2л. с.                     (27)

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:

N=V23υ3CV                    (28)

  • или;

N=Sυ3C,                    (29)

  • где V — водоизмещение судна, м3;
  • υ — скорость, уз;
  • S —площадь мидель-шпангоута, м2.

Значения СV и Спо 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 суднаМощность N, л. с.Объемное водоизмещение  V, м3Площадь мидель-шпангоута S, м2Скорость свободного хода υ, узCV=V23υ3NC=Sυ3N
Портовые буксиры с КД
Марус60016611,39,54316
Новус1 20026014,612,05921
Европа1 25026014,612,05620
Портовые двухвальные буксиры-кантовщики
Крепыш30061, 67,410,05225
Соцуки Мару500107,29,910,45122
Бандаи Мару900189,113,811,75824
Райсухи Мару1 000210,014,211,65622
Ресопим1 060239,014,512,06224
Сатурн1 200259,020,612,06429
Тиеда Мару1 320298,018,512,56727
Ямото Мару1 500292,018,212,05121
Труженик2 310397,021,713,65824
Хирота Мару2 400328,020,713,14419
Хариу Мару3 300590,34,014,36330
Портовые одновальные буксиры-кантовщики
Рейд60018016,210,56131
Кастле Ков1 23039025,612,38138
Рейдовые двухвальные буксиры
Прибой30041,65,09,02912
РБТ-130033,24,39,53012
Спутник30048,84,39,23512
Минин30052,65,310,04718
Рейдовые одновальные буксиры
Ривер33087,78,18,74116
Куросио33097,58,110,63629
Проект 7315032,04,48,54118
КЖ15039,94,49,26623
Кокуэ Мару650187,012,011,06725
Морские линейные буксиры
МБ-301225104,58,810,09939
Выг300179,012,710,010642
Шквал400216,013,19,88531
Гвардеец500278,012,410,08535
Садко750353,018,811,29335
Морские многоцелевые буксиры
Квитекс1 57053012,989
Кеверне1 65043825,412,97533
Тамаран2 10070014,0103
Примечание:
1. Объемное водоизмещение подсчитано по формуле V=D1,025.

2. Площадь мидель-шпангоута определена по формуле S=βBT=0,83 BT.
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 характеристики 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 па 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.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Май, 08, 2019 666 0
Читайте также