Безопасность эксплуатации судна

Безопасность эксплуатации судна – это комплекс мероприятий и стандартов, направленных на обеспечение безопасности всех аспектов морской деятельности, включая плавание, обслуживание судов, оборудование, а также защиту экипажа и окружающей среды.

Существуют различные международные организации, такие как IMO (Международная морская организация), которые разрабатывают и утверждают стандарты безопасности для морского судоходства. Международные конвенции, такие как SOLAS (Международная конвенция о безопасности жизни на море), устанавливают основные нормы для безопасности судов и жизни на море.

Согласно этому принципу, на всякое тело, погруженное в жидкость, действует поддерживающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости. Если вес тела меньше веса вытесненной жидкости, тело будет плавать. Если вес тела больше веса вытесненной жидкости, тело будет тонуть.

Плавучесть широко используется в судостроении, аэрокосмической промышленности и других областях для создания плавательных средств и аппаратов, способных держаться на поверхности жидкости.

Для удержания судна на плаву нужно корректно вычислять запас плавучести, остойчивость и запас глубины. Все основные параметры рассмотрены ниже.

Запас плавучести судна

Для обеспечения безопасности плавания судно должно обладать определенной потенциальной плавучестью – запасом плавучести, характеризуемой величиной непроницаемого для воды объема корпуса, расположенного выше действующей ватерлинии. Следовательно, запасом плавучести можно считать то количество грузов (или воды), которое судно может принять сверх уже находящихся на нем до полной потери плавучести.

Запас плавучести обычно выражается в процентах от водоизмещения судна с полным грузом, т. е. является относительным запасом плавучести. Если непроницаемый для воды надводный объем корпуса обозначить через V_Н, тo относительный запас плавучести выразится отношением:

$А=\frac{V_H}{V}·100\%$

Относительный запас плавучести различен у судов разных типов и составляет: для пассажирских судов – около 80 %, сухогрузов – 25–50 % и танкеров – 15–25 %.

Сохранение запаса плавучести и его конструктивное обеспечение имеют жизненно-важное значение для всякого судна. Достаточный запас плавучести в процессе проектирования и постройки судна достигается рядом конструктивных мероприятии, к числу которых относятся: обеспечение достаточной высоты надводного борта, устройство водонепроницаемых закрытий и разделение судна на отсеки прочными водонепроницаемыми переборками и палубами. При отсутствии последних, любое повреждение подводной части судна может привести к полной потере запаса плавучести и гибели судна. Запас плавучести в этом случае конструктивно не обеспечен.

Величина надводного борта

Запас плавучести непосредственно связывают с высотой надводного борта: чем она больше, тем больше запас плавучести. Поэтому высоту надводного борта судна принимают в качестве основного измерителя запаса плавучести и регламентация запаса плавучести в определенной степени сводится к нормированию минимальной высоты надводного борта, допускаемой с точки зрения обеспечения плавучести судна.

Предлагается к прочтению: Непотопляемость судна

Допустимая высота надводного борта, именуемая в “Правилах о грузовой марке морских судов” (1974 г.) минимальным надводным бортом, обеспечивает судну запас плавучести, который считается достаточным для безопасного плавания в определенных районах и в определенное время года. Высоту безопасного надводного борта устанавливают для каждого судна в зависимости от его длины, коэффициента общей полноты, седловатости (продольной погиби) палубы, погиби бимсов и других факторов. При назначении судну минимального надводного борта принимается во внимание также его прочность и наличие эффективных средств защиты самого судна и его личного состава от воздействия среды (закрытия люков, отверстий в бортах, палубах и надстройках; средства доступа в судовые помещения; леерные ограждения).

Грузовая марка

Чтобы избежать перегрузки судна при эксплуатации, установленное значение надводного борта фиксируют путем нанесения на каждом борту судна грузовой марки (Load Line), состоящей из палубной линии, знака грузовой марки и марок, применяемых со знаком грузовой марки.

Различают обычную международную грузовую марку и специальные грузовые марки, которые наносят на борт некоторых судов помимо обычных марок (лесовозыСпециализированные суда для перевозки сухих грузов, пассажирские суда загран. плавания) или взамен них (наливные суда, морские суда внутреннего плавания).

Международная грузовая марка имеет следующий вид:

В международную грузовую марку входит следующий ряд марок:

1. Летняя грузовая марка Л (S – summer) – минимальный надводный борт для летнего плавания судна в морской воде.
2. Зимняя – 3 (W – winter) – зимний надводный борт, который получают увеличением летнего на 1/48 летней осадки.
3. Зимняя грузовая марка для северной Атлантики – ЗСА (WNА – winter north atlantic). У судов длиной более 100,5 м этот минимальный борт совпадает с нормальным зимним. У судов длиной менее 100,5 м он увеличен на 50 мм, т. к. условия плавания судов сравнительно малых размеров более тяжелые.
4. Тропическая – Т (Т– tropical) – получена путем уменьшения летнего надводного борта на 1/48 летней осадки.
5. Грузовая марка для пресной воды – П (F – fresh water) – положение этой марки по высоте определяется вычитанием из летнего надводного борта значения изменения осадки судна при переходе из морской воды в пресную.
6. Тропическая марка для пресной воды – ТП (ТF – tropical fresh water) – ее получают уменьшением тропического надводного борта на величину изменения осадки при переходе из соленой воды в пресную.

Буквы BV на марке обозначают классификационное общество, под надзором которого находится данное судно – в данном случае BUREAU VERITAS.

Для лесовозов существует специальная лесная грузовая марка, которая наносится левее знака грузовой марки. Она уменьшает надводный борт, т. к. лес придает судну дополнительную плавучесть.

Пассажирские марки обозначаются литерами С1, С2, С3 и т. д., расположены перпендикулярно вертикальной линии в корму.

Существует специальная грузовая марка для судов внутреннего плавания. Она имеет вид:

Назначение минимального надводного борта этих судов зависит от района плавания этих судов.

Судам, совершающим международные рейсы, регистром выдается “международное свидетельство о грузовой марке”, которое составляется на русском и английском языках.

Требования регистра к остойчивости судов, нормы остойчивости

Цель нормирования остойчивости судов – обеспечение необходимой и достаточной остойчивости для безопасного плавания судов в эксплуатационных условиях.

Остойчивость судна проверяют по основному и дополнительным критериям. По основному критерию остойчивости безопасность плавания проверяют в штормовую погоду. Судно должно, не опрокидываясь, противостоять одновременному действию динамически приложенного давления ветра и бортовой качки при наихудшем в смысле остойчивости варианте нагрузки. Остойчивость судов считается достаточной, если динамически приложенный кренящий момент давления ветра М_КР равен опрокидывающему моменту М_опр или меньше него, т. е. безопасность судна гарантирована при М_КР ≤ М_опр.

Отношение М_опр/М_КР называется критерием погоды К и должен быть равен:

$К={М}_{оп}{М}_{кр}\ge 1$

Кренящий момент от давления ветра вычисляется по формуле:

${М}_{кр}=0,001·{Р}_{В}·S_{П}·Z_{П}$

где:

• Pв – условное расчетное давление ветра, Па;
• Sп – площадь парусности, м²;
• Zп – отстояние центра парусности от плоскости действующей ватерлинии, м.

Давление ветра Рв определяется по таблицам “Правил классификации и постройки морских судов” Регистра в  зависимости от района плавания и значения Zп. Такие же таблицы могут быть приведены также в документе Ship Particulars или в документе Stability Booklet. Для определения величин Sп и Zп может использоваться график элементов парусности судна, показанный ниже на рис. 5.

Опрокидывающий момент M_опр определяется по диаграмме динамической или статической остойчивости, рассчитанной с учетом влияния свободной поверхности жидких грузов. Определение опрокидывающего момента M_опр производится для наиболее опасного случая, когда судно наклонено в сторону противоположную действию внешнего динамического кренящего момента. Для этого рассчитывается условная амплитуда качки судна θr по формуле:

$\theta r=X1·X2·Y,$

где:

• X1, X2 – безразмерные множители;
• Y – множитель, град.

Все эти множители можно определить с помощью таблиц, которые приведены в указанной выше документации.

Остойчивость проверяется при всех вариантах нагрузки. Для судов тех типов, по которым отсутствуют специальные указания, в число вариантов нагрузки, подлежащих проверке, входят следующие:

• судно с полным грузом и полными запасами;
• судно с полным грузом и 10 % запасов;
• судно без груза с полными запасами;
• судно без груза с 10 % запасов.

Критерий погоды К считается основным, так как он в какой-то степени связывает значение остойчивости с оценкой действующих на судно внешних сил. Помимо критерия погоды К Правила Регистра регламентируют параметры диаграммы статической остойчивости. Согласно требованиям Правил, максимальное плечо диаграммы статической остойчивости морских судов всех типов должно быть не менее 0,25 м (при длине судна менее 80 м) и не менее 0,2 м (при длине судна более 105 м) при угле крена более 30 град.

Предел положительной статической остойчивости, характеризуемый углом заката диаграммы, должен быть не менее 60 град. У судов с отношением B/T более 2,0 возможно некоторое уменьшение угла заката, соответствующего максимальному плечу диаграммы.

В качестве дополнительного условия достаточной остойчивости угол максимума диаграммы должен быть более 30 град. Также правила требуют, чтобы исправленная (с учетом влияния свободной поверхности жидких грузов) метацентрическая высота у всех судов при всех возможных вариантах нагрузки была положительной.

Читайте также: График дифферента (Диаграмма осадки носом и кормой)

Помимо рассмотренных общих критериев остойчивости Правила предусматривают ряд дополнительных критериев, обусловленных типом судна. Так, остойчивость пассажирских судов определяют для случая скопления пассажиров на одном борту и при повороте судна под действием руля (крен на циркуляции). Остойчивость буксиров проверяют при поперечном рывке буксирного троса.

Таким образом, коротко требования Регистра к остойчивости морского неповрежденного судна можно выразить так:

• K = М_опр/М_кр ≥ 1;
• l_ст ≥ 0,25 м (при L ≤ 80 м), l_ст ≥ 0,20 м (при L ≥ 105 м);
• θ _max ≥ 30°;
• θ _зaк ≥ 60°;
• h > 0.

Для сухогрузных судов дополнительно ограничивается избыточная остойчивость путем её проверки по критерию ускорения:

$К*=\frac{0,3}{{а}_{расч}}\ge 1$

С более подробным описанием проверки Норм остойчивости судна можно ознакомиться в учебных пособиях с названием «Практические расчеты мореходных качеств судна», а также в Правилах классификации и постройки морских судов Регистра или на английском языке в документе «Code on INTACT STABILITY for oll types of ships».

Требования к остойчивости судов, перевозящих насыпные грузы

Согласно положениям Правил Регистра остойчивость судна, перевозящего насыпные грузы, считается достаточной, если: угол статического крена судна θ_ст не превысит 8 град; протяженность диаграммы статической остойчивости будет не менее 55 град. Так же, как для других судов h > 0, l_ст ≥ 0,2 м (при L > 105 м), K ≥ 1.