Положение центра тяжести буксира и его водоизмещение

Расчет нагрузки массы судна определяет его водоизмещение, положение центра тяжести и является одним из основных расчетов, выполняемых при проектировании. Расчет нагрузки массы служит для обоснования главных размеренийОпределение главных размерений и водоизмещения буксирных судов и основных элементов, принятых в проекте и проверке его спецификационных (договорных)
характеристик (осадка, тяга, остойчивость и др.). Выполнение расчета нагрузки производится на всех стадиях проектирования судна; предусматривается ряд последовательных приближений.

На стадии технических предложений и при проработке технических заданий на проектирование масса судна подсчитывается по укрупненным измерителям, подбираемым по прототипам. Для этого могут оказаться достаточными данные укрупненной (по разделам) нагрузки масс:

Кр — корпус (металлический корпус, обстройка, окраска, изоляция и оборудование помещений, дельные вещи и судовые устройства);
Ст — системы;
Мш — машинная установка (главная машинная установка с оборудованием, запчастями и трубопроводами, независимые вспомогательные установки с трубопроводами, валопровод и движители, вспомогательная котельная установка);
Эл — электрооборудование, внутрисудовые связь и управление;
Вр — вооружение (средства внешней связи, радиотехническое навигационное оборудование). Для буксиров эта группа при укрупненных подсчетах нагрузки объединяется с предыдущей (Эл);
Жг — жидкие грузы (остатки воды в корпусе, механизмах и трубопроводах, топлива и масла в цистернах и трубопроводах);
Св — снабжение, экипаж, провизия и пресная вода, расходные материалы;
Тп — запасы топлива, воды и масла;
Зв — запас водоизмещения;
Бл — жидкий балласт.

Сумма масс по указанным разделам дает полное водоизмещение судна.

При разработке эскизных и технических проектов расчет нагрузки масс выполняется на базе установленных главных размерений, выбранного основного оборудования, конструктивных схем и чертежей общего расположения. Исполнительная нагрузка масс подсчитывается по рабочим чертежам.

Для использования при проектировании в табл. 1 и 2 приведены укрупненные (по разделам) нагрузки масс построенных буксирных судов. В этих же таблицах даны измерители разделов нагрузки, отнесенные соответственно к кубическому модулю или мощности.

Табл. 1 Измерители нагрузки масс морских и портовых буксиров
Назначение головного судна		Класс Регистра	Мощность N, л. с.	LBH, м¹	Водоизмещение
					порожнем				полное
					D0, т	$\frac{D_{0}}{N}, к г / л . с .$	$\frac{D_{0}}{L B H}, к г / м^{3}$		D, т	$\frac{D}{N}, к г / л . с .$	$\frac{D}{L B H}, к г / м^{3}$
Голиаф		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	2 200	2 880	928	422	322		1 220	55	423
Атлант		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	2 200	3 035	840	382	276		1 205	548	397
Иван Плюсин		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	2 200	2 365	715	358	302		935	468	394
Стремительный		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	1 200	1 980	550	458	278		772	643	390
Кутузов		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	1 200	1 180	367	308	311		470	392	392
Сатурн		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	1 200	952	257	214	270		303	267	290
Рейд		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	600	524	164	274	314		186	310	355
Марс		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	600	462	147	245	318		170	264	368
Крепыш		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	300	184	54	180	293		63	210	342
Олег Кашевой		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	300	198	46	153	232		53	177	268
Прибой		$У Л ★ Р \frac{4}{1} С (б у к с и р)$	300	138	33	110	239		43	143	312
Назначение головного судна	Разделы нагрузки
	Кр		Ст		Мш		Эл		Си		Ти
	масса, т	$\frac{К р}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{С т}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{М ш}{N}, к г / л . с .$	масса, т	$\frac{Э л}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{С в}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{Т п}{N}, к г / л . с .$
Голиаф	525	182	32	11,1	194	88	33	11,5	81	28,1	211	96
Атлант	583	103	25	8,2	189	86	15	5,0	33	10,9	332	151
Иван Плюсин	468	198	36	15,2	145	73	37	15,7	50	21,1	170	85
Стремительный	410	207	12	6,1	99	82	16	8,0	40	20,2	182	152
Кутузов	233	198	12	10,2	102	85	9	7,6	27	22,9	76	63
Сатурн	162	170	12	12,6	64	53	6	6,3	6	6,3	40	33
Рейд	102	195	7	13,3	40	67	7	13,3	3	5,7	19	32
Марс	87	198	5	10,8	43	72	5	10,8	3	6,5	20	33
Крепыш	37	201	3	16,3	11	36	2,4	13,0	1,5	8,2	7	23
Олег Кашевой	31	157	2	10,1	9	30	2,5	12,6	1,5	7,6	6	20
Прибой	23	167	2,2	15,9	5,5	18	1	7,3	1,5	10,9	9	30

Табл. 2 Измерители показатели масс толкачей и буксиров внутреннего плавания
Номер проекта, название главного судна		Класс Регистра	Мощность N, л. с.	LBH, м³	Водоизмещение
					порожнем				полное
					D₀, т	$\frac{D_{0}}{N}, к г / л . с .$	$\frac{D_{0}}{L B H}, т / м^{3}$		D. т	$\frac{D}{N}, к г / л . с .$	$\frac{D}{L B H}, к г / м^{3}$
Р18А		<<М>>	1 200	1 620	447	372	276		541	150	335
1587, Красноярский пионер		<<М>>	540	410	103	190	252		132	244	322
947, Маршал Блюхер		<<О>>	4 600	2 920	852	186	293		1 105	242	380
428, ОТ А-2001		<<О>>	2 000	1 685	536	268	318		664	332	393
749 Б, Плевна		<<О>>	1 340	1 245	382	285	307		490	365	395
Р45		<<О>>	600	627	160	267	255		190	317	303
1741, РТ-601		<<О>>	600	–	–	–	–		–	–	–
Р33		<<О>>	600	–	–	–	–		–	–	–
887, Шлюзовой-1		<<О>>	600	503	159	265	316		182	303	361
Р47		<<О>>	600	602	151	251	252		170	284	283
Р103		<<О>>	300	–	–	–	–		–	–	–
378		<<О>>	300	149	34	114	218		42	140	282
891 Б		<<О>>	225	153	44	196	288		50	222	327
Т-63 М		<<О>>	150	97	17	113	176		19	127	196
908, Речной-1		<<Р>>	450	433	119	265	275		144	320	333
Р14		<<Р>>	450	338	107	238	317		123	273	364
911 Б		<<Р>>	300	302	89	297	296		100	333	331
418 А		<<Р>>	225	154	42	186	273		51	226	331
679		<<Р>>	150	61	14	93	230		17,6	117	288
861у		<<Р>>	150	87	24	160	276		29	193	333
Р96		<<Р>>	150	–	–	–	–		–	–	–
528к		<<Л>>	300	115	50	166	434		61	204	530
319		<<Л>>	35	35	10	286	286		11,2	320	320
Номер проекта, название главного судна	Разделы нагрузки
	Кр		Ст		Мщ		Эл		Сн		Тп
	масса, т	$\frac{К р}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{С т}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{М ш}{N}, к г / л . с .$	масса, т	$\frac{Э л}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{С н}{L B H}, к г / м^{3}$	масса, т	$\frac{Т п}{N}, к г / л . с .$
Р18А	334	206	8	4,9	77	64	13	8,0	11	6,8	63	52
1587, Красноярский пионер	76	186	2,4	5,8	17	31	2	4,9	3,9	9,5	25	46
947, Маршал Блюхер	641	220	23	7,9	130	28	21	7,2	11	3,8	242	53
428, ОТ А-2001	382	225	22	13,0	84	42	19	11,3	6	3,6	122	61
749 Б, Плевна	256	206	16	12,9	79	59	17	13,7	7	5,6	101	75
Р45	119	191	5,5	8,8	22	32	6	9,6	4,2	6,7	26	43
1741, РТ-601	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Р33	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
887, Шлюзовой-1	110	218	5,6	11,1	18	30	17	33,8	4,6	9,2	18	36
Р47	104	174	3,6	6,0	32	53	4,2	7,0	3	5,0	16	27
Р103	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
378	23	154	1,0	6,7	6,7	22	1,0	6,7	1,3	8,7	7	23
891 Б	32	209	1,0	6,5	7,1	32	1,0	6,5	1,0	6,5	5	22
Т-63 М	11,6	120		8,3	3,4	23	0,6	6,4	0,7	7,2	1	7
908, Речной-1	85	196	0,8	7,8	18	40	6,1	14,1	4	9,2	21	47
Р14	74	222	3,4	9,7	19	42	4,1	12,0	–	–	16	36
911 Б	67	222	3,3	10,9	14	47	2,5	8,3	0,8	2,6	10	33
418 А	31	202	1,6	10,4	6	27	1,1	7,2	2,3	14,9	6,4	27
679	9,3	151	0,8	13,1	0,3	2	0,3	4,9	0,7	11,5	2,7	18
861у	18	207	0,9	10,4	3,8	25	0,3	3,4	1,5	17,2	3,5	23
Р96	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
528к	30	261	1,3	11,3	13	43	2,1	18,2	2,0	17,4	9	30
319	7	200	0,5	14,3	2,0	57	0,2	5,7	0,4	11,4	0,8	23

Для буксиров, имеющих удлиненный бак и значительную седловатость, при расчетах модулей, включающих высоту борта — LBH, L (B + H) и т. д., следует вводить поправку на влияние бака или седловатости. Вместо расчетной высоты борта Н в модули нужно ввести величину приведенной высоты борта.

$H ‘ = H + h_{π} \frac{l_{π}}{L} .$

Здесь:

h_п — высота полубака, м;
l_п — длина полубака, м.

Удельное значение подгрупп «Металлический корпус» и «Подкрепления и фундаменты» составляет от раздела «Корпус» (Кр), водоизмещения порожнем и полного долю (в процентах), приведенную в табл. 3.

Табл. 3 Процентное содержание подгрупп <<Металлический корпус, подкрепления и фундаменты>> в разделе <<Корпус>> или в водоизмещении порожнем и полном
Класс буксирного судна	Подгруппы <<Металлический корпус, подкрепления и фундаменты>>
	% от раздела <<Корпус>>		% от водоизмещения порожнем		% от водоизмещения полного
	предельные значения	наиболее повторяющиеся значения	предельные значения	наиболее повторяющиеся значения	предельные значения	наиболее повторяющиеся значения
Океанские и морские линейные	63-68	65	40-48	46	31-35	33
Морские портовые	66-71	69	42-48	47	35-41	39
<<М>>	65	65	47-49	48	36-40	38
<<О>>	55-71	63-66	40-50	45-47	32-43	37-40
<<Р>>	58-67	63-64	41-49	44-46	36-40	37-38
<<Л>>	61-63	62	38-42	40	31-37	32

Масса литых и кованых изделий, входящих в состав корпуса, принимается равной от 3 до 7% веса металлического корпуса.

Ледовые подкрепления увеличивают массу металлического корпуса на 3—4% при проектировании корпуса на классы Л2 и Л3 и на 8—10% — на классы Л1 и УЛ Регистра. Ледовые подкрепления, предусматриваемые Правилами Речного Регистра, увеличивают массу металлического корпуса на 1,5—2%.

Масса судовых систем (Ст) и их измеритель Ст/LBH изменяются в значительных пределах, в зависимости от требований правил классификационных обществ и дополнительных эксплуатационных требований. Например, установка насосов для оказания помощи другим судам, противопожарных средств и т. п.

Масса машинной установки (Мш) и ее измеритель, отнесенный к мощности Мш/N, зависят от типа и мощности примененных двигателей, для двигателей с частотой вращения вала 275—350 об/мин измеритель при близкой по величине мощности в 2—2,5 раза больше, чем у двигателей высокооборотных.

Предлагается к прочтению: Тяговые характеристики буксиров и буксиров-толкачей

Масса раздела нагрузки «Электрооборудование, связь и управление» (Эл), включающего средства внешней связи, радиотехническое и навигационное оборудование, и его измеритель Эл/LBH даже у судов одного типа имеют существенные отличия. Это зависит в основном от дополнительных эксплуатационных требований, уменьшающих или увеличивающих характеристики данного раздела.

Раздел «Снабжение, экипаж и провизия» (Сн) имеет относительно малый удельный вес в полном водоизмещении, составляющий 3—4% у морских линейных и многоцелевых буксиров, около 2% у портовых буксиров и 2—3% у буксирных судовМорские буксирные суда, классификация и виды внутреннего плавания.

В расчете нагрузки раздела Сн масса члена экипажа с багажом принимается равной 110 кг, провизии — 2,5—3 кг (с тарой), пресной воды на одного человека в сутки — в соответствии с санитарными правилами. Снабжение и имущество шкиперское, аварийно-спасательное, а также снабжение машинной установки, электрооборудования, связи и управления составляет в разделе Сн от 32 до 59%, в зависимости от эксплуатационного назначения судна и его автономности.

Запас водоизмещения (Зв) принимается в процентах от водоизмещения порожнем в зависимости от стадии проектирования, наличия прототипа и в соответствии с действующими нормативами.

Для судов водоизмещением от 100 до 1000 т, в число которых входят почти все типы буксирных судов, действующими нормативами установлено принимать запас водоизмещения при наличии близкого прототипа равным: в эскизных проектах ~2%, в технических ~1,5%, а на стадии предэскизных проработок ~2,5%. Если прототипа не имеется, то эти цифры составляют соответственно 3; 2,5 и 4%. Для судов водоизмещением меньше 100 т запас водоизмещения принимается несколько большим.

Раздел нагрузки «Запасы топлива, воды и масла» (Тп) рассчитывается в зависимости от мощности и автономности или дальности плавания.

Для морских линейных и многоцелевых буксиров запас топлива (Рт) определяется в зависимости от заданных дальности плавания r и скорости υ:

$P_{т} = k ρ_{т} \frac{r}{υ} N, Ф о р м . 1$

Где k — коэффициент, учитывающий необходимый запас на непредвиденные задержки в пути вследствие штормовой погоды (морской запас), если соответствующая надбавка не введена непосредственно в заданную дальность плавания; k= 1,10;
р_т — удельный расход топлива на 1 л. с, в час при полной мощности механизмов.

Для линейных толкачей и буксиров внутреннего плавания, а также портовых буксиров вместо дальности плавания и скорости задается продолжительность непрерывного хода (в сутках).

Количество запаса питательной воды на дизельных судах определяется с учетом расхода пара или горячей воды на все нужды судна и предполагаемой утечки через неплотности трубопроводов, потерь, связанных с продувкой котла, кингстонов, травлением пара и пр. Запас питательной воды составляет 5—15% от запасов топлива у морских буксиров, 5—12% у портовых буксиров и 3—5% — у буксирных судов внутреннего плавания.

Расход смазочных масел пропорционален расходу топлива с учетом нормальных потерь на сгорание в цилиндрах и утечки через неплотности в трубопроводах и механизмах. Масса смазочных масел составляет от массы запасов топлива 3—5%.

Процентное соотношение водоизмещения порожнем и полного у морских буксиров равно 70—78%, у рейдовых и портовых — 77—88%, у речных класса «О» — 78—91% и у речных класса «Р» — 81—89%, т. е. имеет тенденцию к возрастанию по мере снижения класса судна.

Отстояние ЦТ судна от основной линии у морских и речных буксиров при водоизмещении порожнем составляет 0,70—0,90 высоты борта, а при полном водоизмещении — 0,60—0,80. Для буксиров с удлиненным баком эти цифры равны соответственно 0,65—69 и 0,56—0,64 приведенной высоты борта.

У толкачей и толкачей-буксиров, имеющих более развитые надстройки и размещенные над палубой сцепные устройстваСцепные устройства буксирных судов, отстояние ЦТ от основной линии больше на 10—15%, чем у буксиров.

При компоновке общего расположения судна полезно знать положение ЦТ по длине судов-прототипов и основные разделы нагрузки их масс. В результате пересчета данных прототипов можно получить положение ЦТ проектируемого судна по длине и оценить приемлемость принимаемого общего расположения с точки зрения необходимой удифферентовки буксира или толкача при различных запасах.

Читайте также: Маневренные характеристики судна

Пользуясь приведенными здесь данными и измерителями, проект должен относиться к ним в известной мере критически, так как постоянное внедрение в судостроение нового оборудования и материалов, совершенствование архитектурных форм и конструктивных решений, а также систематическое улучшение условий обитаемости неизбежно влекут за собой изменение тех или иных показателен.

Сноски

Составляющие водоизмещения и положение центра тяжести буксирных судов