Сближение судна с причалом, оптимальная скорость судна

После остановки крупнотоннажного судна на траверзе причала на расстоянии от него 100—150 м (рис. 4, 6) начинается процесс сближения с причалом, при этом диаметральная плоскость судна должна быть параллельна причальной линии или располагаться под минимальным углом. При посещении порта следует записывать истинный курс судна, стоящего у причала, с тем, чтобы при повторных заходах по величине истинного курса контролировать параллельность диаметральной плоскости судна причальной линии. Скорость движения судна лагом является важнейшим фактором, обеспечивающим безопасность маневра.

Как показано на рис. 4, после остановки судна буксировщики 2 и 4 со стороны борта, обращенного к причалу, переходят на противоположный борт и, не подавая швартовых, занимают положение, перпендикулярное борту крупнотоннажного судна, и начинают работу на «укол», т. е. толкание судна лагом к причалу. Затем буксировщики 1 и 3, потравив буксирный трос с носовой буксирной лебедки до 70 м, отходят от борта судна и занимают положение перпендикулярно борту судна, работая движителем на самый малый ход «назад», держа все время буксирный трос втугую. Расстояние в 70 м до борта судна необходимо для того, чтобы достичь максимальной силы торможения, так как, если бы буксировщик стоял вблизи борта, особенно груженого крупнотоннажного судна, и работал движителем на задний ход, то сила упора движителей компенсировалась бы силой давления отбрасываемой движителем струи, и сила торможения была бы невелика.

Позиция буксировщиков, направление упора, указанное на рис. 4, б, в дальнейшем сохраняются вплоть до сближения крупнотоннажного судна с причалом вплотную (рис. 4, а). Так как буксировщики, работающие в паре, однотипны, то они обычно поддерживают одинаковую частоту вращения, которая в процессе сближения уточняется с тем, чтобы скорость сближения носа и кормы была одинакова.

В начале процесса сближения буксировщики 2 и 4 работают на оборотах полного переднего хода, т. е. сила упора значительно превышает силы упора двух буксировщиков, работающих на самый малый задний ход (1 и 3), т. е. 2F_П._Х> 2F_З.Х. После достижения допускаемой скорости сближения с причалом буксировщики 2 и 4 уменьшают обороты движителей до малого хода, т . е. их силы упора выравниваются с силами буксировщиков 1 и 3; 2F_П._Х= 2F_З.Х, и судно, замедляя скорость, движется в сторону причала по инерции. При приближении к причалу на расстояние 3—4 м буксировщики 1 и 3 увеличивают обороты движителей до полного зад-негр хода и их силы упора значительно превышают силы упора буксировщиков 2 и 4, т. е. 2F_П._Х< 2F_З.Х, и начинается процесс торможения скорости сближения с причалом, доводя ее до нуля на расстоянии около 1 м До причала. При этом обороты буксировщиков 1 и 3 и 2 и 4 регулируются в зависимости от скорости сближения судна с причалом. В непосредственной близости от причала подаются носовой а кормовой швартовные концы, а затем шпринги и прижимные. В процессе выбора швартовных тросов судно подводится вплотную к причалу. После закрепления швартовных тросов буксировщики отходят.

Рассматриваемая схема удобна тем, что практически мгновенно позволяет изменять как величину, так и направление управляющей силы, перпендикулярной борту судна, и в распоряжении судоводителя имеется возможность в случае появления ошибок или промахов, внезапных порывов ветра или обрывов буксирного троса компенсировать их. Однообразие схемы позволяем быстро приобрести опыт швартовки, а однотипность буксировщиков обеспечивает их взаимозаменяемость в процессе маневра и одинаковую скорбеть сближения носа и кормы.

При швартовке крупнотоннажных танкеров в порту Новороссийск применяется схема из четырех буксировщиков, при которой два буксировщика осуществляют буксировку с помощью буксирных тросов, поданных с носа и кормы судна (буксировщики по 2300 л. с.), и два буксировщика располагаются в носовой и кормовой частях судна перпендикулярно борту крупнотоннажного судна, противоположного причалу.

Швартовка — Рис. 1 Схема расстановки буксиров при швартовке танкера

На рис. 1 показана схема расстановки буксиров, а на рис. 2—схема их работы и траектория движения судна при подходе к причалу «Шесхарис» танкера водоизмещением 125 тыс. т после съемки с якоря на расстоянии около 1,5 миль от причала. Цифрами с градусами обозначены углы между диаметральной плоскостью судна и направлением буксирного троса. Режим работы буксиров обозначен на рис. 2 сокращенно:

ППХ — полный передний ход;
ПСХ — то же средний;
ПСМ — то же малый.

Рис. 2 Маневр подхода к причалу теплохода «Маршал Жуков»

На рис. 3 показаны изменения скорости хода судна v курса ΔК, перекладок руля α_р, угловой скорости ω и частоты вращения вала двигателя п при подходе этого судна к причалу.

Максимальная скорость буксировки не превышала 3 уз, главный двигатель при подходе к траверзу причала включался для торможения суднаОптимальные способы торможения судов на самый малый задний ход в течение 4 мин. При работе двигателя отклонение носа судна вправо компенсировалось работой буксировщика l (см. рис. 1). Сближение судна с причалом производилось работой буксиров 2 и 3 на полный передний ход в течение 4 мин, а затем на передний малый ход.

Маневр — Рис. 3 Характеристики маневра подхода к причалу теплохода «Маршал Жуков»

Судно было остановлено на расстоянии 5—7 м от причала, а затем после подачи Швартовых было подтянуто к причалу. Движение судна при сближении с причалом лагом носит сложный характер, и его можно рассматривать как сумму поступательного перемещения центра тяжести со скоростью v₀ и вращения вокруг вертикальной оси, проходящей через ц. т. судна, с угловой скоростью ω.

Контакт судна с отбойными устройствами причала происходит в общем случае в момент t₀ под некоторым

$v_{K} = v_{0} + ω_{0} \cdot R_{Ц . Т} (1)$

углом а к диаметральной плоскости судна. При этом скорость в точке контакта v_k зависит от угловой скорости вращения и расстояния Я_ц._т до центра тяжести судна.

Если вращательное движение ω₀ и угол а равны нулю, распределение нагрузки равномерно между отбойными устройствами и поэтому швартовка опасна.

Как показывают исследования, величина угловой скорости при сближении с причалом лагом у крупнотоннажных судов незначительна и не превышает 5—10°/мин, поэтому при расчете динамики сближения с причалом ею можно пренебречь. Тогда на основании системы уравнений (31) движение судна лагом при сближении с причалом будет описываться уравнением:

$m (1 + λ_{22}) \frac{d u_{л}}{d t} = \pm 2 F_{б} - R_{У С Т} (\frac{u_{л}}{u_{у с т}})^{2}, (2)$

где F_Б — сила упора, создаваемая буксировщиком перпендикулярно борту («плюс» — при разгоне, «минус» — при торможении);
R_уст — сила бортового сопротивления воды при движении лагом в установившемся режиме движения;
v_уст—скорость движения лагом при установившемся движении;
v_л — скорость движения судна лагом.

Разделяя переменные и интегрируя уравнение, после несложных преобразований получим следующий закон изменения скорости при разгоне:

$u_{л} = u_{У С Т} - \frac{2 u_{у с т}}{1 + е^{α t}} . (3)$

Закон изменения пройденного расстояния S_л при этом будет иметь вид:

$S_{л} = u_{У С Т} (t - \frac{1}{2 a} \ln |\frac{2 e^{a t / 2}}{1 + e^{a t}}|) . (4)$

В этих формулах обозначено

$α \frac{2 R_{У С Т}}{m (1 + λ_{22}) u_{У С Т}}, и л и α = \frac{4 F_{б}}{m (1 + λ_{22}) u_{У С Т}} .$

При движении лагом по инерции, когда 2F_б = 0, уравнение движения приобретает вид

$m (1 + λ_{22}) \frac{d u_{л}}{d t} = - R_{У С Т} (\frac{u_{л}}{u_{У С Т}})^{2} (5)$

После преобразований получим:

$u_{л} = \frac{2 u_{У С Т}}{2 + a t}; (6)$

$S_{л} = \frac{2 u_{У С Т}}{a} \ln (1 + 0, 5 a t) . (7)$

На рис. 4 показаны изменение скорости v_л и пройденного расстояния при разгоне танкера типа «Крым» (длина 295 м, средняя осадка 2,0 м, водоизмещение 100 тыс. т) при толкающих усилиях 2F_Б, равных 200, 300 и 400 кH. Установившаяся скорость перемещения лагом наступает через 4 мин и равна при толкающем усилий 200 кН 0,12 м/с, при 300 кН —0,16 м/с; при 400 кН —0,20 м/с.

Скорость судна — Рис. 4 Графики увеличения скорости и пройденного расстояния теплохода «Крым» в балласте при разгоне лагом

Соответственно танкер проходит 30—40 м. При определении динамики движения судна лагом и режима работы буксиров необходимо учитывать силы, действующие на судно от ветра и течения, которые будут усиливать или ослаблять действие сил упора буксиров. Например, для танкера с приведенными выше характеристиками конечная скорость перемещения лагом при ветре и течении со скоростью 0,10 м/с, которые действуют на тот же борт, что и толкающее усилие 600 кН от двух буксиров, будет равна 0,43 м/с (рис. 5).

Уменьшение толкающих усилий или полное прекращение работы буксиров вызывает снижение скорости, а по истечении некоторого времени его остановку. На рис. 6 приведены графики изменения скорости и расстояния при уменьшении силы упора буксировщиков до нуля, т. е. при пассивном торможении скорости перемещения лагом теплохода «Маршал Жуков». В рассмотренном примере танкер, имевший скорость перемещения лагом 0,20 м/с, остановится через 10 мин после прекращения работы буксиров, пройдя расстояние 32 м.

Скорость танкера — Рис. 5 Скорости перемещения танкера лагом при течении и ветре (сплошная линия — при приливе со скоростью 0,10 м/с; штриховая — при отливе со скоростью 0,10 м/с) при толкающих усилиях 200 кН (1). 300 кН (2) и 400 кН (3)

Приведенные графики позволяют решать задачу о выборе режима работы буксировщиков при сближении с причалом. В этом случае не следует подводить судно вплотную, надо остановить его на расстоянии 5—6 м, а уже потом осуществлять сближение вплотную с помощью буксиров. Для контроля скорости сближения на причалах устанавливаются измерители скоростей швартовки на специальном табло, в которых указываются как -скорость сближения носа и кормы судна, так и расстояние до причала.

Торможение судна — Рис. 6 Изменение скорости движения лагом при пассивном торможении груженого теплохода «Маршал Жуков»

Одним из способов измерения скоростей движения лагом при сближении судна с причалом может быть система доплеровских гидроакустических лагов типа «Онега», ДН-10, МХ-8801, TSM-5710 и другие, которые измеряют скорость с погрешностью, не превышающей 1%. На рис. 7 и рис. 8 приведены схема “швартовки и результаты измерений скорости танкера «Таккакура- мару» водоизмещением 271 тыс. т в порту Кинре, записанная с помощью гидроакустического доплер-лага типа DN-10 и измерителем скорости на причале. При этом показания последнего были пересчитаны с учетом разницы расположения датчиков скорости на судне. Сравнительные данные показывают, что системы гидроакустических доплеровских лагов могут с успехом заменить измерители скорости на причале, вполне при годны для контроля скорости сближения судна лагом во время швартовки.

По исследованиям, проведенным В. И. Гапоненко в порту Новороссийск, средняя скорость при контакте танкеров водоизмещением от 10 до 80 тыс. т составляет 0,05 м/с. Однако в отдельных случаях скорости при контакте с причалом достигали 0,20—0,34 м/с. Величина угла а_прмежду диаметральной плоскостью судна я причальной линией изменялась от 0 до 4°30′, а среднее значение составило 0°42′. Если нагрузка от навала на причал сосредоточивается на одном или незначительном числе отбойных устройствСпасательные и другие устройства буксирных судов, возможны случаи повреждения борта или причального сооружения.

Скорость швартовки судна — Рис. 8 Результаты измерений скорости швартовки судна «Така-кур’е-мару»: (vk — скорость кормы; vH — скорость носа)

На рис. 9 приведены функции обеспеченности основных параметров швартовки танкеров в момент контакта с причалом, полученные В. И. Гапоненко. 50% швартовок производилось в условиях, когда нагрузка на причал не превышала 700 кН.

Навал судна при швартовке — Рис. 9 Функции обеспеченности Р основных параметров навала судна на причал при швартовке: 1 —относительное водоизмещение судна К=W/швWi, 2— скорость о точки контакта судна с причалом, 3 — угол αПР между диаметральной плоскостью судна и причальной линией, 4—нагрузка на причал F

Предельно допускаемая скорость при касании судна к причалу может быть определена по формуле

$u_{П . Д} = \sqrt{\frac{2 g E_{k}}{k D_{c}}}, (8)$

где g — ускорение силы тяжести, м/с;
Е_К — критическое значение энергии отбойных устройств, причального сооружения и корпуса судна, Дж;
к — коэффициент приведенной массы удара судна;
D_c — водоизмещение судна в момент швартовки, т.

На рис. 10 приведены графики для определения рекомендуемых и предельных скоростей при сближении судна с причалом для судов с различным водоизмещением.

Рекомендуемые скорости судна — Рис. 10 График для определения рекомендованных и предельных скоростей при сближении судна с причалами: 1 – сквозной конструкции с трапецеидальными резиновыми отбоями, глубина у причала 13 м, 2 — типа вертикальной станки с отбоями из резиновых пакетов с тремя трубами диаметром 300 мм, глубина у причала 11,5 ; 3 — сквозной конструкции с отбоями из резиновых пакетов с тремя трубами диаметром 300 мм, глубина у причала 13 м, 4 – сквозной конструкции с отбоями из двухрядных развесок резиновых труб диаметром 400 мм, 5 — типа вертикальной стенки с отбоями из однорядной развески резиновых труб диаметром 400 мм, глубина у причала 11,5 м

Предлагается к прочтению:
Методы и динамика швартовки судов
Управление крупнотоннажными судами при постановке на якорь, швартовке к монобую

Сноски

Управление судном при сближении с причалом