Методы и динамика швартовки судов

Общие положения 

Управление крупнотоннажным судном во время постановки его к причалу и отхода от него требует высокого мастерства и хорошо продуманной техники маневрирования. Маневр швартовки в условиях ограниченных площадей (в большинстве портов) свободного маневрирования и больших инерционных сил для крупнотоннажных судов представляет сложную навигационную задачу, сопряженную с риском аварии, а тем самым и риском крупных материальных потерь. По характеру выполняемых маневров процесс швартовки можно разделить на два этапа: подход к причалу и сближение с причалом.

Судоводителю, управляющему крупнотоннажным судном, при подходе к причалу необходимо знать схему снижения скорости и очень хорошо представлять воз­можности изменения поступательного движения с учетом самых различных действующих на судно факторов. Для обеспечения безопасности швартовки крупнотоннажных судов требуется применение буксирных судовМорские буксирные суда, классификация и виды и наличие информации о продольной и поперечной составляющих скоростей движения.

Изучение опыта швартовки крупнотоннажных тан­керов и нефтерудовозов в нашей стране и за рубежом показало, что с точки зрения обеспечения безопасности маневров швартовки наиболее целесообразным является использование четырех буксиров, оборудованных крыльчатыми движителями или двумя винтами регулируемого шага и установленными в носовой части судна бук­сирными лебедками с дистанционным управлением из рубки буксировщика. Применение таких буксировщиков позволяет отказаться от более опасной буксировки на тросе крупнотоннажного судна как к месту расположения причала, так и при сближении с причалом и перейти к толканию (при работе «на укол» и «под бортом»), при котором буксировщики имеют непосредственный контакт с корпусом судна и способны быстро изменять направление и величину силы упора как на переднем, так и заднем ходу. Как известно, буксировщики с крыльчатыми движителями или с двумя двигателями с винтами регулируемого шага имеют наиболее высокую ма­невренность, и при заднем ходе у них сила упора почта такая же, как и на переднем ходу.

Большое распространение для обеспечения швартов­ки в портах Японии, Канады, Бразилии, Италии и других стран получили буксировщики со следующими характеристиками:

• валовой регистровый тоннаж 200 т, главные измерения;
• L x В x T=27 x 8,6 x 2,6 м;
• главные двигатели 883 кВт х 2 с общим тяговым усилием на пе­реднем ходу 36 т;
• на заднем ходу 33 т;
• движители — винты регулируемого шага.

В нашей стране для обеспечения швартовка крупно­тоннажных танкеров применяются буксировщики мощ­ностью 1693 кВт и 3680 кВт.

Во многих портах современные специально сконстру­ированные для обработки крупнотоннажных судов при­чалы имеют на подходе к ним прямолинейные участки фарватера, это облегчает и ускоряет процесс швартовки крупнотоннажных судов.

Схема снижения скорости судна при подходе к при чалу. При маневрировании судном при входе в порт и при подходе к причалу судоводитель, как правило, ру ководствуется накопленным опытом и интуицией, однако при маневрировании крупнотоннажными судами невоз можно таким образом обеспечить безопасное управление судном, необходимо еще до выполнения маневрирования произвести расчеты.

Если фарватер на подходе к причалу прямолинеен, то основой расчетов по маневрированию должно быть определение схемы снижения скорости судна. В процессе подхода к причалу скорость хода обычно снижается с 9—10 уз до нуля. Во время снижения скорости судно не должно терять управляемости и погасить скорость в положении, когда диаметральная плоскость судна (линия курса) параллельная причальной линии (стенки или мола). Остановка производится на траверзе причала на расстоянии от него около одной длины судна (200—300 м). При использовании двигателей судна их манёв­ренные режимы работы бывают следующими: средний ход вперед (10 уз), малый ход вперед, самый малый ход вперед, стоп, а затем при приближении на расстоянии (1 —1,5) L до места остановки двигателю дается задний ход для погашения инерции судна.

Во время Движения судна самым малым ходом или после остановки двигателя к борту судна обычно под­ходят буксировщики (кантовщики), которые на конечном этапе остановки оказывают помощь как в гашении инерции, так и в обеспечении управляемости, а также обеспечении безопасного сближения крупнотоннажного судна с причалом.

Для условий, когда течение и ветер отсутствуют, уравнение Движения судна на переднем ходу выража­ется формулой (11), а величину изменения скорости и пройденного расстояния после уменьшения оборотов движителя можно определить по формулам (13) и (16). При следовании внутри порта будем считать скорость на полном ходу равной 10 уз, на среднем ходу 8 уз, на малом ходу 6 уз, на самом малом ходу 5 уз.

На рис. 1 приведены графики для расчета схемы снижения скорости судов, водоизмещением 125 тыс. т со скорости 11 уз до 5 уз путем уменьшения оборотов двигателя до оборотов малого переднего хода. При сни­жении скорости в рассматриваемом случае команду «самый малый ход вперед» и «стоп» следует отдавать после повышения скорости установленной предыдущей командой на 0,5 уз:

• иначе говоря, при достижении ско­рости 8,5 уз подается команда «малый вперед», скорости 6,5 уз — «самый малый ход вперед»;
• скорости 5,5 уз — «стоп».

На графике приведены кривые линии, рассчитанные по формулам (15) и (16), показывающие изменение скорости и проходимого пути для судна во­доизмещением 125 тыс. т после команды «стоп».

При остановке судна до подхода к траверзу причала движителю, дается задний ход, при этом путь, проходи­мый судном, выраженный в длинах судна L, можно определить по формуле

$s_t=0,40v^{1.6}, \left(1\right)$

• где v₀ — скорость, с которой начинается торможение, м/с.

Время торможения можно определить при движении на малых скоростях по приближенной формуле

$t_T=\frac{s_T L}{0,5u_0}, \left(2\right)$

• где t_T — время торможения, с;
• S_T — путь торможения в длинах судна [по формуле (1)]
• v₀ — скорость судна, с которой начинается торможение работой движителя на малый задний ход, м/с.

Для изучения фактической схемы снижения скоро­стей при подходе к причалу различных судов, управ­ляемых различными судоводителями, в различных пор­тах К. Хара были произведены натурные измерения, при которых позиции судов определяли с помощью Береговой радиолокационной станции (БРЛС) через 1 мин и с помощью видеомагнитофонов через 15 с. Проинтегриро­вав выражение полученной скорости, можно определить расстояние до причала D.

В 1982 г. нами производилось изучение скоростей при подходе к причалу Шесхарис порта Новороссийск судов водоизмещением 125 тыс. т. Измерения производились с помощью судовой РЛС. Известно, что на снижение скорости оказывают влияние условия рельефа порта, класс судна, его водоизмещение, воздействие внешних сил. В качестве критериев сравнения были приняты безразмерная скорость (v/v_э) — отношение скорости подхода к причалу к эксплуатационной скорости v_э и отношение расстояния до причала D к длине судна (D/L).

На рис. 2 графически показана схема снижения скорости сухогрузных судовСпециализированные суда для перевозки сухих грузов при подходе к причалам в портах Кобе и Новороссийск. Валовая вместимость судов в порту Кобе была в пределах от 3 тыс. до 12 тыс: рег. т, в порту Новороссийск —125 тыс. т. В среднем схемы снижения скоростей близки друг к другу.

К. Хара предложил следующую математическую мо­дель снижения скорости при подходе к причалу:

$v/v_{Э}=0,109 \ln (D/L)+0,15. \left(3\right)$

На участке пути, где D/L = 20, значения предложенной формулы и фактических измерений хорошо совпадают у судов с водоизмещением до 12 тыс. т. Как видно из рис. 2, для судов водоизмещением 125 тыс. т формула К. Хара дает значительно завышенные скорости, которые на расстоянии от причала 10L составляют порядка 25%. Поэтому логарифмический закон снижения скорости становится неприемлемым.

На рис. 3 приведены графики снижения скорости судна водоизмещением 125 тыс. т при подходе к причалу Шесхарис порта Новороссийск без использования буксиров при штилевой погоде. Моменты времени из­менения режима работы двигателя соответствуют фак­тическим, а изменения скорости определены по формулам (13), (16) и (16), т. е. по времени натурный процесс точно соответствует фактическому. Совпадает также и величина скоростей в точках, где производились реверсы двигателя.

Теплоход шел по акватория порта со скоростью 9 уз. На расстоянии 39 кб от причала (D/L= 30) обороты двигателя на 5 мин были снижены до малого, а затем да 4 мин до самого малого хода (40 мин^-1), и судна прошло путь, равный 14 кб. Затем двигатель был оста­новлен, когда скорость судна была равна 6,3 уз и судно находилось от причала на расстоянии 21 кб (D/L=15,8). В течение 25 мин судно двигалось с остановленным двигателем и прошло за это время путь в 22 кб, снизив скорость до 3 уз. Затем, на расстоянии 3 кб от причала двигатель несколько раз периодически включался на самый малый и малый ход и судно через 9 мин остановилось на траверзе причала на расстоянии до него отсело 100 м.

Приведенная схема снижения скорости может быть использована для контроля за ходом маневра подхода к причалу судов данного типа, так как позволяет по измеренному с помощью РЛС расстоянию до причала (места остановки) определить плановую скорость и, сравнив ее с фактической, установить степень расхож­дения и принять меры к ее устранению. Кроме того, схема позволяет установить расстояние до причала, на котором необходимо начать снижение оборотов двига­теля, его остановку или реверсирование. Например, по РЛС определили, что расстояние до причала (места остановки) 28 кб. Из цифры 28 кб на левой половине графика восстанавливаем перпендикуляр и, проведя из точки А параллельную линию до пересечения с осью ординат, устанавливаем, что плановая скорость должна равняться 7,1 уз. Сравнив ее с показателями лага, убеж­даемся, что если двигатель работает на оборотах са­мого хода, то процесс подхода идет нормально и через 3 мин нужно остановить двигатель. Следует отметить, что в реальной обстановке изменяются гидрометеороло­гические условия и загрузка судна и т. д., поэтому гра­фики снижения скорости следует рассматривать как ориентировочные. В то же время надо отметить, что в предлагаемой схеме снижения скорости в любой момент времени в распоряжении судоводителя имеется зна­чительный запас мощности двигателя, который можно использовать для корректировки скорости при подходе к месту остановки.

Для разработки схемы снижения скорости можно ис­пользовать графики, аналогичные приведенным на рис. 3. Как видно из приведенной схемы снижения скорости, около 50% времени при подходе к причалу круп­нотоннажный танкер вынужден двигаться с остановлен­ными двигателями. При этом он имеет или очень плохую в начале периода или нулевую поворотливость. Стало быть при бортовых ветрах 4—5 баллов и более или при наличии течений, направленных под углом к оси подходного фарватера, или, если подходной фарватер на расстоянии до причала менее 1,5 мили имеет криволинейные очертания, требующие изменения курса судна, подход к причалу такого судна без посторонней помощи становится практически невозможным. Поэтому, как правило, подход к причалу производится с помощью буксировщиков.

На расстоянии до причала 1,5—2 мили, когда ско­рость судна снижена до самого малого хода (5—6 уз), к борту судна от правой и левой кромок фарватера под­ходят четыре однотипных буксировщика 1, 2, 8, 4 (рис. 4 в), которые подают буксирный трос с носовой бук­сирной лебедки на носовые и кормовые кнехты круп­нотоннажного судна, двигатель которого останавливают. Подача осуществляется с помощью бросательного конца, который крепится к огону буксирного троса. Таким образом, на подачу и крепление буксирного троса затрачивается незначительное время. Затем буксиров­щики, заняв положение вдоль борта и выбрав втугую буксирный трос, по команде с мостика осуществляют гашение инерции крупнотоннажного судна работой дви­жителей на задний ход.

При этом для необходимых небольших изменений курса создаются различные силы упора буксировщиков со стороны одного и другого борта. При более крутых поворотах движители буксировщиков со стороны борта, в сторону которого делается поворот, останавливаются. При крутом повороте влево движителям буксировщиков правого борта дается полный ход вперед, а буксировщики левого борта работают на задний полный ход. Кроме того, в любой момент в состоянии готовности находится и двигатель крупнотоннажного судна. При необходимости буксировщик может развер­нуться перпендикулярно борту судна. Таким образом, вплоть до полной остановки судна, поворотливость круп­нотоннажного судна обеспечивается буксировщиками.

Предлагается к прочтению:
Управление крупнотоннажными судами при постановке на якорь, швартовке к монобую
Требования к судовождению в портовых водах и к организации вахтенной службы