Носовое подруливающее устройство. Буксиры

НПУ перегоняет воду с одного борта судна на другой через туннель. В результате этого носовая часть судна, не имеющего хода относительно воды и не подверженного воздействию других сил, движется в сторону.

В зависимости от размерений судна и расположения туннеля судно разворачивается относительно точки, которая находит­ся примерно на расстоянии од­ной ширины судна от кормы до тех пор, пока судно не получит ход вперед (рис. 1).

Действие носового подруливающего устройства

Чтобы выяснить, как воздей­ствует на судно использование НПУ, рассмотрим действие си­лы, создаваемой НПУ на ЦТ судна по отношению к ЦВ. Ког­да судно не имеет хода относи­тельно воды и начальный ЦВ находится в расстоянии одной ширины судна от кормы, ЦТ перемещается в том же самом направлении, в котором дви­жется нос. Так как направление вращательного движения одинаково с направлением попереч­ного движения судна, попереч­ное сопротивление препятствует развороту (рис. 2).

Поперечное сопротивление не препятствует продольному дви­жению судна, а Общие сведения о средствах управления судамииспользование НПУ не вызывает потерю ско­рости. Наоборот, когда исполь­зуем НПУ в течение некоторого промежутка времени, можно за­метить, что судно начинает “ползти” вперед. Это происхо­дит из-за формы носа, которая позволяет струе воды спереди судна попадать в туннель НПУ.

“Управление судном — это скорее игра сил, ко­торые передаются от буксира на буксирный ко­нец и наоборот, и эти силы изменяются по на­правлению, интенсивности и продолжительности. Управление судном означает в основном передачу импульсов”.

Бэр У. “Оценка характеристик работы буксира”

Непосредственное управление НПУ с ходового мостика делает его очень удобным в использо­вании. Это, вероятно, является причиной излишнего использо­вания НПУ до такой степени, что оно постоянно работает то в одну, то в другую сторону.

Когда для поворота судна вместо руля используется НПУ, следует уяснить, что НПУ и руль оказывают различное вли­яние на судно. Силы НПУ и ру­ля прилагаются в противопо­ложных концах судна; НПУ смещает носовую часть судна в направлении нужного разворо­та, в то время как руль движет корму в обратном направлении для того, чтобы двигать носо­вую часть в направлении нуж­ного разворота. Более того, при движении судна вперед полез­ный эффект НПУ уменьшается, в то время как поперечная сила от действия руля при движении вперед не снижается. Еще большее последствие для маневра имеет смещение положения ЦВ в результате появления силы в носовой части судна. НПУ совместно с рулем может либо быстро повернуть судно, либо сдвинуть судно в сторону, рабо­тая в одном и том же направле­нии (см. статью “Поворот с помощью носового подруливающего устройства”).

“Маневрирующее судно подвергается воздействию постоянно меняющихся сил, которые комбинируются между собой бесконечным количеством способов”.
 
Пьер Селерье. “Управление судами”

Поскольку НПУ наиболее эффективно, когда судно не имеет хода относительно воды, необходимо использовать пол­ную перекладку руля и ограниченную мощность машины, что­бы не увеличивать Влияние силы ветра на управляемость суднаскорость судна. С увеличением движения вперед усилие от НПУ легко нейтрализуется силой от действия руля. На судах, где имеется возможность переложить руль на 40° или, еще лучше, на 45°, необходимо настоять на полной перекладке руля, потому что рулевой может по привычке перекладывать руль только на 35°. Когда нужно сдвинуть судно вбок, не вызывая ход вперед, важно увеличить поперечную силу от действия руля за счет его продольной силы, которая в противном случае имела бы от­рицательное воздействие на си­лу НПУ.

На некоторых судах органы управления и индикатор часто­ты вращения НПУ установлены на крыле мостика, что дает воз­можность контролировать его работу. Когда органы управле­ния находятся в рулевой рубке, судоводитель на крыле мостика не знает точно, что происходит.

Сравнение действия руля и носового подруливающего устройства

Чтобы продемонстрировать разницу в действии руля и НПУ, рассмотрим действие их на ЦТ по отношению к ЦВ, когда судно не имеет хода относительно воды (рис. 3).

При использовании руля для разворота влево сила, прило­женная в ЦТ, направлена к правому борту, когда же ис­пользуется для разворота НПУ, сила в ЦТ направлена влево. В первом случае смещается корма судна, во втором – его нос.

Действие подводного сопро­тивления будет другим, когда судно начнет движение вперед относительно воды, и центр по­перечного сопротивления сместится в том же направлении. При увеличении скорости судна поперечное сопротивление воды растет прямо пропорционально силе на пере руля и тем самым помогает развороту судна, пото­му что действует в том же на­правлении (рис. 4).

Если НПУ используется для разворота влево, судно получает Поперечное и продольное движение суднапоперечное движение влево, а результирующая сила попереч­ного сопротивления будет противоположна по направлению. Движение судна вперед перемещает центр поперечного гидродина­мического давления вперед, а возрастание скорости относительно воды увеличивает его значение. Только часть подвод­ного сопротивления поглощает­ся притоком воды в туннель НПУ. Вследствие этого НПУ теряет эффективность с увели­чением скорости, поскольку его усилие уменьшается как по ве­личине, так и по плечу воздей­ствия (рис. 5).

Так как подводное сопротив­ление прямо пропорционально скорости судна, то результиру­ющая сила НПУ обратно про­порциональна скорости судна.

На полном ходу сила НПУ может иметь противоположное воздействие на ЦТ, сдвигая его в сторону, противоположную, развороту, если ЦВ располагается между результирующей си­лой НПУ и ЦТ. Однако нос судна, встречая очень сильное подводное сопротивление, уменьшает действие НПУ.

На судне, движущемся впе­ред, сила НПУ прилагается очень близко к центру гидроди­намической силы, но она слиш­ком мала по сравнению с силой подводного сопротивления и по­этому не дает заметного эффекта. Более того, поток воды, об­разующийся в районе отверстий туннеля НПУ, очень сильно снижает его полезный эффект. Полезный эффект буксира, ра­ботающего на упор в том месте, где расположено НПУ, также снижается с увеличением пере­днего хода судна.

Кроме того, при увеличении скорости судна буксиру трудно удержать свое положение под прямым углом к нему, и, есте­ственно, создаваемое им усилие еще больше уменьшается.

Влияние носового подруливающего устройства при движении судна назад

НПУ очень эффективно при управлении судном на заднем ходу, потому что в этом случае оно создает большее усилие, так как ЦВ находится в корме. Более того, боковое гидродина­мическое давление, оказывае­мое на корму, помогает разво­роту (рис. 6).

Вращательный эффект от ра­боты гребного винта может быть легко преодолен НПУ (или буксиром). При достаточ­ном заднем ходе и работе НПУ почти нет разницы, какого вра­щения винт, правостороннего или левостороннего. Удерживая нос немного левее от курса, можно легко компенсировать вращательный эффект винта правостороннего вращения; если винт левостороннего вращения, то следует удерживать нос не­сколько правее.

Предлагается к прочтению: Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью

При швартовке кормой НПУ оказывает хорошую помощь, давая почти полное управление носом, когда судно движется за­дним ходом. Поскольку легче погасить задний ход, дав маши­не ход вперед, чем остановить судно на переднем ходу, то постановка кормой в принципе безопаснее, чем постановка но­сом.

Руль или носовое подруливающее устройство (буксир)

Допустим, танкер в грузу де­двейтом 50 тыс. т очень мед­ленно подходит к причалу ле­вым бортом. Рассмотрим эф­фективность работы НПУ (или буксира) в носовой части в сравнении с применением руля. Что получится, если мы будем использовать руль и гребной винт, и как поведет себя судно при работе НПУ (или носового буксира)?

Применяя руль и СЭУ (рис. 7), мы создаем не только вра­щательное движение судну, но также продольное и поперечное смещения. При поперечном движении судно в грузу развивает поперечную инерцию дви­жения, которая сдвигает судно от пирса. Инерция вращения отводит корму от причала и ее трудно преодолеть, особенно ес­ли судно в грузу. Когда машине дан ход назад, поперечная сила гребного винта препятствует вращательному движению. Од­нако она недостаточна, чтобы остановить отход судна от при­чала боком. В результате ис­пользования руля и винта судно отойдет слишком далеко от мес­та постановки и окажется слиш­ком близко к другому судну, ошвартованному к соседнему пирсу.

Теперь в том же положении, вместо руля и гребного винта используем для постановки суд­на к пирсу НПУ (рис. 8). На малой скорости движения мож­но ожидать эффективной рабо­ты НПУ; носовой буксир внача­ле может увеличить движение судна вперед, если будет подхо­дить к борту судна под прямым углом.

Поперечная сила, приложен­ная в носовой части, подводит нос к пирсу и противодействует поперечному движению от пир­са, которое возникло бы при по­вороте влево. Развиваемый упор в носовой части стремится сдви­нуть ЦВ в корму, и если дать задний ход, поперечная Руль и гребной винт суднасила гребного винта будет умень­шаться. Когда корма подойдет ближе, чем нужно, можно дать толчок машинами вперед, пере­ложив руль лево на борт, если скорость судна погасится, или в зависимости от того, как далеко судно от пирса, можно исполь­зовать работу НПУ влево и тем самым остановить вращательное движение, превратив его в по­перечное. Поперечное движение гасится скорее, чем вращатель­ное, и в результате судно каса­ется пирса всем бортом.

Возьмем танкер дедвейтом 50 тыс. т в грузу для швартовки левым бортом. Рассмотрим по­ведение судна под воздействием руля и гребного винта или НПУ (носового буксира).

Скорость и угол приближе­ния к пирсу будут определять, нужно ли нам развернуть судно вправо, прежде чем дать маши­не ход назад (рис. 9). Поперечный упор гребного винта ухудшает разворот кормы влево в случае, если поворот уже на­чался.

Инерция бокового движения смещает судно к пирсу, причем корма приближается быстрее, чем нос. Поперечная сила винта имеет сильный вращательный Эффект до тех пор, пока судно движется вперед и ЦВ находит­ся впереди. Можно ожидать более сильную поперечную силу винта на судне с дизельной СЭУ имеющем большой, мед­ленно вращающийся винт.

Нужно правильно оценить момент, когда необходимо пол­ностью, погасить скорость, и ес­ли корма слишком быстро под­ходит к пирсу, дать толчок машинами вперед, переложив руль лево на борт. Полная пе­рекладка руля очень важна, ес­ли необходимо остановить вра­щательное движение.

Действием НПУ нос судна попеременно смещается к при­чалу или отходит от него; кор­ма удерживается на месте (рис. 10).

При даче полного хода на­зад практически нет никакого влияния поперечной силы греб­ного винта, поскольку ЦВ сдви­нут в корму под воздействием поперечной силы, приложенной в носовой части судна (см. статью “Поворот с помощью носового подруливающего устройства”).

Неоправданное использова­ние НПУ может дать противо­положный эффект. В подобном случае нам лучше не использо­вать НПУ (или буксир) до финальной стадии швартовки, когда необходимо будет определен­ное усилие для балансировки сил в носу и в корме, чтобы удержать судно параллельно причалу.

В приведенных выше приме­рах не рассматривалось исполь­зование буксира в корме. Ис­пользование толчка машинами вперед с перекладкой руля на борт делается на практике на судах с дизельной СЭУ, так как реагирование машины должно быть быстрым. Если на движе­ние судна влияет мелководье, течение или сильный ветер, не­обходимо использовать совмест­но два буксира: один по носу, другой по корме.

Сравнение использования буксира и носового подруливающего устройства

При швартовке буксиры мо­гут вызвать нежелательное по­перечное движение, швартуясь к борту судна, идущего к при­чалу; они начинают толкать в борт судно, когда их швартовы еще не закреплены, и еще силь­нее толкают, когда выбирают слабину швартовых при их креплении.

Когда буксир ошвартован, он может толкать, даже находясь в районе скулы или кормового надзора, где борт судна не прямостенный.

Буксиры могут вызвать неже­лательное продольное движе­ние, когда судно, которому они помогают, имеет значительный ход вперед; это затрудняет удерживание буксира под пря­мым углом; часть мощности буксира тратится на увеличение движения вперед, когда буксир пытается удержаться в нужном положении. Кроме того, если буксиру не хватает места, чтобы подойти под прямым углом к борту, он толкает по ходу дви­жения и одновременно пытается подтолкнуть судно к причалу (рис. 11).

Преимущество буксира перед НПУ состоит в том, что он мо­жет уменьшить Способы расчета управляемости маломерного суднаскорость судна, когда тянет или толкает его (рис. 12). Лимитирующим фактором для буксира является безопасная нагрузка буксирного троса и его особенности: прохо­дит некоторое время, пока бук­сир постепенно увеличивает на­грузку на трос.

Буксир, имеющий гребной винт с насадкой, на переднем ходу может создать тягу на гаке до 130 % тяги аналогичного буксира с винтом без насадки, но на заднем ходу она умень­шается в 2 раза.

Кроме того, если трос не на­правлен горизонтально, то горизонтальная составляющая меньше полного создаваемого усилия. Возникают дополнительные потери, когда струя гребного винта буксира направ­лена в борт судна, которому он помогает.

Преимущество НПУ заклю­чается в возможности мгновен­но получить силу, которую можно использовать поперемен­но на два борта. Однако направление этой силы только по­переменное. В случае ограни­ченного пространства НПУ дает определенное преимущество пе­ред буксиром в носу. Слишком большая скорость судна на пе­реднем ходу вызывает потерю эффективности как буксира, так и НПУ.

Буксиры и центр вращения

Рассмотрим танкер дедвейтом 50 тыс. т в балласте, который начинает отходить от причала. Если дать ход машине назад, то поперечная сила гребного винта, удерживает корму у причала. Чтобы не повредить Перетяжка судна вдоль причала и разворот у причалапричальные кранцы и не содрать с борта краску, мы будем пытаться удерживать судно на некотором расстоянии от причала.

Можно оттянуть корму рабо­той кормового буксира назад (рис. 13).

Вначале, пока судно не имеет заднего хода, ЦВ бу­дет впереди. Когда машина ра­ботает на задний ход, ЦВ на­чнет смещаться в корму, а поперечная сила гребного винта будет направлена к причалу. Если ветер отсутствует, то суд­но станет смещаться к причалу. При наличии ветра в правую скулу передняя часть судна бу­дет сноситься к причалу и нос может его повредить. По этой причине желательно удержать судно параллельно причалу. Этого можно достичь, если по­зволить кормовому буксиру от­тягивать судно вдоль причала (рис. 14).

Этот маневр легко осуществить, когда судно в бал­ласте и имеет дифферент, ска­жем, 10 футов на корму. При движении назад и ввиду нали­чия дифферента ЦВ не будет смещаться слишком далеко в корму. Судно сначала будет от­ходить от причала, а затем с набором скорости двигаться параллельно ему. Можно исполь­зовать работу машины на за­дний ход и при этом попереч­ная сила гребного винта не ока­жет слишком большого влияния.

Однако если танкер в грузу и на ровном киле, ЦВ сдвинется дальше в корму и может сме­ститься за точку приложения силы кормового буксира. Особенно это возможно, когда клюз, через который проходит буксирный трос, находится между кормовой надстройкой и коллектором трубопровода судна. В этом случае корма начнет приближаться вновь к причалу, прежде чем судно пройдет то­рец пирса. Это можно предуп­редить, дав команду буксиру оттягивать судно под углом 45°. На больших танкерах в грузу при ограниченной глубине под килем буксир может оттягивать судно под углом 90°, чтобы от­тащить корму, прежде чем дать задний ход машине (см. рис. 13).

Буксиры, ветер и центр вращения

Танкер дедвейтом 70 тыс. т в балласте, осадка носом 16, кор­мой – 26 футов, нужно пришвартовать к причалу правым бортом кормой вперед. На рис. 15 судно движется вперед, ЦВ находится впереди, судно имеет тенденцию приводиться к ветру. Буксиры могут слегка толкать, чтобы удерживаться в лучшем положении. Особенности работы буксиров и толкачей-буксировНосовой буксир ра­ботает, подобно НПУ. Началь­ный разворот вправо перед да­чей машине заднего хода помо­гает маневру.

На рис. 16 показана критиче­ская позиция, ЦВ смещается в корму, когда судно набирает ход назад. Носовой буксир дол­жен толкать полным ходом, прежде чем судно займет пози­цию, в которой получится хоро­ший разворот вправо, а ветер захватит нос.

Кормовой буксир разворачивается по направле­нию струи винта и ему разрешается тянуть, когда это требу­ется. На заднем ходу буксир развивает меньшее усилие и момент этой силы уменьшается, поскольку ЦВ сдвигается в корму. Поперечная сила гребного винта становится больше, когда установится задний ход, но ее вращательный эффект умень­шается, так как ЦВ смещается еще дальше в корму.

Величина поперечной силы ветра уменьшается с приближе­нием судна к линии ветра. Но так как ЦВ сдвигается в корму, расстояние этой силы до ЦВ увеличивается, и момент силы ветра может возрасти, если раз­ворот судна вправо слишком медленный (рис. 17).

Струя винта мешает кормо­вому буксиру удерживаться в хорошей позиции. Поперечная сила гребного винта уменьшает­ся при снижении частоты вращения винта на заднем ходу. Продольное усилие от ветра возрастает по величине.

Читайте также: Коэффициенты полноты, форма корпуса и мореходные качества буксиров

Теперь наступил момент, когда необходимо полностью ос­тановить вращательное движе­ние вправо (рис. 18).

В случае если инерция вращательного движения вправо сдвинет носо­вую часть судна еще дальше, ветер начнет воздействовать слева и поперечная его сила бу­дет направлена вправо. Когда ЦВ находится достаточно дале­ко в корме, момент поперечной силы ветра будет быстро расти, тем более, если буксир запоздает сдержать разворот. При этом буксир должен натянуть бук­сирный трос и остается пола­гаться не только на прочность троса, но и на умение капитана буксира постепенно выйти на всю длину троса. Безопаснее иметь буксир в такой позиции, когда он может толкать. По этой причине мы удерживаем нос немного в сторону от прича­ла, когда судно идет назад, и учитываем небольшую попереч­ную силу ветра, действующую на правую скулу, которая мо­жет легко контролироваться носовым буксиром.

Использование буксиров

На гаке. Буксирный трос пе­реднего буксира идет через но­совой центральный клюз (рис. 19).

Когда буксир помогает суд­ну, не имеющему хода относи­тельно воды или практически остановившемуся, он может буксировать и по траверзному направлению. Чтобы ему пере­меститься с левого борта на правый и наоборот, нужно вре­мя. В период конечной стадии швартовки; этот буксир работает по траверзному направлению, чтобы осуществлять контроль бокового движения судна к при­чалу.

У борта. Буксир хорош для работы на упор. Грузовые и балластные операцииСуда в балла­сте с высоким надводным бор­том создают плохое направление тягового усилия троса.

Состояние моря может затруднить или сделать невозможной рабо­ту у борта без повреждения кранцев буксира или разрыва буксирного троса.

Удержания по корме. Ситуа­ция, аналогичная первому слу­чаю, но буксирные тросы крепятся в носовой части буксира. Преимущество гашения скорости судна с помощью кормового буксира двойное: более быстрое реагирование и лучший конт­роль по направлению. При окончании швартовки этот бук­сир также работает по траверзу, чтобы контролировать боковое приближение судна к причалу.

Автор статьи

Владимир Филатов

Старший помощник капитана

Список литературы

1. Аrdleу, R. А. В. Harbour Pilota­ ge. London: Faber & Faber, 1952.
2. Armstrong, M. C. Practical Shih Handling. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1980.
3. Вaer, W . Assessment of Tug Performance. London: International Tug Conference, 1969.
4. Вarlett — Prince, W. Pilot Take Charge. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1956.
5. Bowditch Nathanial, original author. American Practical Navigator: An Epitome of Navigation. Washington, D. C.: U. S. Government Printing Office, 1977.
6. Celerier, Plerre, La Manoeuvre des Navires. Presses Universitalres de France, 1955.
7. Cockcroft, A. N. Nicholls’s Seamanship and Nautical Knowtesge. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1979.
8. Cotter, С. H. The Master and His Ship. London: Maritime Press, 1962.
9. Grenshaw, R. S. Naval Ship-handling. Annapolis: Naval Institute Press, 1975.
10. Danton, G. L. The Theory of Practice of Seamanship. New York: St. Martin, 1965.
11. English, J. W. and B. N. Steel. “The Performance of Lateral Thrust for Ship as Affected by Forward Speed and Proximity of a Wall”. London: N. P. L. Ship Division Report SH R28/62, 1962.
12. Helmers, Kapt. W. “Messergebnisse von wichtige Manoevriereigenschaften”. Hansa (November-December 1961).
13. Laуtоn, C. W . T . Dictionary of Nautical Words and Terms. Glasgow: Brown, Son and Ferguson, 1958.
14. Loraht, Michael. “Investigation into High Speed of Underwater Craft”. Nautical Magazine, vol. 200: 5. 1968.
15. Nоrdstrоm, H . F. Screw Propeller Characteristics. Stockholm: Publications of the Swedish State Shihbuildihg Experimental Tank, 1948.
16. Pierens, C . “Draaicirkels”. De Zee, nos. 4-5 (April-May 1970).
17. Plummer, C. J. Ship Handling in Narrow Channels. Cambridge: Cornell Maritime Press, 1966.
18. Sjosirom, Carl H. Effect of Shallow Water on Speed and Trim. New York: S. N. A. M. E., 1965.
19. Stunz, C. R. and R. J. Taуler. Some Aspects of Bow Thruster Desing. New York: S. N. A. M. E., 1965.
20. Terrell Mark. “Anchors A New Approach” Fairplay International Shipping Journal, no. 4, 624, 1972.
21. Troti, B. “Waves, Flow and Drag”. Nauticai Magazine, vol. 206: 6, 1971.
22. Willertоn, P. F. Basic Ship­ handling for Masters, Mates and Pilots. London: Stanford Maritime, 1980.
23. Woerdemann, F. Dampfermanoever. Berlin, Frankfurt/M: Mittler, 1958.
24. Zeevaarikundig Tijdschrift De Zee. Raad voor de Scheepvaart (Shipping Council) reports on collisions in the Amsterdam North Sea Canal: 1964, 4; 1965, 4; 1966, 6; 1970, 7 .