.

Вопросы теории корабля и технические графики

Теория корабля и ее законы распространяются и на плавучие доки. Однако вследствие особенностей службы и конструкции доков некоторые разделы теории корабля (вопросы плавучести, остойчивости) получили специфическое развитие, а такие разделы, как качка, ходкость, маневренность и т. п. не приобрели большого значения.

В данной статье изложены вопросы теории корабля применительно к плавучим докам.

Плавучесть и диаграмма затопления

Расчет плавучести дока производится для объема, заключенного между основной плоскостью и ватерлинией предельного погружения. Ввиду того, что обводы дока на большей части его длины неизменны, расчет ведется без разбивки на 20 ординат. При изменении обводов в оконечностях сравнительно со средней частью дока расчет ведется для средней части и для каждой оконечности отдельно.

Так как поперечное сечение дока представляет собой сочетание прямых линий, то число ватерлиний можно брать соответственно числу изломов на контуре сечения.

Диаграмма теоретических элементов чертежа плавучего дока отличается от аналогичной диаграммы обычного судна тем, что на ней дополнительно нанесен грузовой размер балластных отсеков и отсутствуют кривые метацентрических радиусов (рис. 1).

Теория корабля - элементы дока
Рис. 1 Диаграмма теоретических элементов дока: 1 — грузовой размер дока; 2 — грузовой размер бортовых балластных отсеков; 3 — грузовой размер средних балластных отсеков; 4 — отстояние ЦВ от основной; 5 — поперечный момент инерции ватерлиний; 6 — продольный момент инерции ватерлинии

Определяя объемы балластных отсеков, следует учитывать коэффициент проницаемости μ, который рекомендуется принимать равным

μ = 0,97 

Величина μ учитывает объем набора балластных отсеков, мелкие пузыри между палубным набором, бухтиноватости и др.

Большие воздушные пузыри (подушки), образующиеся под стапель-палубой (если она имеет уклон к бортам) и палубой безопасности, учитываются отдельно. Их объем v определяется снизу горизонтальной плоскостью, проходящей по центру нижнего отверстия воздушной трубы, сверху — соответствующей палубой (с учетом величины сжатия) по формуле

v = v0 1010+h ,

  • где v0 — начальный расчетный объем;
  • h — отстояние, м, нижней кромки трубы от ватерлинии предельного погружения.

Воздушные подушки под палубой безопасности (величиной около 100 мм) предусмотрены для предотвращения гидравлических ударов в момент приближения воды к палубе безопасности.

Важнейшей характеристикой дока как подъемного плавучего сооружения является «диаграмма затопления», представляющая собой совокупность кривых, построенных в определенной координатной системе. Диаграмма затопления строится так (рис. 2): по оси абсцисс в определенном масштабе откладывают водоизмещение, а по оси ординат — осадку дока.

Диаграмма двухбашенного дока
Рис. 2 Диаграмма затопления обычного двухбашенного дока: 1 — грузовой размер дока; 2 — грузовой размер балласта дока без судна; 3 — грузовой размер судна; 4 — грузовой размер балласта дока с поднятым судном; 5 — предельная линия погружения; 6 — ватерлиния всплытия судна; 7 — палуба безопасности; 8 — стапель-палуба; 9 — верхняя кромка килеватости; а — водоизмещение дока; b — водоизмещение судна; h — напор. Заштрихована полная работа насосной станции

Кривая 1 является грузовым размером дока и показывает зависимость водоизмещения от осадки. Откладывая на оси абсцисс от начала координат водоизмещение дока с полными запасами, но без судна, строим из точки V0 кривую 2, представляющую собой суммарный грузовой размер балластных отсеков дока. Совокупность кривых 1 и 2 является диаграммой затопления дока с полными запасами, но без судна.

Для более удобной работы с диаграммой проводят параллельно оси абсцисс две прямые, первая из которых (8) соответствует верхней кромке понтонов, вторая (5) — предельной глубине погружения дока.

На кривой 1 отмечают точку d, отстоящую от линии верхней кромки понтонов на расстоянии, равном высоте кильблоковой дорожки. Из этой точки, как из начала координат, строят грузовой размер докуемого судна (кривая 3). На оси абсцисс откладывают суммарное водоизмещение всплывшего и полностью осушенного дока со стоящим в нем судном (эту точку назовем V1). Из точки V1 строим параллельно кривой 2 кривую 4 — грузовой размер балластных отсеков дока с судном.

Рассмотрим свойства диаграммы затопления.

  1. Если док, имеющий в начальный момент осадку Т0, нужно затопить до осадки Т, то количество необходимого для этого балласта определяется как разность абсцисс, соответствующих водоизмещению дока при осадке Т и Т0;
  2. Если требуется знать напор, при котором происходит в каждый данный момент естественное затопление дока (самотеком), то из точки, на оси абсцисс, соответствующей водоизмещению дока в данный момент, нужно восстановить перпендикуляр к оси абсцисс. Разность ординат точек пересечения перпендикуляра с кривыми 1—2 или 3—4 соответствует искомому напору (в метрах вод. ст.);
  3. Площадь, заключенная между кривыми 1 и 2 или между кривыми 1—3 и 4 и ограниченная соответственными штриховыми линиями, пропорциональна полезной работе насосов при откачке балласта порожнего дока или дока с поднимаемым в нем судном. Эти площади могут быть найдены при помощи планиметрирования.

При подъеме дока с судном с максимальной глубины полезная работа насосов в тонно-метрах при откачивании балласта будет равна

Q = γ·V·h,

где

  • γ — удельный вес воды, т/м³;
  • V — количество откачиваемого балласта, м³;
  • h — средний напор, м.

Тогда мощность электростанции, потребная для обеспечения работы насосов, будет равна

N = Q ·10375·ηэ·ηн·tл. с.,

где

  • ηэ — коэффициент полезного действия электродвигателя насоса;
  • ηн — коэффициент полезного действия насоса;
  • t — продолжительность откачки дока, сек.

Мы видим, что расход энергии на работу насосной станции пропорционален среднему напору. Если уменьшить средний напор до нуля, то, рассуждая теоретически, работа насосов при откачке порожнего дока почти была бы равна нулю (затрачивалась только мощность, пропорциональная объему выступающих частей дока), а при подъеме дока с судном равнялась лишь работе по подъему одного судна. Этого можно добиться, разместив балластные отсеки между линией осадки дока порожнем и линией предельного погружения (рис. 3).

Диаграмма затопления дока с предельными воздушными ящиками
Рис. 3 Диаграмма затопления дока с предельными воздушными ящиками без судна: 1 — грузовой размер дока; 2 — грузовой размер балластных отсеков; а — водоизмещение дока;
h — напор

Указанные соображения послужили основанием для патентования доков с развитыми воздушными ящиками ниже ватерлинии порожнем.

Однако авторы патентов, из соображений конкуренции, умалчивают, что скорость затопления самотеком доков такого типа заметно уменьшилась по сравнению со скоростью затопления обычных доков (это в значительной степени снижало эксплуатационную ценность дока). Кроме того, вес корпуса этих доков увеличивается на 8—10% из-за наличия дополнительных тяжелых платформ и переборок, работающих на значительные напоры.

А так как стоимость корпуса плавучего дока составляет примерно 35% стоимости всего сооружения (тогда как стоимость насосов не превышает 5%), то экономия в затратах на насосную установку с лихвой перекрывается увеличением стоимости корпуса. Патентованные доки с развитыми воздушными ящиками не получили широкого распространения.

Предлагается к прочтению: Восстановление лакокрасочных и других неметаллических защитных покрытий

Также с целью экономии работы насосов были запатентованы доки с водонепроницаемой палубой, отделяющей балластные отсеки башни от отсеков понтонов. Подсчет экономии для доков с самозатапливающимися башнями свидетельствует о некотором их эксплуатационном преимуществе, однако экономия эта незначительна. В то же время наличие дополнительных клинкетов в башнях ведет к увеличению количества забортных отверстий, что значительно усложняет эксплуатацию дока, особенно вследствие обмерзания забортных отверстий при низких температурах. Это явилось причиной, почему такие доки также не получили особого распространения.

При наличии клинкетов в нижней части башен последние начнут затопляться с момента, когда стапель-палуба и ее продолжение — палуба между понтоном и башнями, — начнут уходить под воду; верхняя ветвь кривой 2 (рис. 4) исчезнет, а из грузового размера башен следует вычесть грузовой размер балластных отсеков. Вследствие этого количество работы насосов при откачке балласта уменьшится. Уровень воды в башнях будет несколько отставать от уровня забортной воды, в результате чего возникнет напор, обеспечивающий заданную скорость затопления, который легко определить.

Диаграмма затопления дока с самозатапливающимися башнями
Рис. 4 Диаграмма затопления дока с самозатапливающимися башнями без судна: 1 — действительный грузовой размер дока; 2 — грузовой размер балласта; 3 — «кажущийся» грузовой размер дока; 4 — верхняя кромка понтона

Предположим, что время откачки дока задано и равно t часов. Тогда разность напора Δh, обеспечивающая выливание находящейся в башнях воды объемом v м³, определится по формуле

h = v236002·t2·μ2·2g·S2,

где

  • μ — коэффициент расхода (при истечении под воду этот коэффициент следует принимать в пределах 0,5—0,6);
  • S — площадь башенных клинкетов, м².

Величина Δh невелика и при определении работы насосной станции ею можно пренебречь.

Сделаем еще несколько замечаний по свойствам диаграммы затопления.

Во-первых, при проектировании плавучего дока следует иметь в виду, что грузовой размер докуемого судна влияет на производительность насосной установки. Меньший коэффициент вертикальной остроты

φ = δα

докуемого судна увеличивает расстояние между кривыми 3 и 4 (см. рис. 2) и, следовательно, увеличивает напор. Рост напора требует увеличения мощности насосной установки.

Во-вторых, при вычислении водоизмещения выступающих частей, соответствующих данной осадке, следует учитывать наружную обшивку, привальные брусья, концевые фермы и пр. Пренебрегать объемом выступающих частей нельзя, так как он может составлять до 2% общего объема балластных отсеков. Запас маневренной воды в балластных отсеках доков, имеющих палубу безопасности и сухие отсеки в понтоне и башнях, обычно составляет 5—10% общего количества балласта. Следовательно, объем выступающих частей может достичь 40% запаса маневренной воды и, будучи не принятым во внимание, затруднить управление доком.

Наконец, следует иметь запас воды для устранения крена и дифферента, могущего возникнуть из-за расходования доковых запасов.

В результате всех перечисленных расчетов диаграмма затопления приобретает характер паспортной диаграммы дока, в которой отражены следующие данные:

  • предельная подъемная сила дока;
  • предельная глубина погружения на ровный киль;
  • предельный надводный борт всплывшего или погруженного дока порожнем и со стоящим в нем судном;
  • величина среднего напора, при котором работают доковые насосы при нормальном ходе заполнения отсеков (одинаковый уровень воды в отсеках);
  • предельно допустимое положение по высоте центра тяжести системы док — судно;
  • уровень воды в балластных отсеках в любой момент всплытия или погружения дока.

Диаграмма затопления для так называемого сухого плавучего дока строится несколько иначе. При проектировании «сухих» доков может быть поставлена следующая задача: «Определить высоту кормовых ворот, необходимую и достаточную для обеспечения удовлетворительной остойчивости дока на всем протяжении процесса откачки».

Для решения этой задачи на диаграмме затопления строят следующие кривые (рис. 5): 1 — грузовой размер дока с открытыми воротами без судна; 2 — грузовой размер дока с закрытыми воротами; 3 — объем балласта внутри понтона и башен с открытыми воротами без судна; 4 — объем балласта в пространстве над стапель-палубой с закрытыми воротами без судна; 5 — грузовой размер судна, стоящего в доке; 6 — объем балласта внутри понтонов и башен с закрытыми воротами с судном в доке; 7 — иногда кривая объема балласта в пространстве над стапель-палубой дока с закрытыми воротами с судном в доке.

Диаграмма затопления «сухого» плавучего дока
Рис. 5 Диаграмма затопления «сухого» плавучего дока: 1 — грузовой размер дока с открытыми воротами; 2 — грузовой размер дока с закрытыми воротами; 3 — балласт внутри понтона и башен при открытых воротах дока без судна; 4 — балласт внутри докового пространства при закрытых воротах дока без судна; 5 — грузовой размер судна в доке; 6 — балласт внутри понтона и башни при закрытых воротах дока с судном; 7 — балласт внутри докового пространства при закрытых воротах

Расчет ведут так. Построив кривые 1, 2, 3, 5 и 6, рассчитывают необходимое для поддержания надлежащей остойчивости количество балласта (например, В — В) и, принимая в запас величину В — Б на необходимую дифферентовку, проводят из точки Б вертикаль до пересечения с кривой 5. Точка пересечения дает искомую высоту ворот. Затем строят остальные необходимые кривые. Так же, как кривые элементов теоретического чертежа, диаграмма затопления должна входить в комплект доковой отчетной документации.

Диаграмма затопления док-матки с док-понтоном
Рис. 6 Диаграмма затопления док-матки с док-понтоном и судном: 1 — грузовой размер док-матки; 2 — грузовой размер док-матки с док-понтоном; 3 — грузовой размер док-матки с док-понтоном и судном; 4 — балласт док-понтона порожнем; 5 — балласт док-понтона с судном; 6 — балласт док-матки порожнем; 7 — балласт док-матки с судном

Остойчивость плавучих доков

До настоящего времени нет нормализованных норм остойчивости плавучих доков, и при проектировании этот вопрос обычно является предметом дискуссии между проектировщиком и заказчиком. Можно было бы руководствоваться статистикой по докам, зарекомендовавшим себя хорошей величиной остойчивости, однако собранный материал дал большой разброс цифр и основываться на нем невозможно.

Так, построенные и безаварийно работающие доки выдерживают при крене в 2° самое разнообразное давление ветра (таблица 1), следовательно, формулировать требования к остойчивости можно исходя лишь из особенностей службы дока.

Службу плавучего дока можно разделить на три неодинаковых по продолжительности периода:

  • стоянка на плаву порожнем;
  • стоянка на плаву с поставленным в док судном;
  • погружение или всплытие с судном или без него.

С точки зрения характеристики внешних сил, действующих на док, первые два периода можно считать практически одинаковыми. Стоя на плаву с судном или порожнем, неповрежденный док должен выдержать любой порыв ветра, не накреняясь при этом настолько, чтобы возникла опасность сползания судна с килевой дорожки или срыва с креплений грузовых кранов и т. п.

Таблица 1 Статическое давление ветра на силуэт дока с судном, дающее крен 2°
Подъемная сила дока, тДок на плаву с судномДок в процессе всплытия в период минимальной остойчивости
Давление ветра, кг/см2
1 500-8 000135-47055-125
Более 30 000100-11050-60

 
Аварийный док, часть отсеков которого затоплена, также должен выдерживать порывы ветра, не накреняясь на опасный угол, но для такого дока не обязательно выдерживать напор ветра силой 9—10 баллов, так как порывы такой силы бывают очень редко и к этому моменту могут быть приняты необходимые меры.

Что касается периода всплытия или погружения, то нужно иметь в виду следующее. Во-первых, процесс докования, включая погружение дока, ввод или вывод судна и подъем дока на плав, кратковремен и не занимает более 8—10 час. Во-вторых, можно считать вполне установившимся законом, что при силе ветра в 6 баллов и более докование не производится из-за опасности навала докуемого судна на углы башен.

Читайте также: Ремонт корпусных конструкций и судовых устройств

Соскальзывание судна с кильблоковой дорожки не может произойти раньше, чем крен достигнет 6,5° (угла трения стали по смоченному салом дереву). Отметим также, что ошибка в центровке судна по ширине при его установке в доке в нормальных условиях не может превысить 0,25—0,30 м. И последнее: практика докования по-мальтийски показывает, что при крене плавучего дока в 2,5-3° ослабшие распоры могут начать выпадать и дальнейший рост крена создаст опасность падения судна на стапель-палубу.

В заключение можно сформулировать следующие требования к остойчивости плавучих доков (условные параметры расчета):

  1. расчетный крен от статического давления ветра величиной 200 кг/м² на силуэт полностью всплывшего дока со стоящим в нем судном должен быть не более 2°;
  2. расчетный крен дока с поставленным в него судном при статическом давлении 75 кг/м², имеющего заданное число затопленных отсеков, не должен превышать 1,5° (в дополнение к полученному от затопления отсеков);
  3. расчетный крен от статического давления ветра величиной 40 кг/м² на силуэт дока со стоящим в нем судном в момент наименьшей остойчивости в процессе погружения или всплытия не должен превышать 2°.

Транспортные доки работают в несколько иных условиях, чем обычные плавучие, поэтому требования к их остойчивости должны быть иными, с учетом района их эксплуатации. Что же касается остойчивости аварийного транспортного дока, то требования к ней следует ослабить, ограничив силу ветра до 6 баллов.

Требования к остойчивости транспортных доков при всплытии не всегда могут быть удовлетворены. Может явиться необходимость прибегнуть к искусственному увеличению площади ватерлинии путем пришвартовки к бортам дока порожних барж или понтонов со швартовами из дифференциальных талей.

Одним из основных вопросов при расчете остойчивости является назначение веса и ординаты центра тяжести в первом приближении. Вес докуемого судна и положение его центра тяжести по высоте обычно задаются при проектировании дока. Если почему-либо координаты центра тяжести судна не заданы, то они могут быть определены пересчетом по прототипу.

Зная вес дока и докуемого расчетного судна, а также положение их центров тяжести, находим положение общего центра тяжести системы док — судно по формуле

zд.с = Pдzд+ Pс zc + h0Pд+ Pc,

где

  • zд. с — ордината центра тяжести системы док — судно от основной дока, м;
  • zд — ордината центра тяжести дока от его основной, м;
  • zс — ордината центра тяжести судна от его основной, м;
  • h0 — расстояние между основной дока и основной докуемого судна, м;
  • Рд Рс — вес дока и докуемого судна соответственно, т.

Следует отметить, что ошибка в определении положения центра тяжести судна влияет на точность определения ординаты центра тяжести системы док — судно в 2—3 раза больше, чем ошибка в назначении ординаты центра тяжести дока, а потому положение центра тяжести судна должно быть определено особо тщательно, чтобы уменьшить влияние свободной поверхности балластной воды на остойчивость, понтоны доков делят по ширине продольными водонепроницаемыми переборками. Однако любое увеличение непроницаемых отсеков в доке приводит к увеличению количества клинкетов, усложняет балластную систему, а следовательно, эксплуатацию, поэтому даже самые крупные доки делят по ширине не более чем на 5 рядов водонепроницаемых отсеков.

Плавучий док
Плавучий док для косметического и среднего ремонта судов
Источник: pixabay.com

Увеличение (до определенного предела) количества непроницаемых отсеков соответственно повышает степень непотопляемости дока. Из опыта проектирования известно, что при разделении докового понтона на 15 непроницаемых отсеков непотопляемость дока со стоящим в нем расчетным судном обеспечивается в большинстве случаев при затоплении одного отсека.

При определении момента инерции ватерлинии дока следует рассмотреть два возможных варианта:

а) Если палуба понтонов находится выше уровня воды, то за действующую ватерлинию принимают внешние контуры дока и тогда площадь ватерлинии равна

Sд = Вд Σ lп,

где

  • Вд — ширина дока, м;
  • lп — длина отдельных понтонов, м.

б) Если стапель-палуба и кильблоки вошли в воду, то за действующую ватерлинию принимают сумму площадей горизонтальных сечений башен дока и текущей ватерлинии судна, поставленного в док, т. е.

Sд = 2LбВб + Sc,

где

  • Lб, Вб — длина и ширина башен, м;
  • Sс — площадь текущей ватерлинии судна, м.

Что касается включения или вычета из площади действующей ватерлинии дока площадей тех отсеков, где расположены задвижки или клинкеты, то необходимо иметь в виду следующее.

Если отверстия, сообщающие балластные отсеки с забортной водой, снабжены управляемыми клинкетами, площадь отсеков безусловно включается в площадь действующей ватерлинии.

Если указанные отверстия не имеют управляемого закрывания (например, захлопки), то могут иметь место два случая:

  1. когда расчет производится для условий динамического приложения внешней нагрузки, отсеки с захлопками можно включать в площадь действующей ватерлинии и при вычислении поправки на свободные уровни учитывать только собственные моменты инерции площадей таких отсеков, не учитывая переносные моменты инерции. Период собственных колебаний дока сильно отличается от периода изменения внешних сил, и наличие сравнительно небольших отверстий незначительно сказывается на динамической остойчивости дока;
  2. когда расчет производится для условий статического действия внешних сил, площадь горизонтального сечения отсеков с забортными отверстиями без принудительного закрывания следует вычитать из площади действующей ватерлинии.

Поправки к моменту инерции действующей ватерлинии на влияние свободной поверхности воды в балластных отсеках следует определять учитывая постоянное наличие в балластных отсеках понтона небольшой воздушной подушки. Поэтому, если бортовые отсеки понтонов непосредственно сообщаются с башнями, то поправка к величине момента инерции действующей ватерлинии для дока, разделенного на три отсека по ширине и затопленного по верхнюю кромку кильблоков, будет равна

i1 = a312 + 2b312 l,

где

  • а — ширина среднего отсека понтона;
  • b — ширина бортового отсека понтона;
  • l — длина понтона (понтонов) дока.
Кривая метацентрической высоты
Рис. 7 Кривая метацентрической высоты в функции от осадки для дока в транспортном состоянии (в процессе погружения): 1 — предельная линия погружения; 2 — осадка в момент касания судном кильблоков; 3 — верхняя кромка ворот; 4 — осадка дока с судном в транспортном состоянии; 5 — обвод внутренней стенки дока

В том случае, когда бортовые отсеки понтонов отделены от башен водонепроницаемой палубой и башни имеют самостоятельный спуск или прием воды самотеком через захлопки, а отсеки понтонов заполняются независимо от башен через кингстоны, поправка к величине момента действующей ватерлинии будет равна

i2 = a312 + 2b312 l + 2Вб312 l,

  • где Bб — ширина башни (остальные обозначения прежние).

Обычно ширина водонепроницаемых отсеков понтонов примерно одинакова, а ширина башни приблизительно равна

112

полной ширине дока.

Приняв

a=b=Вд3; Вб = Вд12

получим приближенное значение поправок к моменту инерции действующей ватерлинии дока:

i1 = a34l = Вд3100l 0.009 Вд3 l;

i2 = 97a3384l = 0,25 a3 l 0.009 Вд3 l,

  • т. е. при принятых условиях в момент наименьшей остойчивости всплывшего или погруженного дока поправки к моменту инерции площади действующей ватерлинии примерно равны и не зависят от способа затопления балластных отсеков.

В остальном расчеты остойчивости плавучих доков не отличаются от расчетов для обычных судов.

Для транспортных доков обязательно следует строить кривую величин метацентрических высот h = f(T), так как эта кривая имеет несколько минимумов (рис. 7).

Теория корабля — непотопляемость доков

Требования к непотопляемости плавучих доков формулируются несколько иначе, чем для обычных судов, так как, кроме безопасности дока как плавучего сооружения, необходимо учитывать безопасность стоящего в доке судна и, следовательно, требования в части непотопляемости предъявляются к системе док — судно.

При составлении заданий на проектирование дока в разделе «Непотопляемость» бывают заложены требования, чтобы док оставался на плаву при получении повреждения в момент наибольшего погружения. Эти требования, предъявляемые неоднократно, послужили предметом дискуссий, где была выяснена их необоснованность.

Последнее легко доказуемо следующим элементарным разбором двух возможных случаев:

  • док, погруженный до предельной осадки, получил повреждение балластных отсеков понтона, при этом палуба безопасности осталась неповрежденной;
  • док, погруженный до предельной осадки, получил повреждение одной из башен и забортная вода попала на палубу безопасности.

В первом случае, поскольку палуба безопасности осталась неповрежденной, док, будучи в момент повреждения погруженным до предельной осадки, останется в этом положении «висящим» на палубе безопасности.

Стоявшее в доке судно окажется на плаву (если оно не получило повреждения вместе с доком) потому, что доку незачем было погружаться, если корпус судна неисправен.

Очевидно, что, вследствие повреждения балластных отсеков понтона, подъемная сила дока уменьшилась, поэтому поднять его вместе с судном расчетного веса невозможно.

Возможно будет интересно: Материалы, применяемые в судоремонте

Во втором случае док получит значительный крен и дифферент, остойчивость его, вследствие затопления одной из башен, резко упадет и док не удержится на плаву. Единственная возможность избежать этого — разделить пространство выше палубы безопасности на большое количество мелких отсеков, что резко усложнит условия повседневной эксплуатации.

Следовательно, требования к непотопляемости системы док — судно можно предъявлять только при условии нахождения ее в полностью всплывшем состоянии.

Некоторые специалисты считают, что чем больше число отсеков, при затоплении которых док останется на плаву, тем качество дока выше. Однако критерием непотопляемости системы док—судна является не «число» отсеков, затопление которых может выдержать док, а предельно допустимые крен и дифферент, возникающие при аварийном затоплении балластных отсеков.

Лодка
Лодка, которой необходим ремонт корпуса
Источник: pixabay.com

Так как высота надводного борта понтона дока, когда в нем стоит расчетное судно, обычно не превышает 300—400 мм, то при аварийном затоплении концевых отсеков приходится допускать, что вода зальет часть стапель-палубы, но палуба безопасности в башнях, до которой доводятся переборки балластных отсеков, останется над водой. Это допущение аналогично принимаемому относительно обычных судов.

Предельно допустимый крен определяется исходя из тех же соображений, которые изложены в разделе остойчивости для случая отсутствия специальных устройств против смещения судна в доке, т. е. величиной до 4,5°. Для узких транспортных доков крен в случае аварии может быть допущен в зависимости от качества специальных креплений судна (специальные седловидные клетки, клиновидные упоры и т. п.). Угол предельно допустимого дифферента следует определить исходя из тех же соображений, что и угол предельного крена, но обязательно проверив продольную остойчивость аварийного дока, так как при дифференте 4,5° вода разольется более чем на половину длины стапель-палубы и продольная остойчивость дока может уменьшиться примерно в восемь раз.

Следовательно, необходимые и достаточные условия непотопляемости можно сформулировать так: плавучий докМеталлические плавучие доки — общие сведения и классификация вместе с поставленным в него судном считается непотопляемым, если после аварии он будет иметь крен не более 4,5° при наличии положительных продольной и поперечной остойчивости.

Ниже приводится методика расчета непотопляемости, разработанная по заданию ЛКИ группой конструкторов под руководством М. А. Ловягина и названная «поперечный масштаб Бонжана».

На поперечном сечении дока наносятся линии диаметральных плоскостей подбашенных отсеков αα, относительно которых строятся грузовые размеры отсеков 1 и 2 (рис. 8). Проведя под заданным углом ватерлинию (на рисунке нанесены лишь следы ватерлиний на носовом и кормовом перпендикулярах), можно снять для каждого отсека объем вытесненной им воды. Такое же построение следует сделать для каждого днищевого отсека (по ширине) понтона.

Просуммировав объемы и их моменты относительно оси XX (проходящей через плоскость мидель-шпангоута) и оси YY (проходящей через диаметральную плоскость дока), получим

Σ νотс = Vд,

Σ νотс Xотс= MX,

Σ νотс Yотс= MY,

  • причем для неповрежденных отсеков объем вытесненной воды определяется по диаграмме.

Поврежденный отсек следует считать затопленным на 97%, т. е. полагая, что коэффициент проницаемости 0,97. В таком случае сила поддержания отсека равна

1  μ = 1  0,97 = 0,03v.

Поперечный масштаб Бонжана
Рис. 8 Поперечный масштаб Бонжана: 1 — грузовой размер подбашенных отсеков; 2 — грузовой размер отсека понтона; а — допускаемый угол крена; 1′, 2′ — грузовые размеры погруженного борта; I—IV — расчетные ватерлинии к табл. 2

Путем подбора находят величины статических моментов сил поддержания МX и МY, чтобы были выдержаны условия:

MX0 = MX;   MY0 = MY,

  • где МX0 и МY0 — начальные статические моменты веса неповрежденного дока.

В случае, когда определяют объем и координату центра объема отсека, заполнение которого вызывает предельно допускаемые крен и дифферент (при проектировании нового докаНекоторые вопросы по эксплуатации плавучих доков), задача упрощается и решается сразу без приближений: наклонные ватерлинии проводят под предельно допускаемым углом а = 4,5°. Назначая дифферент от нуля до величины, при которой обнажается в оконечности днище (но не более 4,5° дифферента), получаем предельные объемы и предельные длины отсеков в средней части дока и его оконечностях.

Рекомендуется к прочтению: Механизация корпусных работ

По ширине док заранее должен быть разделен на четыре части: два подбашенных отсека (1 и 1′) и два понтонных (2 и 2′).

В результате изложенного получаем отсеки разной длины: большие в средней части дока и меньшие по концам. Для удобства управления доком при его подъеме и затоплении длины отсеков принимаются равными по результатам предельного дифферента.

Таблица 2 Схема расчета предельных отсеков дока по методу М. А. Ловягина
№ шпангоутовн12346789кδ∑-∑
Координаты X+22,5+18,0+13,5+9,0+4,5-4,5-8,0-13,5-18,0-22,5
Координаты башни YЛевый борт Y = -7,25; правый борт Y = 7,25
Координаты понтона YЛевый борт Y = -3,25; правый борт Y = 3,25;
Ватерлиния под углом α=4,5°; Тн — Тк = 2,5 м (ватерлиния /, рис. 8 )
Башня ЛБОбъем, м328,326,524,722,921,219,317,515,713,912,110,3212,319,3∑ = 193 м3
МX63747833820695-79-141-188-218-232891202МX = 689 м3 м
МY = — 7,25 · 193 = — 1400 м3 м
Башня ПБОбъем, м335,033,231,429,627,826,024,222,420,618,817,0286,026∑ = 260 м3
МX788600420266125-109-202-278-339-384887202МX = 685 м3
МY = — 7,25 · 260 = — 1880 м3 м
Объем полностью погруженного понтона V = 1010 м3;   МX = МY = 0
Водоизмещение
Объем влившейся воды
Момент относительно оси
V1 = 193 + 260 + 1010 = 1463 м3.
V = V1 — V0 = 1463 — 1225 — 238 м3.
X MX = 689 + 685 + 0 = 1374 м3 м.
Координата затопленных отсеков по длинеX = МxV = 1374238 5,8 м.
Момент относительно оси Y MY = — 1400 + 1880 = 480 м3 м.
Координата затопления отсеков по ширине Y = 480238 2,0 м.

 
Примечания.
1. Если продольные переборки расположены как показано на рисунке 8, то соответствующие длины отсеков правого борта понтона (при условии, что их центр тяжести отстоит на 5,8 м от миделя) допускаются равными примерно 22 м. Так как погонный метр сечения понтона от башен до ДП составляет около 11,2 м2, то площадь отсека равна 75 м2. Аналогично ведем расчет для крена в 4,5° при дифферентах, увеличивающихся до 4,4 м (ватерлинни II, III и IV).

2. Если X получился больше чем

L2

, то дальнейшую дифферентовку прекращают. В нашем случае значение X приближается к

L2

при дифференте около 3,0 м. Допустимая предельная площадь затопленных отсеков около

L15

LB.

Следовательно, разделив понтон дока по длине четырьмя поперечными переборками и имея две продольные водонепроницаемые переборки можно гарантировать непотопляемость при затоплении любого отсека.

Следует отметить, что при решении рассмотренной задачи верхняя точка ватерлинии аварийного судна проводится, как указано ранее, на 75—200 мм ниже палубы безопасности. Кроме того, у симметричного дока Мх0 — МY0 = 0.

Проиллюстрируем применение описанного способа примером.

Рассмотрим док со следующими элементами:

Таблица
Подъемная сила600 т
Водоизмещение вместе с поднятым судном до аварии1 225 ≫
Длина дока45 м
Ширина дока16 ≫
Высота дока с башнями6,5 ≫
Ширина башен1,5 ≫
Высота понтона1,9 ≫
Площадь начальной ватерлинии720 м2

 
Подробная схема расчета дана в табл. 2.

Сопротивление воды

Крайняя разрозненность данных о сопротивлении воды при буксировке доков, могущих служить основанием к созданию каких-либо графиков или формулы для вычисления потребной мощности буксировщика, заставляет пользоваться упрощенной формулой Карапетова, с внесением в нее поправочных коэффициентов, принятых на основании предшествующих буксировок. Цифры эти нельзя считать надежными, так как определенные зачастую лишь визуально метеорологические данные каждого похода (волнение и ветер) значительно влияют на мощность буксировки.

На основании ряда буксировок для определения усилия на гаке буксировщика можно рекомендовать формулу Карапетова, откорректированную на буксировку дока прямоугольных обводов со скоростью 5 узлов:

P = kS + m v2,

где

  • Р — усилие на гаке буксировщика, кг;
  • S = (2Т + B)L — смоченная поверхность дока;
  • Т — средняя осадка дока при буксировке;
  • В — ширина дока по ватерлинии;
  • ⊗ — площадь погруженной части миделя;
  • v — скорость буксировки, м/сек, равная 2,57 м/сек;
  • k = 0,2 — практический коэффициент;
  • m = 50 — практический коэффициент.

Для доков с баржеподобными обводами можно пользоваться формулой Э. Э. Папмеля:

P = 0,2S + 4,5l v2,

где

  • l — длина заострений (за вычетом цилиндрической части);
  • ⊗ — площадь погруженной части мидель-шпангоута;
  • S — смоченная поверхность.

Следует особо отметить, что обеими формулами можно пользоваться лишь в пределах 4—6 узл., или 2,5—3,1 м/сек; для больших скоростей формулы недостоверны.

Мощность главных механизмов (дизелей или паровых машин) буксировщика должна быть не менее

HP = Pv30 л. с.

Особенности теории корабля док-матки

Док-матка служит лишь как «временные башни» для погружающегося док-понтона, и расчет остойчивости и диаграммы затопления необходимо производить трижды: для самой док-матки, для док-матки с док-понтоном без судна и для док-матки с док-понтоном с судном. Отсюда диаграмму затопления делают либо для каждого состояния раздельно (считая в каждом случае системы за «монолитное сооружение»), либо совмещенно (см. рис. 6).

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Февраль, 19, 2020 358 0
Читайте также