Устройства, используемые на плавучих доках для самодокования, переправления и ремонта

Устройства плавучих доков разделяются на несколько типов, каждое из которых задействуется при той или иной ситуации, как, например перевод доков морем.

Перевод доков морем. Буксирное устройство

Доки буксируют при переводе от места постройки к месту постоянной работы, а также при перемене места эксплуатации. В дальнейшем будут рассмотрены вопросы буксировки доков по открытому морю на большие расстояния, поскольку буксировка по внутренним водным путям или на короткие расстояния морем несложна и не требует особой подготовки.

Если при проектировании плавучего дока известно, что он должен быть неоднократно переведен или же переведен сразу после постройки, подготовку дока к морским буксировкам целесообразно продумать во время разработки проекта, разделив ее на два этапа: работы, производимые при постройке дока, и работы, производимые непосредственно перед буксировкой.

Работы по подготовке дока к буксировке по открытому морю на дальнее расстояние заключаются в следующем:

• обеспечение общей и местной прочности для буксировки по взволнованному морю;
• демонтаж некоторой части докового оборудования (например, грузовых кранов);
• монтаж буксирного, походного якорного и шлюпочного устройств, радиостанций, волноломов;
• оборудование дополнительных жилых помещений, а также хранилищ топлива, воды, продовольствия, шкиперских и других запасов.

Вопрос о выборе волн рассмотрен в статье: Прочность плавучих доков и общие характеристики внешних сил.

Следует иметь в виду, что требования по расчетной балльности при переводе морем могут быть значительно снижены подбором соответствующего времени перевода и обеспечением портов-убежищ. Практически при правильной подготовке экспедиции перевод будет происходить при балльности не свыше 6 баллов.

В процессе буксировки плавучих доков (особенно средних и больших) усилия в буксирном тросе достигают значительной величины и намного превосходят усилия, возникающие при бук­сировке обычных судов. Так, сопротивление буксировке со скоростью 6 узл. судна водоизмещением 10 000 т не превосходит 6 т, тогда как сопротивление дока такого же водоизмещения при той же скорости достигает 40 т; сопротивление движению более крупных доков доходит до 100 т и более.

Учитывая, что самые крупные тросы имеют разрывное усилие около 200 т, при выборе тросов для буксировки доков нередко идут на снижение обычно применяемого четырехкратного запаса прочности, компенсируя это ограничением скорости буксировки, т. е. числа оборотов главных двигателей судна-буксировщика.

Также в целях обеспечения целостности буксирных тросов длину буксирных концов в походе увеличивают до 600—700 м, а провисание — до 90—100 м. На мелководных участках, во избежание задеваний за грунт, длину буксирных концов приходится уменьшать. Это может быть достигнуто за счет следующих мероприятий.

С каждого борта на доке крепят по одной-две смычки якорных цепей надлежащего калибра. Цепи крепят скобами к стальной плите треугольной формы толщиной 50—60 мм и площадью 1—1,5 м². К плите крепят тросовый буксир, поданный на буксирующее судно. При такой схеме буксировки буксирный конец может быть длиной 400—500 м.

Предлагается к прочтению: Расчеты прочности плавучих доков при спуске на воду, постановке в док и самодоковании

На буксировщике трос обносится на барабан буксирной лебедки, или, если такой лебедки на судне нет, то на специально установленные на время буксировки битенги.

На доке буксир крепится за так называемый «воротниковый битенг» (рис. 1 и 2). Если на док поданы цепи, а не трос, их крепят в якорных клюзах, установленных на бортах понтона. На доке должно быть предусмотрено устройство для выборки на стапель-палубу оборванного конца троса.

На время перевода морем на доке должно быть смонтировано временное якорное устройство, состоящее из двух-четырех становых якорей, якорных цепей, стопоров, шпилей или брашпилей и наклонных площадок для сбрасывания якорей в воду. Якоря следует поместить по одному-два на каждой оконечности дока на наклонных плоскостях, готовыми к немедленной отдаче (для этого якоря удерживаются пеньковыми найтовами).

При отсутствии брашпиля якорные цепи раскладываются на стапель-палубе и стопорятся несколькими пень­ковыми стопорами (чтобы уменьшить скорость вытравливания). В этом случае можно выбирать якоря при помощи разнесенных на стапель-палубе талей, ходовой конец которых подан на шпиль дока.

Поскольку док ставят на якоря лишь в исключительных случаях, то иногда предусматривают подъем якоря килектором или плавучим краном.

Все расположенные на стапель-палубе за волноломами грузы должны быть надежно принайтовлены и защищены от подмочки, а переход с башни на башню обеспечен по переходному мостику.

На время перевода на доке должны быть установлены полагающиеся для несамоходных судов ходовые и отличительные огни, визуальные и звуковые сигналы. Экипаж дока должен быть снабжен средствами индивидуального и коллективного спасения: спасательными поясами и жилетами, гидрокомбинезонами и спасательными плотиками.

Перевод доков иногда связан с необходимостью прохода через каналы или шлюзы, ширина которых значительно меньше ширины дока. Примером служит перевод доков через Панамский канал во время второй мировой войны и перевод вновь построенного дока через шлюз реки Везер (1959 г.). Построенные на заводах Атлантического побережья доки шириной от 35 до 38,5 м не проходили через Панамский канал.

Их разъединяли на отдельные секции, которые наливом балласта в отсеки одного борта укладывались на борт (рис. 3). Осадка положенной на борт секции дока была равна 3,2 м. Построенный в ФРГ для Греции док не проходил шлюз на р. Везер вследствие своей большой ширины (ширина шлюза в свету составляла 45 м, ширина дока была равна 45,7 м). Для прохода через шлюз док был накренен на 22° (для чего в отсеки одного борта был принят балласт) и в таком виде проведен через шлюз (рис. 4).

Якорное устройство

Назначение стационарного якорного устройства плавучего дока — точно и надежно удерживать док в строго определенном положении относительно береговых ориентиров или осевой линии котлована. Размеры котлована, по экономическим соображениям, минимально допустимые. Во время всплытия или погружения док не должен смещаться за пределы котлована.

Плавучий док может быть установлен на якорях при прямом или обратном (крестообразном) расположении якорных канатов. При прямом расположении каждый канат направлен в сторону от дока; при обратном (крестообразном) — каждый канат пропущен под днищем дока и соединен с якорем, размещенным на противоположной стороне дока (рис. 5).

Читайте также: Расчет общей поперечной прочности сухого дока

Прямое расположение якорей проще и дешевле, однако оно неудобно для подхода судов и плавучих кранов к бортам дока и требует большой акватории при установке дока.

Обратное расположение якорных канатов более сложно, оно включает дополнительные детали (направляющие клюзы на скулах корпуса дока), выполнение его несколько дороже, но при этом подход судов и плавучих средств к доку удобнее и безопаснее, док стоит значительно устойчивее. Такая схема постановки дока на якоря является преобладающей, особенно в тесных гаванях.

Положение дока над котлованом может быть фиксировано также кустами железобетонных свай, забитых по бровкам котлована (см. рис. 2 Схема расположения дока между кустами свайНекоторые вопросы по эксплуатации плавучих доков). Такой способ удержания дока на месте очень удобен, но неприменим в случае скалистого грунта.

Если док устанавливают лагом к набережной и на небольшом расстоянии от нее, положение его может быть фиксировано при помощи ферменных распор, шарнирно закрепленных к борту дока и набережной (см. рис. 10 Схема установки дока к набережной на постоянных распорахМеталлические плавучие доки — общие сведения и классификация).

Если для погружения док надо отводить от места его постоянной стоянки, в целях упрощения частых съемок с якорей и постановок на них, целесообразно установить на месте постоянной стоянки и в районе котлована швартовные бочки.

Вес якоря может быть определен по формуле:

где:

• G — вес якоря, кг;
• S₁ — площадь надводного силуэта дока с поставленным в него судном, м². Силуэт боковой или поперечный соответственно для определения веса бокового или продольного якоря;
• S₂ — площадь погруженной боковой или поперечной поверхности дока, м²;
• Р — сила давления ветра на надводную поверхность, кг/м²: в зависимости от места стоянки дока р принимается равным 120 кг/м² или более;
• k — коэффициент сопротивления, колеблющийся от 45 до 70;
• n — число якорей, размещаемых на одном борту или на одной оконечности дока;
• а — коэффициент держащей силы якоря, принимаемый по табл. 1.

Типы якорей представлены на рис. 6.

В гаванях с илистым или песчаным грунтом и сравнительно небольшими глубинами часто практикуется закапывание железобетонных массивов ниже уровня дна.

Калибры якорных цепей определяются по весу якорей и проверяются по максимальной величине натяжения при ураганном ветре. Рекомендуется так выбирать калибр цепи, чтобы расчетное натяжение от действия внешних сил, приходящееся на одну цепь, не превосходило 60% пробной нагрузки. Цепи принимаются нормального судового образца с распорками. При определении длины доковых якорных цепей необходимо, чтобы участок цепи, примыкающий к якорной скобе, лежал на грунте. Следовательно, цепь должна вытягиваться лишь под действием расчетного давления ветра.

Акад. Ю.А. Шиманский установил аналитические зависимости длины якорного каната от величины горизонтального усилия, действующего на якорный канат, и глубины места установки дока на якоря:

где:

• l — длина провисающей части якорного каната, м;
• h — вертикальное расстояние между точкой подвеса каната на доке и грунтом, м;
• Т₀ — горизонтальное усилие в результате натяжения якорного каната, действующее на док, кг;
• р — вес погонного метра якорной цепи, кг.

Схема действия сил показана на рис. 7.

В табл. 2 приведены рекомендуемые длины доковых якорных цепей (бортовых) в зависимости от принятого калибра звена и глубины места при допускаемой величине натяжения цепи, равной 25% разрывного усилия и прямом их расположении. При крестообразном расположении цепей длина каждой из них увеличивается на ширину дока.

Обычно величину смещения дока от его среднего положения принимают равной не свыше 5—7 м. Приведем формулу расчета смещения дока под влиянием ветра или течения.

Обозначим длину провисающей части якорного каната через l, а длину цепи, лежащей на грунте, через b (рис. 7).

Полная длина якорного каната при принятых обозначениях равна:

При отсутствии ветра или течения натяжение цепи создается лишь ее весом (точнее — весом провисающей части). Приняв, что точка крепления якорь-цепи находится на уровне ватер-линии, получим, что натяжение цепи Т₀ в месте ее крепления равно:

Якорная цепь провисает по цепной линии, уравнение которой имеет вид:

Проекция провисающей части цепи на ось абсцисс определится из условия, что y=0 и T₀=hp, откуда:

или:

Длина провисающего участка цепи будет равна:

или:

Отсюда следует, что отстояние точки постановки якоря от стенки дока по горизонтали должно быть:

Под влиянием ветра и течения док движется, постепенно натягивая якорные цепи одного борта и увеличивая этим горизонтальную составляющую сил натяжения. Дрейф дока будет продолжаться до тех пор, пока сила давления ветра не уравновесится горизонтальной составляющей Т₀ сил натяжения цепи. Смещение дока под действием указанных выше сил равно ΔS. Допуская, что при предельном смещении дока натяжение в цепи достигнет расчетной нагрузки и цепь при этом вытянется полностью, проекция на горизонтальную ось полностью вытянутой цепи определится по формуле (b = 0):

Начало координат помещено при этом в точке С пересечения вертикали, проходящей через якорь, с урезом воды, и ось абсцисс направлена влево от этой точки.

Смещение дока определится как разность проекций на горизонтальную ось полностью вытянувшейся в гибкую нить цепи и цепи при среднем положении дока.

При выбранной указанным способом длине цепи приближение места укладки якоря к доку (в его среднем положении), то есть увеличение участка l за счет соответствующего укорочения участка а, приведет к увеличению смещения дока — к отрицательному результату.

Пример. Ветровая нагрузка, приходящаяся на одну из бортовых цепей, 50 т; глубина места 15 м. По сортаменту судовых якорных цепей подбираем цепь с допускаемым натяжением 57 т и разрывным усилием 228 т. Калибр звена цепи равен 82 мм, вес погонного метра — 146 кг.

Определим по табл. 2 длину цепи:

Натяжение цепи при отсутствии ветровой нагрузки равно:

Отстояние якоря от стенки дока в его среднем положении (считая по горизонтали) равно:

Длина проекции цепи, натянувшейся под действием ветра, на горизонтальную ось определится из уравнения:

По таблице гиперболических функций определяем:

откуда:

Максимальное расчетное смещение дока будет равно:

что находится в допустимых пределах.

Как уже указывалось, доки при переводах морем снабжаются временным якорным устройством, состоящим из 2—4 якорей Холла и соответствующих якорных канатов.

Вес одного якоря для временного якорного устройства (для средних доков) можно подобрать по формуле:

где:

• В_д — ширина дока, м;
• Н_п — высота понтона, м.

Для доков подъемной силой 25 000 т и выше коэффициент можно снижать до 20.