Определение массы грузов по осадке судна

Цель работы. Ознакомление с практическими методами определения количества массового груза по разности водоизмещения судна.

Общие указания. Определение массы большинства навалочных грузов на судне часто сопряжено с определенными трудностями. Наиболее распространенным и относительно простым методом определения количества груза на судне является определение по разности объемного водоизмещения, или, как часто говорят, по осадке судна. Масса судна, равная массе воды, вытесняемой судном, называется весовым водоизмещением. Поскольку водоизмещение судна изменяется в зависимости от степени его загрузки, любому значению осадки соответствует определенное водоизмещение. Суть метода заключается в определении водоизмещения загруженного и порожнего судна, а разность между этими значениями составит искомую массу груза.

Для определения массы грузов по разности водоизмещения в груженом и порожнем состояниях, суда снабжены специальными грузовыми шкалами или таблицами грузового размера. По ним, в зависимости от величины погружения (осадке), определяется водоизмещение судна.

При плавании судов в пресных водах или в водах с другой соленостью к шкалам и таблицам применяются соответствующие поправки.

При определении массы грузов следует учитывать изменение переменных запасов (топлива, смазочных масел, пресной воды, балласта, хозяйственных и фекальных вод и т. п.), которое происходит во время выполнения грузовых операций. Для этой цели суда снабжены калибровочными таблицами топливных, масляных, водяных и балластных цистерн.

В калибровочных таблицах для каждого танка представлены замеры уровней жидкости и соответствующие им объемы жидкости. Замеры уровней жидкости в балластных танках выполняются через замерные трубы при помощи рулетки с лотом. По судовым калибровочным таблицам для замеренных уровней находится объем жидкости для каждого балластного танка. При помощи ареометра находится плотность жидкости в каждом танке. Масса жидкости в балластном танке определяется путем перемножения объема и плотности жидкости в данном танке. Эта операция производится для каждого танка с балластной водой. Общее количество балласта определяется суммированием значений массы жидкости по каждому танку. Аналогичным образом определяется количество пресной воды. В том случае, если расчет количества запасов топлива дополнительно не заказан, то массы тяжелого топлива (мазута), дизельного топлива и смазочного масла принимаются по заявлению судовой администрации.

Водоизмещение судна состоит из массы корпуса порожнего судна, массы переменных запасов и массы груза (если судно загружено). Водоизмещение судна определяется в зависимости от его средней осадки Т_ср. Для определения осадок на носу (FP), на корме (AP) и на миделе (середине) судна делают их замеры по правому и левому борту. Рассчитывают средние осадки на носу Т_н, на корме Т_к и на миделе Т_Ä с поправками, связанными с несовпадением марок углубления и перпендикуляров, а также прогибом судна.

Для снятия осадок с борта судна используются нанесенные на борта судна в носу, в корме и в районе мидель-шпангоута цифры, называемые марками углубления. Марки углубления могут быть нанесены в дециметрах (метрическая система) или в футах (английская система). В случаях, когда марки углубления не нанесены на корпус судна, измеряется высота надводного борта от линии главной палубы до зеркала воды и вычитается из высоты борта судна, измеряемой от киля до главной палубы.

Снятие осадки носом, на миделе, кормой производится с обоих бортов судна с максимально возможной точностью с причала и / или катера. При волнении моря необходимо определить среднюю величину амплитуды омывания водой каждой марки углубления, которая и будет являться фактической осадкой в данном месте. При волнении рекомендуется пользоваться специальными приборами для снятия осадок. В настоящее время разработан ряд таких устройств, которые используются на практике. После измерения осадок по левому и правому бортам в носу, в корме и в районе мидель-шпангоута рассчитывается средняя осадка носом, кормой и на миделе:

Т = (Т^п + Т^л) / 2.

В расчетах используются осадки на перпендикулярах и на мидель-шпангоуте. Однако марки углублений, как правило, не совпадают с перпендикулярами, а иногда и с мидель-шпангоутом. Поэтому для исключения ошибки вводится поправка к средним осадкам носом, кормой и на миделе (если необходимо):

DH = f × d / LBM; Т_н = Т_н ± DH;

DK = а × d / LBM; Т_к = Т_к ± DK;

DM = m × d / LBM; Т_Ä = Т_Ä ± DM,

где d – дифферент судна – разность средних осадок кормой и носом, м. Дифферент на корму имеет положительный знак;

f– расстояние от носовых марок углубления до носового перпендикуляра;

а– расстояние от кормовых марок углубления до кормового перпендикуляра;

m– расстояние от марок углубления на миделе до мидель-шпангоута;

LBM – расстояние между марками углубления (длинна судна между перпендикулярами).

В практике существует много методик для определения (расчета) средней осадки судна (Т_ср). Наиболее распространенной формулой для определения средней осадки судна для сюрвейерских расчетов является следующая:

Т_ср = (Т_н + 6 × Т_Ä + Т_к) / 8.

По грузовой шкале (табл. 9) (кривым элементов теоретического чертежа) или с помощью гидростатических таблиц по средней осадке определяется водоизмещение D_о.

Гидростатические таблицы (грузовая шкала) рассчитаны для судна на ровном киле. Водоизмещение судна, имеющего дифферент, будет отличаться от соответствующего средней расчетной осадке водоизмещения, взятого из таблиц. Поэтому необходимо применить поправки на дифферент:

D₁ = 100 × u × LCF× d / LBM;

D₂ = 50 × d² × (dM/dz) / LBM,

где u – число тонн на 1 см осадки. Которое характеризует, какое количество тонн необходимо загрузить (выгрузить) на судно, чтобы его осадка изменилась на 1 см;

LCF – смещение центра тяжести площади ватерлинии от мидель-шпангоута, м. Смещение центра тяжести площади ватерлинии (LCF) от миделя в корму считается положительным, в нос – отрицательным;

dM/dz – разница в моменте, изменяющем дифферент на 50 см выше и ниже средней расчетной осадки.

Знак первой поправки получается алгебраически, а второй – всегда положительный.

Сумма двух поправок дает общую поправку на дифферент к водоизмещению:

D = ±D₁ + D₂.

Определяется водоизмещение с учетом поправки на дифферент:

.Грузовая шкала

Таблица 9

D₁ = D_о + D.

Когда фактическая плотность морской воды отличается от той, для которой рассчитано водоизмещение в гидростатических таблицах (1,025 т/м³), необходимо ввести поправку на плотность. Фактическая плотность определяется при помощи ареометра. Отбор пробы морской воды осуществляется с обоих бортов судна в районе мидель-шпангоута с глубины равной половине осадки судна на момент отбора. Скорректированное на фактическую плотность морской воды водоизмещение определяется по формуле:

D = D₁ × r_ф / 1,025.

Определив водоизмещение в начале (D_п) и в конце (D_г) грузовых работ, рассчитываем количество груза, с учетом переменных запасов:

G = (D^г – g_г) – (D^п – g_п),

где D^г, D^п – водоизмещение судна в груженом и порожнем состоянии (определяется по грузовой шкале);

g_г, g_п – суммарное количество переменных запасов в груженом и порожнем состояниях.

При тщательных замерах, суммарная ошибка определения количества груза по осадке может составить порядка 0,5% массы груза.

В данной работе рассматривается сокращенный расчет.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем значения осадок каждого борта, и объем запасов на начало и по окончании (конец) грузовых работ.

Сначала производятся расчеты на начало грузовых работ.

По заданной осадке носом правого (Т_н^п) и левого (Т_н^л) борта определяем среднюю осадку носом Т_н, м:

Т_н = (Т_н^п + Т_н^л) / 2.

По осадке на миделе правого (Т_Ä^п) и левого (Т_Ä^л) борта – среднюю осадку на миделе Т_Ä, м:

Т_Ä = (Т_Ä^п + Т_Ä^л) / 2.

По осадке кормой правого (Т_к^п) и левого (Т_к^л) борта – среднюю осадку кормой Т_к, м:

Т_к = (Т_к^п + Т_к^л) / 2.

По полученным средним осадкам, рассчитываем среднюю осадку всего судна Т_ср, м:

Т_ср = (Т_н + 6 × Т_Ä + Т_к) / 8.

По грузовой шкале (табл. 9) определяем водоизмещение судна D_о. Для этого на шкале осадок грузовой шкалы находим значение Т_ср и ближайшее к нему значение осадки, для которой на грузовой шкале указано численное значение водоизмещения. Обозначим эту осадку – Т¢, а соответствующее ей водоизмещение – D¢_о.

Если Т_ср и Т¢ не совпадают, то определим разницу (DТ) между расчетным значением осадки (Т_ср) и табличным (Т¢), см:

DТ = Т_ср – Т¢.

Тогда водоизмещение D_о определяется из выражения, т:

D_о = D¢_о + DТ ×,

где – среднее число тонн на 1 см осадки. Значение определяется как среднее между u, определенными для Т_ср и Т¢.

Если Т_ср и Т¢ совпадают, то D_о = D¢_о.

Рассчитываем дифферент судна (d), м:

d = Т_к – Т_н.

Так как в работе задано, что dM/dz = 0, то значение D₂ не учитываем и рассчитываем D = D₁, т:

D = 100 × u × LCF× d / LBM,

где u определяется по грузовой шкале для значения Т_ср.

Определяем водоизмещение с учетом поправки на дифферент, т:

D₁ = D_о + D.

Так как в работе задано, что r_ф = 1,025, то D = D₁.

Расчет на начало работ закончен, принимаем D_п = D

Повторяем аналогичные расчеты для окончания (конец) грузовой обработки судна и принимаем D_г = D.

Аналогично обозначаются и суммарное количество переменных запасов в груженом (конец) (g_г) и порожнем (начало) (g_п) состояниях.

В конце работы определяем массу груза по осадке судна, с учетом изменения переменных запасов, т:

G = (D_г – g_г) – (D_п – g_п).