Расчётно – графическая работа
По дисциплине: «Судовые устройства и системы»
Разработал студент Васильева К.А.
Группы 3-К-26.03.02
Проверил Кочнев Ю.А.
Доцент, к.т.н.
Казань, 2020г.
Задание: Определить якорное и швартовное устройства для сухогрузного судна класса «О» со следующими главными размерениями:
Длина судна L = 137,6 м.
Ширина судна B = 16,82 м.
Высота судна H = 6,29 м.
А также:
Средняя высота надстроек 
= 2,5 м.
Длина надстроек 
= 23,37 м.
Нормирование якорного снабжения
1.1 Выбор снабжения судов якорями и цепями производится с помощью соответствующих таблиц Правил Российского Речного Регистра в зависимости от величины якорной характеристики снабжения
Nc = L (B+H) + kn 
,
где Nc – характеристика снабжения судов внутреннего и смешанного плавания всех типом, м2;
L,B,H – главные размерения судна, м;
kn =0,5 для судов, у которых суммарная длина надстроек и рубок расположенных на всех палубах находится в пределах 0,25 до 5 длины суда;
= L - 
;
Nc = 137,6(16,82+6,29) + 0,5 (23,37 ∙ 5 + 1,1 ∙ 99,072) = 3292,89 м2;
После вычисления характеристики снабжения масса якорей и длина цепей определяются по Правилам Речного Регистра.
Суммарная масса, кг, якорей должна определяться по формуле:
где 
– определяется по формуле: 
= 0,93;
= 1.
Принимаем якорь Холла массой по 1750 и 1500 по ГОСТу 761-74
1.2 Определим калибр якорной цепи.
k я = с + dMя + eMz2+f / Mz,
где
k я = 17890 + 0,0196 ∙ 1750 – 7,78 – 0,89 = 43,52
Принимаем цепь калибром 46 мм по ГОСТу 228-79
1.3 Определим длину цепи.
Проверка надежности якорной стоянки.
Выбранное якорное снабжение должно обеспечивать надежную стоянку в условиях эксплуатации судна.
В условиях якорной стоянки к обычным составляющим сопротивления движения добавляется сопротивление застопоренных гребных винтов (R в). Вследствие малой скорости течения по сравнению со скоростью судна в спокойной воде можно принять сопротивление формы и волновое сопротивление равным нулю (R v =0; R w =0).
Сопротивление трения (Rf) можно рассчитать, как сопротивление трения эквивалентной гладкой пластины, добавив сопротивление, вызываемое шероховатостью судовой поверхности. Сопротивление выступающих частей R k учитывается надбавкой к сопротивлению трения корпуса. Общее сопротивление трения трения, Н, определяется по формуле:
Rf = (ζf + 
ζk) 
Ω,
где ζf – коэффициент трения эквивалентной гладкой пластины;
– коэффициент, учитывающий шероховатость обшивки судна: = (0,5…0,7)∙ 10-3;
ζk – коэффициент сопротивления выступающих частей:
для многовинтовых судов: ζk = (0,15…0,2)∙ 10-3;
– плотность воды: пресной – 1000 кг/м3;
VT – скорость течения, м/с;
Ω – смоченная поверхность судна, м2.
Коэффициент трения гладкой пластины ζf можно определить по формуле Прандтля – Шлихтинга:
ζf = 0,455(lgRe)-2,58;
где Re = 
– число Рейнольдса;
L – расчетная длина судна, м;
VT – скорость течения, м/с;
V = 1,57 ∙ 10-6 – коэффициент кинематической вязкости воды, м2/с;
Re = 
= 43,82 ∙ 10-6;
ζf =0,455(lg 43,82 ∙ 10-6)-2,58 = 0,014;
Rf = (0,014 + 0,5 + 0,15) ∙ 
Сопротивление застопоренного гребного винта, Н, определяется по формуле:
R в = 50 
D2VT2∙ x,
где – дисковое отношение гребного винта; в первом приближении можно принимать = 0,58;
VT – скорость течения колеблется в пределах от 0,5…1,0м/с;
x – количество винтов
D – определяется по формуле D = 0,75Т = 0.75∙3.63 = 2.65.
R в = 50 ∙ 0,58 ∙ 2,652 ∙ 0.52 ∙2 = 101,79H.
После определения Rf и Rв можно найти силу воздействия, Н, течения на подводную часть судна R1:
R1 = Rf + Rв = 248,29 + 101,79 = 350,08Н.
Главной составляющей внешних сил, действующих на заякоренное судно при стоянке на якоре, является сила ветра. Под действием этой силы судно совершает колебания вокруг своей вертикальной оси и относительно якоря, что обусловливает возникновение значительных инерционных сил в якорных канатах. Сила ветра R2 на надводную часть судна определяется по формуле
R2 = Ср (
,
где Ср = 0,0008 – коэффициент воздушного сопротивления;
=157 – среднее давления ветра на пластину, расположенную перпендикулярно его направлению при заданной бальности по шкале Бофорта Па;
– площадь проекции надводной части судна на ДП с учетом парусности перевозимого на палубе груза, м2, определяем по формуле = L(H-T) + 
;
– площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута,м2, определяем по формуле: = B(H-T) + B hi ∙2;
= 
/6 – угол между направлением ветра и ДП судна;
= 137,6(16,29 – 3,53) + (23,37 ∙5 + 1,1 ∙ 99,072) = 605,61;
= 16,82(6,29 – 3,53) + (16,82 ∙5 ∙2) = 214,62;
R2 = 0,0008 ∙ 157(605,61sin 
) = 61,48H.
Таким образом, суммарная горизонтальная сила, Н, действующая на судно,
R = R1+R2 = 61,48 + 350,08 = 411,56 H.
При постановке на один якорь сила, удерживающая судно, складывается из держащей силы якоря и силы трения о грунт участка якорного каната, лежащего на грунте; вторым слагаемым можно пренебречь. При этом условии держащая сила якоря определяется по формуле
Т1 = Кя ∙ g ∙ M,
где Кя – коэффициент держащей силы, который для якорей Холла равен 3,0…4,0;
g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения;
М – масса выбранного якоря, кг.
Т1 = 4 ∙ 9,8 ∙1750 = 68600
Первое условие надежной якорной стоянки на одном якоре выполняется, если Т1 
R, при стоянке на двух носовых якорях:
2Т1 
,
где 
– угол между линиями якорных канатов в плане 
при cos 30 
:
2 ∙ 68600 
137200 236,53
при cos 60 :
2 ∙ 68600 
137200 441,56
Для обеспечения второго условия надежной якорной стоянки необходимо, чтобы небольшой участок цепи оставался на грунте при приложении к скобе якоря усилия R. В этом случае сила Т1 направлена горизонтально и имеет максимальную величину, равную держащей силе якоря. Для обеспечения данного условия длина якорного каната должна быть не менее
l0 = l + l1 + l2,
где l0 – минимальная длина якорного каната, м;
l1 – длина якорного каната от устройств для крепления и отдачи коренного конца якорной цепи до клюза, м;
l2 – длина участка якорного каната, лежащего на грунте, м.
Эта величина может быть произвольной. Достаточно, чтобы два-три звена лежали на грунте. Роль этого участка – только в придании горизонтального направления силе Т1. Поэтому суммарная длина l1 + l2 в первом приближении может быть принята в пределах одной смычки – 25м;
l – длина провисающей забортной части каната, м.
Она определяется по формуле
l = 
,
где 
= 45 – глубина якорной стоянки, м;
m – масса одного метра якорного каната, кг/м, определяется по нормативным документам на якорные цепи;
R = 411,56Н.
l = 
;
l0 = 54,42 + 25 = 79.
Второе условие надежной якорной стоянки выполнено, если выбранная по Правилам длина якорного каната lв, м, равна или больше длины, полученной расчётом:
lв 
l0
145 79.
Для проверки третьего условия надежной якорной стоянки необходимо определить максимальное натяжение якорного каната во время стоянки судна на якоре.
Величину этой силу, Н, можно определить по формуле
Тк = R + 0,87 mgh,
где R – суммарная горизонтальная сила, действующая на судно.
Тк = 411,56 + 0,87 ∙ 45,5 ∙ 45 = 451,18.
Условия надежной стоянки можно считать выполненным, если
где Тр – разрывная нагрузка якорного каната, Н, которая определяется по соответствующим нормативным документам.
1855 3…5.