Влияние плотности воды на осадку судна. Размеры судов (классификация судов по размерам) Максимальная осадка кораблей

Допустим, что на судно принят малый груз весом Р, т. е. такой груз, при приеме которого обводы корпуса можно считать практически не изменившимися в пределах приращения осадки. Малым можно считать груз, составляющий 5 — 10 % водоизмещения судна.

Рис. 1

При приеме груза весом Р водоизмещение судна возрастет на величину pAV, причем значение AV определяется объемом слоя между ватерлиниями ВЛ и В 1 Л 1 .

Для определения приращения осадки судна АТ после приема груза исполь­зуем условие равновесия судна, выражающееся равенством масс груза Р и дополнительного водоизмещения:

Р = ρ · Δ V (1)

Объем добавочного слоя AV можно рассматривать как объем цилиндра, основанием которого является площадь ватерлинии S, а высота равна изме­нению осадки АТ. Тогда:

Δ V = S · Δ Т

и формула (1) примет вид:

Р = ρ · S · Δ Т

Отсюда изменение средней осадки будет:

∆ T = P ρ · S (2)

В случае снятия груза с судна его масса Р должна быть введена в формулу (2) со знаком минус. Следовательно, приращение осадки будет также отрицательным, т. е. осадка судна уменьшится на величину ΔТ.

При решении практических задач, связанных с определением изменения средней осадки судна при приеме или снятии груза, часто пользуются вспомогательной величиной q1см, представляющей собой значение массы (числа тонн) груза, от приема или снятия которой осадка судна изменится на один сантиметр (Tones per 1cm — TPC).

Для того, чтобы получить выражение для q1см, рассмотрим приращение объемного водоизмещения в случае приема груза.

Если принять обводы судна в районе действующей ватерлинии прямо — стенными, то приращение объемного водоизмещения при ΔТ = 0,01 см составит (в м 3): ΔV = 0,01 S.

Масса воды в объеме этого слоя, равная искомой массе q1см, будет:

q 1 с м = 0 , 01 · ρ · S = ρ · S 100 (3)

После постановки полученного выражения в формулу (2) получаем выражения для определения приращения средней осадки в сантиметрах:

∆ T = P q 1 с м (4)

и в метрах:

∆ T = P 100 · q 1 с м (5)

Аналогичным способом можно определить массу груза, изменяющую осадку судна на 1 дюйм. В этом случае ΔТ = 1 дюйм = 1/ 39, 37 см и отсюда:

q 1 д ю й м = ρ · S 39 , 37 (6)

Из выражений (3) и (6) видно, что величина q1см (TPC) пропорциональна площади ватерлинии S. В свою очередь, площадь ватерлинии является переменной величиной, т. к. изменяется в зависимости от осадки судна. Следовательно, число q1см — также переменная величина. Можно построить кривую числа тонн на один см (или дюйм) осадки.

Для того, чтобы определить, как изменится осадка Т судна при приеме или снятии малого груза весом Р, необходимо по указанной кривой найти значение q1см при осадке Т, затем, используя формулу (7), найти новое значение осадки судна:

T 1 = T ± P 100 · q 1 с м (7)

Изменение осадки при изменении плотности воды

При переходе судна из одного водного бассейна в другой изменяется соленость (плотность) забортной воды. При плавании в воде плотностью ρ и ρ 1 водоизмещение судна соответственно будет:

D = ρ · V и D = ρ 1 · V 1 ,

• где V – объемное водоизмещение судна до перехода в воду другой плотности;
• V 1 – объемное водоизмещение судна после перехода.

Приравнивая правые части равенств, получим:

ρ · V = ρ 1 · V 1 и л и V V 1 = ρ 1 ρ

Объeмнoe водоизмещение можно выразить через главные размерения L, В, Т и коэффициент общей полноты:

V = δ · L · B · T и V 1 = δ 1 · L 1 · B 1 · T 1

При малых изменениях объемного водоизмещения, например при изменении солености воды, длина, ширина и коэффициент общей полноты практически не изменяются. В этом случае изменение водоизмещения происходит за счет изменения осадки. Таким образом:

ρ · T = ρ 1 · T 1 и л и T T 1 = ρ 1 ρ

Следовательно, при переходе судна из воды одной солености в воду другой солености осадка его изменяется примерно обратно пропорционально плотности воды.

Изменение объемного водоизмещения определяется с помощью выражения:

∆ V = V 1 — V = D ρ 1 — D ρ = D · ρ — ρ 1 ρ · ρ 1 и л и ∆ V = V · ρ — ρ 1 ρ 1

Изменение объемного водоизмещения ΔV можно также рассчитать как объем слоя с основанием, равным площади действующей ватерлинии S (практически неизменной в пределах малых изменении осадки), и высотой, равной изменению средней осадки ΔТ, т. е. V = S · ΔT. Тогда:

S · ∆ T = V · ρ — ρ 1 ρ 1

∆ T = V S · ρ — ρ 1 ρ 1 и л и ∆ T = D S · ρ · ρ — ρ 1 ρ 1 (8)

При переходе судна из пресной воды (ρ=1,0 т/м 3) в морскую (ρ= 1,025 т/м 3) формула (8) принимает вид:

∆ T = D S · 1 , 0 · 1 , 0 — 1 , 025 1 , 025

Так как числитель второго сомножителя – величина отрицательная, изменение осадки ΔT также будет отрицательным, и судно всплывет, т. е. осадка судна уменьшится.

При переходе судна из морской воды в пресную, формула (8) имеет вид:

∆ T = D S · 1 , 025 · 1 , 025 — 1 , 0 1 , 0

В этом случае изменение осадки будет положительным, судно погрузится в воду, т. е. его осадка увеличится.

Предлагается к прочтению:

С изменением плотности воды, осадка судна изменяется. При этом с увеличением плотности воды осадка судна уменьшается и, наоборот, с уменьшением плотности осадка увеличивается. Изменение осадки судна от изменения плотности воды можно вычислить по формуле:

Величина, на которую уменьшается осадка судна при переходе из пресной воды в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³, называется поправкой на пресную воду , и, как правило, измеряется в миллиметрах. Для каждого судна данная поправка указывается в Судовом свидетельстве о грузовой марке.

Грузовая марка, нанесенная на обоих бортах судна, показывает, какой минимальный надводный борт может иметь судно в морской воде с плотностью 1,025 т/м³. Когда судно грузится в порту с пресной водой, то грузовая марка может быть утоплена на величину равную поправке на пресную воду. При переходе в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³ осадка судна уменьшится на величину этой поправки, и судно будет иметь осадку по грузовую марку.

При погрузке в порту, где плотность воды более 1.000 т/м³, но менее чем 1,025 т/м³. величина, на которую может быть утоплена грузовая марка называется поправкой к осадке на плотность воды (по-английски, Dock Water Allowance) и может быть рассчитана по формуле:

Поправка к осадке, рассчитанная по приведенной выше формуле, получается в сантиметрах.

Пример : Осадка судна по грузовую марку 6,25 м. Поправка на пресную воду составляет 255 мм. Плотность воды у причала 1,009 т/м³. Рассчитать, на какую величину может быть увеличена осадка с тем, чтобы с переходом в воду с плотностью 1,025 т/м³. судно имело осадку по грузовую марку.

Порядок вычислений:

1. Вычисляем, на сколько сантиметров может быть утоплена грузовая марка:

Грузовая марка может быть утоплена на 16 сантиметров.

2. Вычисляем среднюю осадку, на которую может быть погружено судно:

При определении весового водоизмещения судна по осадкам, если фактическая плотность воды, в которой находится судно, отличается от плотности воды, для которой рассчитаны грузовая шкала или гидростатические кривые, то поправку к водоизмещению на плотность воды находят по формуле:

Следует отметить, что при понижении или повышении температуры воды, ее плотность изменяется. Следовательно, если судно находится в пресной воде, то необходимо принимать во внимание ее температуру, так как при высокой температуре пресной воды ее плотность ниже 1,000 т/м³. Если этого не учитывать в расчетах, то разница между истинным и рассчитанным водоизмещением может быть весьма значительной.

Таблица плотности пресной воды при различных температурах:

Когда судно находится в морской воде, то поправку на температуру забортной воды не учитывают и необходимо руководствоваться только показаниями ареометра.

Ареометр (Densimeter) - это прибор для измерения плотности жидкости. Современные ареометры, как правило, стеклянные. Шкала измерения градуируется в кг/м³. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости, как указано на рисунке 1.

Для измерения используют емкость диаметром не менее 50 мм. Пробы забортной воды необходимо брать с обоих бортов в районе миделя с глубины равной половине осадки судна, как можно быстрее после снятия осадок.

Рис. 1: Определение плотности воды при помощи ареометра

Необходимо отметить, что таким же ареометром измеряют плотность воды в балластных танках, когда определяют количество груза по осадкам. Эта тема подробно рассмотрена в книге серии «Морская практика»: «Расчет массы груза по осадкам».

Расчет дифферента и осадок судна планируемой загрузки

Полученный вариант предварительной загрузки необходимо проверить на дифферент и определить значение осадок судна в носовой и кормовой части.

Дифферент определяется по формуле:

где - весовое водоизмещение судна на среднюю осадку судна, т;

Абсцисса центра величины судна, м;

Абсцисса центра тяжести судна (отстояние центра тяжести груза от миделя судна), м;

Момент, дифферентующий судно на 1 см осадки, тм.

и определяем методом интерполирования по таблицам 17 и 19 приложения 1 методических указаний соответственно.

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

После определения дифферента необходимо определить осадку судна кормой (в кормовой части судна) и осадку судна носом (в носовой оконечности судна) .

Осадка судна кормой определяется по формуле:

где - средняя осадка судна (осадка на миделе) в пресной воде, м;

Дифферент судна, м;

Абсцисса центра тяжести ватерлинии;

Длина судна, м;

определяется методом интерполирования по таблице 18 приложения методических указаний.

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

Осадка судна носом определяется по формуле:

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

Необходимо дифферентовать оба варианта судна (изменить дифферент), так как осадка кормой превышает наименьшую проходную осадку на участках с ограниченными глубинами и возникает невозможность прохода судна через участки с ограниченной глубиной.

Расчет дифферента и осадок судна при фактической загрузке

Оптимальным размещением груза по трюмам является наличие дифферента судна в корму (при разности между носовой и кормовой осадкой в интервале от 0 до -40 см). При наличии дифферента в нос для получения требуемого дифферента рекомендуется переместить некоторое количество груза из одного трюма в другой трюм, в отдельном трюме, а на люковых крышках перераспределить палубный груз. Требуемый дифферент определяется также с учетом расхода судовых запасов.

В течение рейса судна происходит уменьшение судовых запасов (топливо, вода). Поэтому в речных условиях плавания судно необходимо погрузить таким образом, чтобы при проходе мелководных или лимитирующих участков пути дифферент приближался к нулю или же максимальная осадка (осадка судна кормой / носом) при наличии дифферента не превышала проходную осадку на участках с ограниченными глубинами.

Установление окончательного дифферента судна.

Случай 2. Средняя осадка судна после погрузки судна () меньше максимально допустимой осадки в условиях ограниченных глубин на речных участках пути (), т.е. .

Дифферент, необходимый для нормальной посадки судна после погрузки и последующего прохождения участков речного пути с ограниченными глубинами (), может быть установлен следующим образом:

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

Окончательный дифферент судна должен быть установлен пределах от 0 до (-0,4 м), т.е. судно грузится на ровный киль или с дифферентом на корму.

Корректировка весовых нагрузок для создания необходимой посадки судна.

Установив необходимый дифферент, определяем новую абсциссу центра тяжести системы судно - груз () по формуле:

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

Отсюда определяем статистический момент нагрузок относительно миделя судна (), необходимый для нормальной посадки судна:

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

Находим разность между статическим моментом нагрузок относительно миделя по предварительной загрузке судна () и статическим моментом нагрузок относительно миделя (), необходимым для нормальной посадки судна:

Ладога, проект 2-85:

Ладога, проект 787:

На последнем этапе расчета следует обратится к таблице весовых нагрузок, подсчитанной для предварительной загрузки судна.

Следовательно, требуется корректировка таблицы весовых нагрузок, что достигается следующим образом.

Случай 3. Грузовместимость трюмов используется полностью, но груз размещается не только в грузовых трюмах, но и на палубе.

Переместить груз из одних трюмов другие нет возможности, необходимо переместить или недогрузить некоторое количество палубного груза.

Таблица 7. Расчет весовых нагрузок судна Ладога, проект 2-85

Таблица 8. Расчет весовых нагрузок судна Ладога, проект 787

Ладога, проект 2-85:

Ш=(0,92-0,57)*2318,5/100*38,6=0,21 м

2,78 - (0,21)*(0,5*81-0,35)/81=2,68 м

2,78+(0,21)*(0,5*81+0,35)/81=2,88 м.

Ладога, проект 787:

Ш=((-2,45 - (-1,5))*2079,5/9100*49,42)=-0,4 м

2,73 - ((-0,4)*(0,5*82,5+1,38)/82,5=2,94 м

2,73+((-0,4)*(0,5*82,5-1,38)/82,5=0,54 м.

Определение веса погруженного или выгруженного груза по осадке судна (Draught survey)

Общие положения.

Определение веса погруженного или выгруженного груза по осадке судна состоит из двух основных этапов: производства измерений и производства вычислений.

Производство измерений является основным источником ошибок, поэтому должно производиться с особой тщательностью и со всей возможной в данных условиях точностью. При производстве любых измерений полезно помнить некоторые положения теории измерений и ошибок.

В масштабах решаемой задачи приходится производить измерения:

• осадок, как минимум, по 6 шкалам: нос, корма, мидель, все измерения должны быть сделаны с обоих бортов;
• танков: балластных, питьевой воды, иногда топливных, отстойных и др.;
• плотности воды: забортной, а иногда и балластной;
• действующей высоты надводного борта для контроля расчетов осадки судна.

Следует сказать, что на этом пути существует целый ряд серьезных препятствий, которые приходится преодолевать сюрвейеру, иногда даже с риском для здоровья. К числу обстоятельств, могущих породить проблемы для успешного решения задачи определения веса груза по осадке судна, относятся:

• нестабильность окружающей среды: ветер, волнение, атмосферные осадки, низкие температуры, лед, суточные колебания температуры, приливы и отливы, течения;
• конструктивные особенности судна: высота надводного борта, устройство скуловых подзоров, наличие, состояние и места нанесения марок осадок, а также система единиц, в которой это выполнено (метрическая или империальная), наличие и состояние мерительных трубок танков, величина конструктивного дифферента и возможность его регулирования;
• возраст судна: знание Vessel"s Experience Factora и Constant, наличие необходимой для расчетов документации и язык, на котором она представлена;
• квалификация судового персонала, причастного к решаемой задаче, преодоление языкового барьера и готовность судового персонала к сотрудничеству;
• техническая оснащенность сюрвейера: наличие средств транспорта, связи, компьютера с периферией, измерительных аксессуаров (ареометр, большая и малая рулетки, дистанционный электронный термометр, ручной электронный щуп-термометр, дистанционный электронный денсиметр, регулируемый пробоотборник, мощный фонарь), наличие плавсредств для контроля осадки судна с морской стороны.

Теоретическим обоснованием метода являются закон Архимеда и теория корабля. В конечном итоге количество погруженного или выгруженного груза определяется как разность водоизмещении в погруженном и выгруженном состоянии судна с учетом изменения запасов. Однако определение водоизмещения имеет особенности, с которыми не все специалисты знакомы, так как целый ряд понятий и закономерностей в отечественной литературе и учебниках либо отсутствует совсем, либо изложен очень сложно. Это, например, вопросы определения, средней осадки, компенсации прогиба или перегиба корпуса, поправок на дифферент и влияние крена судна.

Ввиду того, что сюрвейеру приходится иметь дело с самыми различными типами, размерами и национальной принадлежностью судов, необходимо знать и понимать систему обозначений и принципы представления информации в документах различных технических школ. В основном, приходится иметь дело с двумя типами обозначений и принципами расчета: бывшей советской (российской) и западной.

В западной системе обозначений и принципов расчета принята система знаков, при которой положение центра тяжести площади ватерлинии в нос от миделя считается отрицательным (-Fwd), а дифферент на корму считается положительным (+Aft), в отличие от отечественной, при которой все наоборот. На результаты конечных вычислений это никак не влияет, но это нужно знать, чтобы не ошибиться при расчетах, выбирая данные из судовых гидростатических таблиц.

Расчет средней осадки.

Измерение осадки производится в 6 точках с обоих бортов по носовой, кормовой и миделевой шкалам осадок. В метрической системе мер шкала осадок имеет дециметровую разбивку: высота цифр равна 10 см и промежуток между цифрами равен тоже 10 см. Рядом с цифрами может находиться шкала из горизонтальных рисок, нанесенных через 10, а иногда и через 5 см. Толщина рисок обычно 2 см, но на судах типа «река - море» может быть и 1 см. При этом рисковая шкала может быть расположена по отношению к цифровой на уровне либо верхней, либо нижней кромки (рис.3.1).

У горизонтальной черты диска Плимсоля, палубной линии и грузовых марок началом отсчета всегда является верхняя кромка. Может оказаться так, что на миделе шкала осадок отсутствует. В этом случае осадку на миделе получают путем измерения специальной стальной длинномерной рулеткой действующего надводного борта. Из официальных судовых документов выбирают надводный борт относительно летней марки и осадку по летнюю марку. Складывая эти две величины, получают высоту борта на миделе. Вычтя из нее измеренный действующий надводный борт, получают осадку на миделе. Эта операция производится с обоих бортов и затем усредняется. Аналогичный способ измерения осадки на корме может быть применен и при наличии шкалы осадок, например, когда высокий причал препятствует точному замеру осадки под малым углом зрения или в случае крутого кормового подзора. В последнем случае используется официальный чертеж судна, на котором измеряется высота борта в районе шпангоута, на котором расположена кормовая шкала осадок, через масштаб переводится в фактическую высоту борта, а затем производятся измерения рулеткой с обоих бортов, и по аналогии с операцией на миделе производится определение кормовой осадки.

После снятия осадок их необходимо исправить поправками на отстояние шкал осадок от перпендикуляров, так как осадки на перпендикулярах отличаются от осадок на шкалах (рис. 3.2, рис. 3.3).

Из чертежа видно, что значения величин поправок получаются из решения треугольников A=Tim 1 ;

Поправка A=Tim 1 /(LPB –A-B)

Носовая поправка = A x Tim 1 /(LPB –A-B)

Кормовая поправка = B x Tim 1 /(LPB –A-B)

Миделевая поправка = C x Tim 1 /(LPB)

А - отстояние носовой шкалы осадок от носового перпендикуляра (-aft);

В - отстояние кормовой шкалы осадок от кормового перпендикуляра (-aft);

С - отстояние миделевой шкалы осадок от центра Диска Плимсоля (-aft);

Tim 1 - дифферент по неисправленным поправками осадкам (+aft);

LBP - length between perpendiculars (длина между перпендикулярами).

Правило знаков

Если шкала осадок расположена в корму от перпендикуляра, то значения А, В и С будут отрицательными (принцип - aft). В западной системе знаков дифферент на корму считается положительным (в отечественной системе знаков наоборот - отрицательным). Знак поправки получается алгебраически.

Если рассматривать судно как неравномерно нагруженную балку, то, поскольку оно не является абсолютно жестким, будет иметь место изгиб в виде прогиба (hogging) или перегиба (sagging).

Формой прогиба или перегиба принято считать гиперболу. При этом разница между осадкой на миделе и средней осадкой носом и кормой может подчас достигать значительных величин - несколько десятков сантиметров. Помимо этого может иметь место и торсионный изгиб - вокруг оси X. Для того, чтобы при этих обстоятельствах получить значение средней осадки, по которой производятся расчеты, во всем мире принято пользоваться следующей формулой:

Mean of Means Draught (M/M) = (Mean Draught(M)) = 3 Middle Draught)/4

M/M = (F + A + 6Mid)/8, что одно и то же,

Mean Draught(M) = (F + A)/2;

F – осадка носом;

A – осадка кормой;

Middle Draught (Mid) – осадка на миделе.

После этого по осадке М/М из судовых гидростатических таблиц выбирается водоизмещение, соответствующее этой осадке, и вычисляются поправки на дифферент и на плотность воды. Особым случаем является определение М/М при наличии крена. Дело в том, что при крене только в районе цилиндрической части корпуса клин, вошедший в воду, равен клину, вышедшему из воды. В районе же оконечностей судна клин, вошедший в воду, будет больше клина, вышедшего из воды, и, следовательно, увеличится объем подводной части. Но, поскольку вес судна остался без изменений, судно несколько всплывает, т. е. уменьшается М/М и тем больше, чем больше крен. Для того, чтобы учесть эту погрешность, применяется эмпирическая формула:

Поправка = 4,6 – 6,0 (T 1 – T 2) х (D 1 – D 2)

T 1 ;T 2 – осадка пониженного и повышенного ботов соответственно в см;

D 1 ;D 2 – TPC (поправка на дифферент) для осадки пониженного и повышенного ботов соответственно.

Значение численного коэффициента в пределах указанных значений будет тем больше, чем острее обводы корпуса. Эта формула была получена путем компьютерных обсчетов различных судов и применяется при сколько-нибудь значительном крене (например, аварийном) на больших судах. При произвольном выборе численного коэффициента будет иметь место определенная погрешность, но она будет значительно меньше той, которая имеет место, если эта формула не применяется.

Расчет поправок на дифферент (1-я поправка на дифферент) .

Физический смысл 1-й поправки на дифферент (1 st Тrim Correction).

Согласно теореме Эйлера, всякое плавающее тело вращается вокруг оси, проходящей через центр тяжести площади водораздела. В случае для судна - это центр тяжести действующей ватерлинии. В западной литературе центр тяжести действующей ватерлинии называется Longitudinal Center of Flotation (LCF), рис. З.3.

1. Положение судна на ГВЛ (ровный киль),

Средняя осадка на миделе = ½ (A + F) = ½ (2a) = a

1. Положение судна на ВЛ 1 (LCF = 0),

Средняя осадка на миделе = ½((a + t) + (a - t)) = a

1. Положение судна на ВЛ 2 (LCF /= 0),

Средняя осадка на миделе = ½((a + t + b) + (a – t + b)) = a + b

1. b/ LCF = 2t / LCF; b = 2t x LCF / LCP,

где 2t – дифферент судна (Trim)

1. 1 st Тrim Correction = b x TPC = Trim x LCF x TPC x 100 / LBP.

Из рис. 3.3 видно, что 1-я поправка на дифферент может иметь знак как плюс, так и минус. Это зависит оттого, где находится LCF относительно миделя. Бели LCF находится в корму от миделя, он имеет знак плюс, если в нос - знак минус. В отечественной литературе система знаков противоположная. Учитывая тот факт, что знак дифферента у нас тоже противоположен западной системе знаков, на результате вычислений это никак не сказывается.

Очень важно помнить принцип: при погрузке (увеличении осадки) LCF всегда смещается в корму.

Расчет поправок на дифферент

1-я поправка на дифферент (поправка на смещение центра тяжести действующей ватерлинии LCF

Longitudinal Center of Floating) (I ST Trim Correction for Layer)

I ST Trim Correction (tons) = (Trim x LCF x TPC x 100) / LBP,

Trim – дифферент судна;

LCF – смещение центра тяжести действующей ватерлинии от миделя;

TPC – количество тонн на см осадки;

LBP – расстояние между перпендикулярами.

Знак поправки определяется по правилу: первая поправка на дифферент положительная, если LCF и большая из носовой и кормовой осадок находится по одну сторону от миделя, что можно проиллюстрировать следующей таблицей:

2 nd Trim Correction (Поправка Немото) ВСЕГДА ПОЛОЖИТЕЛЬНА. Она компенсирует погрешность, возникающую от смещения положения LCF при изменении дифферента.

2 ND Trim Correction = (50 x Trim x Trim x (D M / D Z)) / LBP

где (D M / D Z) - разница в моменте, изменяющем дифферент судна на 1 см на двух значениях осадки: - одно 50 см выше среднего зарегистрированного значения осадки, другое - 50 см ниже зарегистрированного значения осадки.

PS. При наличии на судне гидростатических таблиц в системе IMPERIAL, формулы принимают следующий вид:

I ST Trim Correction (tons) = (Trim x LCF x TPC x 12) / LBP,

2 ND Trim Correction = (Trim x Trim x 6 x (D M / D Z)) / LBP.

Поправка на плотность забортной воды.

Судовые гидростатические таблицы составляются на определенную фиксированную плотность забортной воды - на морских судах обычно на 1,025, на судах типа «река - море» либо на 1,025, либо на 1,00, либо на оба значения плотности одновременно. Бывает, что таблицы составляются на какую-то промежуточную величину плотности - например, на 1,20. В этом случае возникает необходимость выбранные из таблиц данные для расчета привести в соответствие фактической плотностью забортной воды. Это делается введением поправки на разность табличной и фактической плотностей воды.

Поправка = Водоизмещение (табл) х (Плотность (изм) - Плотность (табл)) / Плотность (табл)

Можно без поправки сразу получить значение водоизмещения скорректированного на фактическую плотность забортной воды:

Водоизмещение (факт) = Водоизмещение (табл) х (Плотность (изм) / Плотность (табл))

Проблемой для сюрвейеров и предметом дискуссий часто бывает вопрос: следует ли поправку на плотность определять на величину только табличного водоизмещения или же на величину табличного водоизмещения, исправленного поправками на дифферент? Вообще говоря, и в том и в другом случае получается один и тот же результат, если значение ТРС будет приведено в соответствие со своей плотностью, так как понятно, что это значение меняется с изменением плотности по закону:

ТРС (факт) = ТРС (табл) х (Плотность (изм) / Плотность (табл))

При производстве Draught Survey особое место занимает определение фактической плотности забортной воды. Измерения произвел делаются на открытой палубе поэтому необходимо, чтобы денсиметр принял температуру окружающей среды, а не внутреннего помещения, в противном случае его показания будут иметь погрешность.

Забор пробы воды должен производиться в трех точках: в носовой, средней и кормовой части судна на трех уровнях по глубине, затем составляется композитная проба, температура которой и измеряется, либо измеряются плотности каждой пробы отдельно и затем усредняются, что предпочтительней, так как приготовление композитной пробы требует времени, что может изменить первоначальную температуру взятой пробы в случае высоких или низких температур наружного воздуха. Необходимость такой сложной процедуры пробоотбора диктуется тем, что зачастую плотности воды имеют значительный перепад по глубине в условиях тех же высоких или низких температур наружного воздуха, плавающего льда или приливо-отливных течений вблизи устьев рек или на реках. Для этой цели нужна специальная аппаратура, позволяющая брать автономную пробу воды на заданной глубине и специальный денсиметр для целей драфт-сюрвея, о чем должна быть надпись на обороте шкалы денсиметра. Такие денсиметры выпускает английская фирма Zeal. Ни в коем случае нельзя пользоваться денсиметрами, предназначенными для измерения плотности других жидкостей: нефтепродуктов, спиртов, жидких химических веществ, молока и др., даже если их шкалы охватывают диапазон возможных значений плотностей морской воды. Этого нельзя делать потому, что разные жидкости имеют разное поверхностное натяжение, что учитывается при нанесении шкалы денсиметра, в противном случае показания денсиметра, опущенного в не предназначенную для измерения жидкость, будут ошибочными Несмотря на этот общеизвестный факт, на практике это зачастую во внимание не принимается. В частности, денсиметрами для драфт-сюрвея, проверенными и сертифицированными, производятся измерения плотности пресной воды. Значения этих измерений получаются заниженными. Так например, измерения плотности воды в устье реки Нева в Санкт Петербурге в феврале при температуре наружного воздуха минус 15-20 °С в условиях плавающего льда фирменными денсиметрами для драфт-сюрвея дают значения 0,9985 вместо 1,0000. Но это означает, что температура измеренной воды должна быть плюс 20 °С, чего, естественно, в этих обстоятельствах быть не может.

Источником ошибки является стереотип представления, что вода - она и есть вода, что пресная, что морская (соленая). Однако это - заблуждение. Дело в том, что соленая вода - это раствор, имеющий поверхностное натяжение, отличное от поверхностного натяжения пресной воды. Денсиметр для Draught Survey - это денсиметр для соленой воды, или раствора. Плотность же пресной воды измерять не имеет смысла, так как она является константной величиной и в качестве таковой внесена во все справочники, в том числе в Мореходные таблицы. Плотность пресной воды (или просто воды) меняется только от температуры. И в третьем знаке после запятой она начинает меняться, начиная с температуры +7 °С (см. табл.).

Таблица изменения плотности пресной воды в зависимости от температуры:

Поэтому, если и измерять, то или температуру пресной воды и затем переводить по таблицам в значения плотности, или использовать денсиметр для пресной воды, шкала которого тарирована только для пресной воды. На небольшом судне при небольшой партии груза возникшая за счет этого ошибка будет не очень существенной. Однако на крупном судне в порту погрузки при устойчивом грузопотоке это обойдется грузоотправителю в весьма крупную сумму.

Так, например, через Санкт Петербург в настоящее время ежегодно отгружается на экспорт порядка 3000000 тонн гранулированных удобрений. За счет ошибочной концепции измерения плотности пресной воды эта цифра уменьшается на 4500 тонн. При стоимости груза около 100 USD/т ошибка сюрвейера обойдется отправителю в 450000 USD в год.

Отдельно стоит вопрос о необходимости введения температурной поправки. Дело в том, что с повышением температуры плотность морской воды уменьшается, а пресной в интервале от 0 °С^ДО +2 °С растет, в интервале от +2 °С до +6 °С остается неизменной, а затем неуклонно уменьшается. Судно как физическое тело увеличивает свой объем с ростом температуры за счет линейного расширения металла. Таким образом, с уменьшением плотности воды судно должно либо просесть, либо увеличить объем подводной части за счет линейного расширения, чтобы сохранить равенство:

Вес = V 1 y 1 = V 2 y 2 = const;

где V 1 y 1 - начальные объем подводной части судна и плотность забортной воды; V 2 y 2 - увеличенный объем подводной части судна от температурного расширения и уменьшившаяся плотность забортной воды от повышения температуры.

То же самое происходит с денсиметром при измерении плотности воды, температура которой отличается от той, на которую калибрована шкала денсиметра.

Вообще говоря, температурная погрешность при условиях, отличных от стандартных, имеет место, но ее величина является величиной второго порядка от точности самого метода расчетов и измерений при производстве Draught Survey.

Поэтому температуру воды никогда не измеряют и температурную поправку никогда не вводят ввиду ее численной незначительности, ограничиваясь обычным измерением плотности воды соответствующим денсиметром. Это, однако, относится только к соленой воде, о чем говорилось выше.

Замер танков.

От того, как тщательно будет произведен замер балластных танков и произведены расчеты по этим замерам, зависит величина общей ошибки. Замеры должны производиться стальной сертифицированной рулеткой с применением специальной водореагирующей пасты. Во время замеров все операции по приему, сдаче и перекачках топлива, пресной и балластной воды должны быть остановлены. Вообще говоря, наилучшим вариантом является тот, при котором все балластные танки откатаны насухо.

В этом случае не откачиваемое количество воды (мертвый запас) в междудонных танках определяется по калибровочным таблицам с учетом данного дифферента. При отсутствии калибровочных таблиц по установившейся международной практике считается, что мертвый запас (не откачиваемый) равен 2-2,5% от емкости танка. Это относится только к междудонным танкам. В подвесных, подпалубных танках и диптанках при нулевых замерах танки считаются абсолютно пустыми.

В случае полных танков следует иметь в виду, что даже при прессовке и выходе воды из воздушных трубок в межбимсовых шпациях может находиться воздушная подушка, в особенности при наличии крена судна.

При определении количества балласта необходимо замерить плотность воды в балластных танках, так как в противном случае при большом количестве балласта появится ощутимая ошибка. Эта процедура весьма непроста из-за трудностей взятия проб воды из балластных танков. Поэтому в целях избежания задержки начала грузовых операций и трудоемкости при взятии проб чаще плотность воды определяется по месту заполнения танков, хотя корректность метода драфт-сюрвей требует скрупулезности при выполнении всех измерений и расчетов. Поэтому при заполнении таблицы замеров танков не следует писать «empty», «full», «overflow», как часто можно встретить в отчетах некоторых сюрвейерских компаний, а указывать замеры в цифрах, что будет свидетельствовать о добросовестности и грамотности сюрвейера.

Что же касается остальных танков: топливных, сточных, пресной воды, то при непродолжительной стоянке их заполнение принимается по заявлению судовой администрации с разумной нормой расхода топлива и воды за период грузовых операций, так как для расчетов значение имеет только изменение первоначального количества, а само количество запасов, независимо от их величины, вычитается при определении разности водоизмещении в грузу и в балласте. Если же судовая администрация заявит неверное количество запасов, то это отразится только на значении Константы.

При длительной стоянке, в особенности в случае приема топлива и пресной воды, необходимо производить замеры в начале и в конце грузовых операций.

1. На судах типа «река - море» имеется по 5 шкал осадок с каждого борта. Однако на сегодняшний день не приводится методики расчета по 5 замерам осадки с одного борта, поэтому расчеты следует вести по 3 замерам. Следует иметь в виду, что на этих судах кормовой перпендикуляр может проходить не по рудерпосту (у них он может отсутствовать), а по пересечению ГВЛ с ахтерштевнем, или на каком-либо другом шпангоуте. Установить положение этого перпендикуляра, а также расстояние шкал осадок от перпендикуляров можно по теоретическому чертежу.
2. На этих судах часто отсутствуют калибровочные таблицы для балластных танков, следовательно, при наличии дифферента определить точное количество балласта не представляется возможным.
3. Следует иметь в виду, что в балластных танках этих судов может находиться весьма значительное количество песка и ила, поэтому количество откатанного в процессе погрузки балласта будет в этом случае меньше расчетного, что, в свою очередь, вызовет ошибку в определении количества груза.
4. На этих судах в ряде случаев отсутствует техническая документация, а на чисто речных судах ее, как правило, нет совсем На судах внутреннего плавания квалификация персонала в части, касающейся драфт-сюрвея, оставляет желать много лучшего. Так, в ряде случаев судоводители этих судов не могут дать квалифицированный ответ на вопросы сюрвейера.
5. Эти суда в балластном состоянии имеют значительный дифферент (подчас более 3 метров), что при этих условиях не позволяет ввести поправки на дифферент.
6. Поскольку число типов речных судов хоть и значительно, но конечно, можно формировать банк данных, необходимых для расчетов, по типам судов. Эти данные можно получить у судовладельцев, на судах, в ЛЦПКБ или на заводах-строителях.
7. Не следует производить расчеты при дифференте более 3 метров, необходимо потребовать от судовой администрации привести его к приемлемой величине.
8. Самый благоприятный вариант - это полностью пустые балластные танки перед началом погрузки и дифферент не более 3 метров.
9. Во всех остальных случаях, которые трудно спрогнозировать заранее, следует принимать решения на месте, исходя из имеющейся информации, собственного опыта, разумения и конъюнктуры.

Грузоведение

1. Расчет количества груза

2. Расчет остойчивости судна

Расчет количества груза

диаграмме осадок и кормой

грузовой размер грузовая шкала

Дедвейт

Высота надводного борта

Число тонн на 1 см. осадки

Грузовая шкала является

Тн ср = (Тн л/б + Тн п/б)/2

Тк ср = (Тк л/б + Тк п/б)/2

Т Äср = (Т Äл/б + Т Äп/б)/2

Расчет средней осадки судна.

Существуют несколько способов расчета средней осадки судна. На самом деле очень важно рассчитать осадку судна максимально приближенную к фактической, поскольку чрезвычайно редко судно бывает загружено на ровный киль без крена(только тогда средняя осадка соответствует расчетной средней осадке и каждой из осадок в частности). Если судно загружено с некоторым дифферентом и / или креном, то тогда приходится приводить все осадки судна к средней осадке для расчетов количества погруженного груза. На самом деле это не совсем правильно, ибо одинаковая усредненная осадка из положения «дифферент на нос» и «дифферент на корму» даст одинаковое количество погруженного груза, на самом деле из-за разных обводов судна в носу и корме, разного веса носовых и кормовых надстроек, разного объема помещений, погруженных под воду и вытесняющих разное количество воды.

Кроме того, судно, как правило, не является абсолютно несгибаемым. В зависимости от того, каким способом распределен груз в грузовых помещениях и балластных танках, судно может иметь стрелку прогиба в ту или иную сторону, при неравномерном и несимметричном расположении груза и балласта можно получить и более сложные изгибающие моменты, полностью просчитать которые крайне сложно.

Тем не менее, на сегодняшний момент не существует простой методики, позволяющей произвести определения судового водоизмещения по действительным осадкам судна, поэтому пользуются методикой определения средней осадки судна для получения дальнейшего водоизмещения. Для этих расчетов нам также понадобится знать величину дифферента судна.

Расчет средней осадки судна по носовой и кормовой осадкам.

Это упрощенный вариант расчета средней осадки:

Тср = (Тн ср + Тк ср)/2

Используется при приблизительных расчетах, либо на судах, изгибающим моментом которых можно пренебречь.

Расчет средней осадки судна по восьми осадкам.

Наиболее часто используемый вариант расчета:

Тср = (Тн ср + Тк ср + 6Т Äср)/8

Данный вариант расчета довольно точно отражает среднюю осадку с учетом стрелки прогиба.

Расчет средней осадки судна композитным способом

Определим среднюю осадку:

Т 1 = (Тн+Тк)/2

Определим усредненную осадку:

Т 2 = (Т 1 + Т Ä)/2

Тср = (Т2+ Т Ä)/2

1.1.2.4Расчет средней осадки судна «половинным» способом

Определим среднюю осадку носовой половины судна:

Т 1 = (Тн + Т Ä)/2

Определим среднюю осадку кормовой половины судна:

Т 2 = (Тк + Т Ä)/2

Определим среднюю из средних осадок:

Тср = (Т1 + Т2)/2

Расчет дифферента

d = Тн ср - Тк ср

Дифферент исчисляется в метрах, бывает как положительным, так и отрицательным.

Расчет поправки на дифферент

Расчет поправки к водоизмещению на плотность воды

Если фактическая плотность воды γ отличается от принятой (γ = 1,025 т/м 3), то необходимо D 1 скорректировать на фактическую плотность воды, замеренную денсиметром

Поправка на плотность воды

∆D = D 1 (γ факт - γ 1,025)/1,025

Найдем водоизмещение, откорректированное на плотность воды:

D 2 = D 1 + ∆D

Расчет остойчивости судна

Расчет остойчивости судна можно разделить на две части:

- расчет статической остойчивости – определение поведения судна на спокойной воде без учета влияния посторонних факторов

- расчет динамической остойчивости – определение поведения судна с учетом влияния волны и ветра

2.1 Определим поперечный метацентрический радиус:

r = 0.08(B 2 /Тср)

2.2 Определим площади действующей ватерлинии:

S = (100*g)/g

2.3 Определим отстояние ЦВ от ВЛ:

Zw = ⅓(Тср/2 + V/S)

2.4 Определим отстояние ЦВ от ОЛ:

Zc = Тср - Zw

2.5 Определим отстояние метацентра от ОЛ:

Zм = r + Zc

2.6 Определим отстояние ЦТ от ОЛ:

Zg = (∑Mz + D 0 Zg 0)/D

2.7 Определим начальную метацентрическую высоту:

h = Zм - Zg

Для российских судов начальную метацентрическую высоту можно определить по диаграмме контроля остойчивости . Аргументами для входа в диаграмму являются дедвейт/весовое водоизмещение судна и суммарный момент Мz.

Для иностранных судов начальную метацентрическую высоту можно определить по гидростатическим кривым или гидростатическим таблицам по формуле:h = Zм – Zg . Zg – определяется из п.2.6, Zm – из гидростатических кривых или таблиц.

По требованиям Российского Регистра Судоходства, начальная метацентрическая высота должна быть положительной. Минимальные ее значения для определенных видов судов приведены в таблице.

Оптимальным значением начальной метацентрической высоты является 0,5-1,5 м.. При отрицательной метацентрической высоте судно может перевернуться вследствие малых значений плеч остойчивости, при больших значениях метацентрической высоты судно будет испытывать резкую качку, что может повлечь смещение груза.

Для воды

где D – водоизмещение судна;

I y – момент инерции свободных поверхностей жидких грузов

γ – плотность жидкости

Для зерна

Δh =

где Мgz = i x ·tg 2 25˚ =0.217 i x

где i x - центральный момент инерции площади несмещенной поверхности зерна в каждом отсеке

i x = (ℓтр(В/2) 3 /12

μ – УПО зерна в каждом трюме

25˚ - максимальный угол смещения зерна при использовании продольного шифтинг-бордса

Δ = Dw+D 0 - весовое водоизмещение судна.

СУДОВЫЕ ГРУЗОВЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Грузоведение

В обязанности грузового помощника капитана входят расчеты, связанные погруженным на борт судна грузом:

1. Расчет количества груза

2. Расчет остойчивости судна

Расчет количества груза

Определение средней осадки судна.

Определить расчетную осадку судна можно по диаграмме осадок и кормой . Аргументами для входа в диаграмму являются дедвейт/водоизмещение судна и суммарный момент Мх. В результате получим осадки носом и кормой и дифферент судна.

Можно определить осадку судна по диаграмме, которая называется грузовой размер . В грузовом размере дана зависимость (в виде кривой) водоизмещения судна от средней осадки. Если эту зависимость представить в виде таблицы, то получается грузовая шкала . В грузовой шкале помимо этого дается:

Дедвейт

Высота надводного борта

Число тонн на 1 см. осадки

Грузовая шкала является главным грузовым документом судна . Грузовой размер и грузовая шкала построены для осадки судна на ровный киль при отсутствии изгиба корпуса. При дифференте и изгибе необходимо вводить поправки.

1.1.1 Определение средних осадок носом Тн ср, кормой Тк ср, Т Äср.

Тн ср = (Тн л/б + Тн п/б)/2

Тк ср = (Тк л/б + Тк п/б)/2

Т Äср = (Т Äл/б + Т Äп/б)/2