Файл: Аксютин Л.Р. Контроль остойчивости морского судна.pdf

ложен график допустимых метацентрических высот в за­ висимости от водоизмещения.

Работа на приборе выполняется следующим образом. Устанавливают двухпозиционные переключатели для танков в положение «полный» или «порожний». Если танк заполнен частично, то в зависимости от процента заполнения принимают одно из указанных положений. Вводят для всех грузовых помещений' величины веса груза — координаты центра тяжести. Если помещение свободно, ручку весов поворачивают до отказа против часовой стрелки.

Цистерны, используемые как для балласта, так и дл« топлива, имеют шкалы с двумя цветными штрихами. Красный штрих соответствует более тяжелой жидкости, голубой — более легкой. После введения весов устанав­ ливают в нужное положение переключатель для учета свободных поверхностей.

Теперь можно получить результаты данного размеще­ ния грузов. Главный переключатель внизу панели уста­ навливают иа измеряемую характеристику и затем соот­ ветствующей ручкой в верхней части панели приводят стрелку гальванометра в нулевое положение и снимают отсчет со шкалы. Начинать измерения надо с водоизме­ щения, а затем переходить к другим характеристикам. Для отсчета водоизмещения и средней осадки служат две ручки грубого и точного отсчета. При измерениях пользуются обеими ручками, а отсчеты суммируют как по водоизмещению, так и по средней осадке. Эти ручки остаются в найденном положении до конца измерения других величин. Измерение прочих характеристик произ­ водится аналогично.

При измерении дифферента отрицательные значения соответствуют дифференту на корму, а положительные— на нос.

Прибор «Перкоз» установлен на судах типа «Ком­ мунист».

Прибор «ПКЗОС-1»

Прибор предназначается для лесовозов типа «Павлин Виноградов». Прибор в принципе аналогичен «Сталодикатору» и отличается только некоторыми деталями ис­ полнения. С его помощью можно определить дедвейт,

72

дифферент, напряжение в корпусе и остойчивость. Для характеристики остойчивости прибор выдает статический момент водоизмещения относительно некоторой условной горизонтальной плоскости отсчета с учетом поправки на влияние свободных поверхностей жидких грузов. По по­ лученным значениям А,„ и Mz из графика нормативных показателей, помещенного в Информации об остойчиво­ сти, выбирают необходимые характеристики. Прибор ме­ нее чувствителен к колебаниям напряжения в судовой сети, чем «Сталодикатор». Обеспечивает точность рас­ чета дифферента ±0,2 м, метацемтрической высо­ ты ±12%.

Приборы, определяющие действительную остойчи­ вость судна во время рейса, основаны на измерении пе­ риодов качки или углов крена. Колебания, необходимые для того, чтобы приборы дали свои показания, вызыва­ ются у судна как искусственным путем, так и естествен­ ным волнением. Все приборы такого типа могут обеспе­ чить надежные показания только при отсутствии на суд­ не значительных свободных поверхностей. Приборами этого класса являются следующие.

Прибор фирмы «Сименс» для измерения периода качки

Фирмой «Сименс» разработан автоматический прибор для определения h на основании формулы (51). Чувстви­ тельным элементом прибора является длиннопериодиче­ ский маятник в виде махового колеса.

После того как судно начнет совершать колебания, нажатием кнопки включают прибор. Процесс измерения продолжается около 1 мин. Стрелка прибора на круго­ вой шкале сразу указывает среднее значение h, опреде­ ленное за три периода качки. Зона допустимых значе­ ний h на шкале закрашена белым цветом, зона недопу­ стимо малой или чрезмерной остойчивости — красным цветом. Шкала имеет несколько концентрических окруж­ ностей, соответствующих различным осадкам судна.

Для начала измерений необходимо, чтобы амплитуды качки были не менее 0,5°. После окончания измерения следует нажатием кнопки вернуть стрелку в нулевое по­ ложение. При этом одновременно выключается освеще­ ние шкалы и сигнальная лампочка, которая горит при включенном приборе.

73

Метацентрограф Севастьянова

Единственный отечественный измеряющий прибор, дающий фактическую метацентрическую высоту без ка­ ких-либо расчетов. Недостатком является получение ре­ зультатов только после выхода из порта. Прибор разра­ ботан в Калининградском техническом институте рыбной промышленности и предназначен для использования на малых судах. Действие прибора основано также на изме­ рении среднего периода качки. Шкала проградуирована сразу в значениях метацентрпческой высоты с отметкой критических значений. Пока существуют только опытные образцы прибора для промысловых судов.

Прибор остойчивости Венделя

Прибор изготовляется фирмой «Хотингер Месстехник», в настоящее время находится в стадии экспери­ мента.

Разработаны два типа этого прибора: один предназ­ начен для работы на тихой воде, другой — на волнении. Прибор первого типа основан на измерении угла крена при заполнении водой специальной бортовой цистерны. На выходе прибор дает изображение диаграммы стати­ ческой остойчивости в виде светящихся точек на экране. Прибор вводится в действие нажатием кнопки. Весь процесс получения диаграммы статической остойчивости полностью автоматизирован и занимает не более 5 мин.

Второй тип прибора основан на измерении угловых ускорений во время качки. Прибор вычерчивает на экра­ не осциллографа начальный участок диаграммы стати­ ческой остойчивости.

§ 18. КРЕНОВАНИЕ СУДНА

Для определения начальной метацентрической высо­ ты и возвышения ЦТ порожнего судна, необходимых в дальнейшем для контроля остойчивости и составления Информации об остойчивости, производится опыт кренования. Кренованию подвергаются все головные суда се­ рийной постройки на данном заводе и каждое пятое судно в серии, вновь строящиеся несерийные суда, суда после капитального ремонта и переоборудования, а так­ же суда, остойчивость которых неизвестна или вызывает сомнения. Для проведения кренования назначается спе­

74

циальная комиссия из представителей заказчика (или судовладельца), завода, конструкторского бюро и мест­ ной инспекции Регистра СССР.

Кренование следует производить в тихую погоду, при отсутствии течения. Судно удерживается у причала двумя продольными швартовыми, которые перед произ­ водством отсчетов потравливаются, трап убирается. Во время опыта судно не должно касаться причала, грунта или другого судна. Как исключение, допускается крено­ вание при стоянке на якоре. При этом из водоизмещения исключается вес якоря и якорной цепи, лежащей на грунте.

Судно должно быть по возможности в порожнем со­ стоянии, но со снабжением, находящимся на штатных местах. Все предметы, которые при крене могут сместить­ ся (например, стрелы), должны быть закреплены. Ци« стерны должны быть совершенно пустые. Допускается кренование с запрессованными цистернами. Кренование производят перемещением балласта или перебежкой ко­ манды.

При креновании балластом его вес должен составлять 0,5—1% от водоизмещения. Твердый балласт в виде чу­ гунных чушек, мешков с песком и т. п. заранее взвеши­ вают и раскладывают на верхней палубе у бортов на че­ тыре приблизительно равные группы, по две с каждого борта. Допускается кренование забортной водой, прини­ маемой в балластные цистерны. В этом случае необхо­ димо тщательно определять вес и положение ЦТ приня­ того жидкого балласта. Возможно кренование с помощью тяжеловеса, вынесенного стрелой за борт судна.

Кренование перебежкой команды можно производить, если суммарный вес людей не менее 0,1—0,2% от водо­ измещения судна. Каждый человек, участвующий в кре­ новании, должен быть взвешен. При отсутствии такой возможности вес людей устанавливают опросом или при­ нимают приблизительно равным 62—67 кг в летней и 65—70 кг в легкой зимней одежде.

До начала кренования составляют ведомость недо­ стающих и излишних грузов на судне по отношению к их нормальному количеству. При этом указывают их рас­ положение на судне по высоте и длине. Вес людей, уча­ ствующих в перебежках, рассматривается как излишний груз. Их ЦТ считают расположенным на палубе, по ко-

75

торой происходит перебежка. Углы крена фиксируют с помощью ннклпнографа Амаева, сообщающимися со­ судами или весками. Описание работы с ииклинографом Амаева в настоящей брошюре не приводится, так как его привозят на судно только на время опыта креновання и работает на нем береговой специалист.

Проще всего организовать наблюдения с помощью весков. Длина нити веска должна быть максимально возможной в условиях данного судна. На больших судах рекомендуется длина нити 4—6 м, на малых судах—■ не менее 1,5 м. Диаметр нити около 0,5 мм. Если вместо нити применяют проволоку, ее диаметр должен быть око­ ло 0,25 мм. Нить до начала наблюдений вытягивают под­ вешиванием груза. Количество весков должно быть не менее двух, установленных в разных местах судна. Во время наблюдений груз веска должен быть погружен в подставленный сосуд с водой или маслом для быстрей­ шего затухания колебаний.

Для отсчета углов крена в нижней части веска пер­ пендикулярно нити подвеса устанавливают деревянную рейку с прикрепленной к ней полоской миллиметровой бумаги, на которую наносят шкалу в виде прямой линии с пронумерованными делениями через 1 см. Необходимо следить, чтобы нить веска не касалась рейки со шкалой.

После накренения судна, когда амплитуды колебания веска станут менее 1 см, не дожидаясь полного затуха­ ния колебаний, записывают в сантиметрах и долях сан­ тиметра отклонения веска вправо и влево для несколь­ ких полных качаний и вычисляют среднее арифметиче­ ское его отклонения. При наибольшем крене судна от­ клонение веска от среднего положения не должно быть меньше 15 см. Угол крена судна можно определить по формуле

где k — отклонение веска от среднего положения в еди­ ницах измерения длины веска;

X— длина веска от точки подвеса до шкалы.

Для определения крена с помощью сообщающихся сосудов берут две стеклянные трубки диаметром 1—2 см и длиной 1—1,2 м и соединяют их резиновой трубкой длиной, примерно равной ширине судна. Трубки уста-

76

навливают вертикально в плоскости одного и того же шпангоута: одну у левого борта, другую у правого на одинаковой высоте над палубой. В одну из трубок нали­ вают подкрашенную воду до тех пор, пока уровни в обеих трубках не установятся на одной высоте. Угол крена определяется по формуле (48), где k — изменение уровня воды в трубке после накренения судна, а А— половина расстояния между трубками.

Необходимо как можно точнее определить водоизме­ щение судна, при котором производится кренование. Водоизмещение определяют по соответствующей кривой элементов теоретического чертежа, исходя из осадки. Следует иметь в виду, что такой способ может обеспе­ чить необходимую точность только при отсутствии суще­ ственного дифферента. Осадку следует измерять по мар­ кам углубления с шлюпки пли плота возможно точнее. Отсчет берут с обоих бортов и затем осредняют для исключения влияния начального крена. Снятое с кривых теоретического чертежа объемное водоизмещение V пе­ реводят в весовое А по формуле

Если кренование производится перемещением балла­ ста, заранее размечают места, на которые должны стано­ виться люди (или укладываться балласт) во время про­ изводства замеров. Рекомендуется располагать группы балласта так, как изображено на рис. 25-, где римскими цифрами в прямоугольниках обозначены группы балла­ ста, прямоугольниками без цифр — свободное от балла­ ста место.

Если при переносах точно соблюдались установлен­ ные места расположения балласта, наблюдения № 2—4, 1—5—9, 6—8 должны совпадать. По окончании кренования величины отклонения весков, вес и плечо переноси­ мого балласта и посадку судна заносят в протокол кренования.

Углы крена при помощи инклинографа Амаева заме­ ряют согласно специальной инструкции, прилагаемой к прибору. Инклинограф устанавливают поперек судна

77

вает поперечные колебания судна на ленте, с которой: можно снять угол крена.

При любом способе проведения кренования мета­ центрическую высоту определяют по формуле

0 0 0 0 \ 0 □ □ ш\ Ш В 0 В

N%\

□ ЕЕ 0 / □ Ей а / □ □ □ с ’

И □ □ П \ Ш00 0 \ 0 □ ш а 4

Л°5\

□ @□ 0 / □ 0 0 0 / □ и □ □,

□ □ □ □ \ й о т а \ ѳ Ь ш ц

□ 0 0 0 / □ 0 D E

Рис. 25

С ленты инклинографа можно снять также величину периода свободных колебаний, по которым h определит­ ся согласно выражению (51). Способ этот менее точен. Его подробное описание приведено в § 19, так как он мо­ жет быть применен и без инклинографа, по фиксации периода с помощью секундомера.

Выполняя расчет остойчивости при креновании, необ­ ходимо внимательно следить за правильностью произ­ водимых вычислений. В аварийной статистике известен случай, когда ошибка в расчетах при креновании приве­ ла к гибели судна.

78

к борту, а в расчете плечо ошибочно было принято от борта до бор­ та, т. е. вдвое больше. Произошло это потому, что инженер, выпол­ нявший расчет, не присутствовал на кренованни и получил данные по телефону. В результате остойчивость была рассчитана с очень большой ошибкой. Например, по расчету закат диаграммы статиче­ ской остойчивости наступал более чем при 90° крена, а на самом деле при 53°,5. Судно опрокинулось, попав в циклон.

§ 19. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАЦЕНТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТЫ ПО ПЕРИОДУ БОРТОВОЙ КАЧКИ

Определение метацентрической высоты по периоду бортовой качки судна относится к числу приближенных способов, имеющих относительно невысокую точность. Ошибка может достигать ±10—20%. Однако благодаря простоте этот способ широко распространен.

Метацентрическая высота должна определяться по периоду собственных колебаний судна, которые практи­ чески могут быть получены раскачиванием судна на ти­ хой воде. При этом нужно следить, чтобы колебания были свободными и ничем не ограничивались. Шварто­ вы, если судно стоит у причала, должны быть потравле­ ны. Раскачивание можно вызвать перебежками команды с борта на борт, поднятием и опусканием стрелой ка­ кого-либо груза с причала и т. п. Люди, сделав несколько перебежек с борта на борт, затем выстраиваются в диа­ метральной плоскости судна. Вызванные таким образом колебания на больших судах почти незаметны, но в слу­ чае применения инклинографа достаточно хорошо фик­ сируются на ленте прибора. На небольших судах пере­ бежками можно вызвать колебания, хорошо заметные глазом, период которых фиксируется обычным секундо­ мером, который пускают в момент наибольшего наклоне­ ния судна на какой-либо из бортов и останавливают после того, как судно совершит несколько полных коле­ баний с борта на борт. Разделив общее время полных колебаний на их число, получают период. Напомним, что полным колебанием называется колебание между двумя последовательными одноименными накренениямн судна, например максимальный крен на левый борт, затем на правый и снова на левый.

Определение среднего периода нужно производить не менее чем по трем раскачиваниям, в каждом из ко­ торых судно совершит 4—5 колебаний. Сила ветра во время измерений периодов качки не должна превышать

79

3 балла. Раскачивание судна можно производить при стоянке судна на якоре и в условиях легкого волнения. В последнем случае длина волны не должна быть более 0,2 ширины судна, если судно находится лагом к волне, и 0,2 его длины, если судно расположено поперек волны.

Определяя Іі0 по периоду качки, надо помнить о влия­ нии мелководья. Близость грунта начинает сказываться, когда отношение глубины моря к осадке находится в пре­ делах 4—5. При отношении около 2 это влияние значи­ тельно, а при отношении 1,5 период качки увеличивается более чем на 20%. Влияние мелководья проявляется

. сильнее на судах большого водоизмещения и возрастает

сувеличением коэффициента полноты ватерлинии.

Вэксплуатационных условиях вызвать свободные колебания судна на тихой воде довольно трудно, особен­ но у крупнотоннажного судна. Обычно определяют пе­ риод собственных колебаний по периоду качки на есте­ ственном волнении. Установлено, что в условиях нерегу­ лярного волнения, а именно такое волнение является обычным, бортовая качка происходит со средним перио­ дом, весьма близким к периоду собственных колебаний судна. Это позволяет производить определение метацент­ рической высоты по периоду бортовой качки на реальном волнении. Следует иметь в виду, что и в условиях волне­

ния, и при специальном раскачивании судна перебежка­ ми команды можно рассчитывать на получение удовлет­ ворительной точности только в том случае, если на суд­ не отсутствуют свободные поверхности жидкости или если эти поверхности незначительны. Ненадежные ре­ зультаты получаются при Л0<0,2 м.

При качке судна на нерегулярном волнении наиболь­ шие отклонения периода качки от периода собственных колебаний наблюдаются при колебаниях с малой ампли­ тудой, поэтому не следует измерять периоды качки под­ ряд. Нужно выбирать для наблюдений отдельные, хоро­ шо выраженные колебания с относительно большой ам­ плитудой. Ни в коем случае нельзя ограничиваться оди­ ночным наблюдением. Необходимо измерить период не менее чем 10 колебаний и затем рассчитать средний пе­ риод. Наблюдать более 20 колебаний не имеет смысла, так как при дальнейшем увеличении числа наблюдений точность определения среднего периода возрастает очень медленно.

80