Контрольная работа по дисциплине теория и устройство судна. Влияние плотности воды на осадку судна Можно ли погрузить на судно водоизмещением

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».

1. Определить все коэффициенты полноты корпуса судна, элементы кото-рого:
длина (L) — 100 м
ширина (B) — 14 м
осадка (T) — 5,70 м
объемное водоизмещение судна (V) — 4150 м3
площадь ватерлинии (S) — 980 м2
площадь мидель-шпангоута (?Ф) — 73 м2

Коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты) ? – это отношение погруженного в воду объема корпуса, к объему параллелепипеда со сторонами L, B, T.

Коэффициент полноты площади ватерлинии? – отношение площади ватерлинии S к площади прямоугольника со сторонами L, B

Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута? – отношение площади мидель-шпангоута к площади прямоугольника со сторонами B, T

Коэффициент продольной полноты? – отношение объемного водоизмещения V к объему призмы, основанием которой служит площадь мидель-шпангоута??, а длиной длина судна L.

Коэффициент вертикальной полноты? – отношение объемного водоизмещения V к объему призмы, оанованием которой служит площадь ватерлинии S, а высотой осадка судна Т.

2. На судно водоизмещением D=1600 т и аппликатой центра тяжести Zg=4.8м приняли груз весом P1=200т с аппликатой центра тяжести z1=3.2м и за¬тем откачали P2=80 тонн балласта с аппликатой центра тяжести z2=0.6 м. Опреде¬лить новое водоизмещение и аппликату центра тяжести судна.

Аппликата центра тяжести после приема 200 т груза:

P1, – вес груза, т;
z1 – аппликата груза, м;

Zg – аппликата центра тяжести судна, т.

После откачки балласта 80 т аппликата центра тяжести судна:

P2 – вес балласта, т;
Z2 – аппликата центра тяжести откаченного балласта, м;
P – весовое водоизмещение судна с учетом принятого груза 200 т, т;
Z – аппликата центра тяжести судна после принятия груза 200 т, м.

3. Длина судна L=110 м, ширина B=12.5 м, осадка T=4.20 м, начальная попереч¬ная метацентрическая высота h=0.75 м, коэффициент полноты ватерлинии?=0.81, коэффициент общей полноты?=0.77, плотность забортной воды?=1.025 т/м3. Определить изменение осадки и метацентрической высоты судна, ес¬ли на судно принят груз массой P=40 т, аппликата центра тяжести которого z=5.2 м..

Для определения приращения осадки судна?Т после приема груза используем условие равновесия судна, выражающееся равенством масс груза Р и дополнительным водоизмещением:
P=?*?V
Объем добавочного слоя?V можно рассматривать как объем цилиндра, основание которого является площадь ватерлинии S, а высота равна изменению осадки?T
?V=S*?T
Тогда
P=?*S*?T
Площадь ватерлинии можно найти, зная коэффициент полноты ватерлинии и размерения судна.

Отсюда, изменение средней осадки будет:

Определим весовое водоизмещение судна:
D=?*V=?*L*B*T*?=1.025*110*12.5*4.2*0.77=4558 т
?- плотность морской воды;
L- длина судна, м;
B- ширина судна, м;
Т- осадка судна, м;
?- коэффициент общей полноты.

Изменение метацентрической высоты после приема груза:

P- вес груза, т;
D- весовое водоизмещение судна, т;
Т- осадка судна до принятия груза, м;
?Т- изменение осадки судна, м;
h- начальная метацентрическая высота, м;
z- аппликата центра тяжести принятого груза, м.

4. Водоизмещение судна D=3700 т, аппликата центра тяжести zg=4.7 м. Рассчи¬тать новое водоизмещение и аппликату центра тяжести судна, если за борт откатали P=100 т балласта с аппликатой центра тяжести z=0.7 м.

После откачки балласта 100 т аппликата центра тяжести судна:

P – вес балласта, т;
Z – аппликата центра тяжести откаченного балласта, м;
Zg – аппликата центра тяжести судна, м.

5. На палубе пассажирского теплохода n=60 пассажиров перешли к бор¬ту на расстояние l=1.8 м от диаметральной плоскости, вследствие чего возник крен?=4°. Определить значение начальной поперечной метацентрической высоты. Масса одного пассажира равна p=75 кг, водоизмещение теплохода D=60 т.

Вес всех пассажиров:
P=p*n=75*60=4500кг=4.5т

Кренящий момент от действия груза:

l – плечо перемещения пассажиров, м;
Р – вес всех пассажиров, т;
? – угол крена.
Восстанавливающий момент:

D – весовое водоизмещение судна, т;
? – угол крена;

Из равенства кренящего и восстанавливающего моментов:

Поскольку угол крена мал:
(в радианах)
Отсюда, значение метацентрической высоты:

6. Водоизмещение судна D=500 т, длина L=51 м, начальная поперечная метацентрическая высота h=1.4 м, начальная продольная метацентрическая высо¬та H=68 м. Вычислить значение момента, кренящего судно на один градус, и момента, дифферентующего на 1 м.

Момент, кренящий судно на один градус можно определить по следующей формуле:

D – весовое водоизмещение судна, т;
h – значение метацентрической высоты, м.

При малых углах дифферента:

Т- разница осадок носом и кормой, м;
L- длина судна, м.
Момент, дифферентующий судно на 1 м:

D – весовое водоизмещение судна, т;
h – значение метацентрической высоты, м;
L – длина судна, м.

7. Водоизмещение судна D=16200 т, аппликата центра тяжести судна zg=8.2 м, аппликата метацентра zm=9.32 м. Пользуясь таблицей плеч остойчивости фор¬мы (Приложение А), построить диаграммы статической и динамической остойчивости. Используя полученные диаграммы, построить проверочный треугольник и определить максимальный динамический кренящий момент, не приводящий к опрокидыванию судна?

Начальная метацентрическая высота:
h=zm-zg=9.32-8.20=1.12м
Углы крена 0 10 20 30 40 50 60 70
Плечо формы lк,м 0,000 1,637 3,306 5,051 6,518 7,490 8,032 8,237
sin () 0,000 0,174 0,342 0,500 0,643 0,766 0,866 0,940
Плечо веса Zg*sin() ,м 0,000 1,424 2,804 4,100 5,270 6,281 7,101 7,705
Плечо остойчивости lст 0,000 0,213 0,502 0,951 1,248 1,209 0,931 0,532
Плечо динам. lдин,м 0,000 0,019 0,081 0,208 0,400 0,614 0,801 0,928

На диаграмме статической остойчивости делаем вспомогательные построения: проводим касательную из начала координат к диаграмме остойчивости, проводим вертикальную линии равную 1 рад=57.3°. Снимаем полученную величину метацентрической высоты с диаграммы, которая равна h=1.12м

На диаграмме динамической остойчивости делаем вспомогательные построения: проводим касательную из начала координат к диаграмме остойчивости, проводим вертикальную линии равную 1 рад=57.3°. Снимаем величину плеча опрокидывающего момента lопр= 0.75м и величину угла крена?=58°

8. Описать принцип действия бортовых пассивных цистерн-упокоителей качки.

Cсистема бортовых цистерн с регулированием пассивного воздействия показана на рисунке. Большие по высоте бортовые цистерны заполнены водой, благодаря чему создается большой момент сопротивлению качке. Но вода может перетекать из одной цистерны в другую.

В воздушном канале между двумя цистернами расположена система клапанов, которые приводятся в действие специальным механизмом в зависимости от крена судна. Благодаря разности давлений в воздушных пространствах цистерн регулируется переток жидкости и фаза максимальной стабилизации качки.
Система стабилизации качки с помощью цистерн проектируется специально для каждого судна с учетом испытаний моделей. Уровень воды должен быть строго определенным и регулируется в зависимости от загрузки судна.

Литература

1. Бронштейн Д.Я. Устройство и основы теории судна-Л.:Судостроение, 1988.-336 с.: ил.
2. Малышев А.Н. Плавучесть и остойчивость промысловых судов.-М.:Мир.2003.-272 с.: ил.
3. Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. Одиннадцатое издание. Морской Регистр Судоходства. – С.-Петербург, Дворцовая набережная, 8. 2008. – 502 с.
4. Оценка посадки, остойчивости и прочности судна в процессе эксплуатации/А.И. Новиков: Учебное пособие-Севастополь:Изд-во СевНТУ, 2003-135 с.: ил.
5. Самсонов С.В. Элементы плавучести и остойчивости и их расчет в судовых условиях. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2001.-60с.

Определить удельную грузовместимость и охарактеризовать судно по назначению и архитектурно-конструктивному типу, если:

Грузовместимость судна - W = 181 683 м 3 ;

Чистая грузоподъемность судна – D ч = 144 000 т.

Решение:

Удельная грузовместимость судна:

Суда с удельной грузовместимостью примерно до 1,45 м 3 /т предназначены для перевозки тяжелых и малообъемных грузов (навалочных и наливных) – по назначению данное судно может быть танкером или балкером с минимальным надводным бортом и одной палубой.

Задача №4

На сколько будет использована или недоиспользована грузовместимость судна, если:

Удельный погрузочный объем груза – u = 1,25 м 3 /т;

Грузовместимость судна - W c = 22 340 м 3 ;

Чистая грузоподъемность судна - D ч = 14 700 т.

Решение:

Объем груза при полном использовании грузоподъемности:

Недоиспользованная вместимость грузовых помещений судна:

Задача №5

При погрузке судна в двух портах сколько груза можно погрузить на судно во втором порту при следующих исходных данных:

Грузовместимость судна - W с = 63 068 м 3 ;

Чистая грузовместимость на данный рейс - D ч = 49 500 т;

В первом порту погрузили груза - Q 1 = 20 650 т;

Удельно-погрузочный объем первого груза - u 1 = 1,5 м 3 /т;

Удельно-погрузочный груза, предназначенного к погрузке во втором порту

u 2 = 1,28 м 3 /т.

Решение:

Количество груза, которое нужно погрузить во втором порту для полного использования грузоподъемности судна:

Объем, занимаемый полным грузом в грузовых помещениях судна:

Следовательно полный груз на судно поместится.

Остаток грузовместимости после загрузки в первом порту:

Количество груза, которое можно принять во втором порту до полного использования грузовместимости судна:

Задача №6

Определить дедвейт судна при загрузке его по тропическую грузовую марку, если:

Осадка судна по летнюю грузовую марку – Т л = 12,6 м;

Паспортное значение дедвейта - D W = 54 500 т;

Число тонн, изменяющих осадку на 1 см - a = 59,5 т/см.

Решение:

Изменение осадки судна при переходе от летней марки к тропической:

Изменение водоизмещения судна при переходе от летней марки к тропической:

3. Изменение дедвейта соответствует изменению водоизмещения на ту же величину:

Задача №7 Определить осадку судна после приема бункера и материально-технического снабжения, если:

Общее количество принятых запасов - G зап = 1 060 т;

Осадка судна до приема запасов - T = 15,26 м;

Число тонн, изменяющее осадку на 1 см - a = 87,5 т/см.

Решение:

Изменение осадки после приема запасов:

Осадка судна после приема запасов:

Задача №8

Определить какое количество груза сможет принять судно в порту с ограниченными глубинами, если:

Дедвейт судна - Dw =22 330 т;

Количество рейсовых запасов - G зап = 580 т;

Осадка судна в полном грузу, соответствующая данному району плавания

Т с = 9,8 м;

Число тонн, изменяющее осадку на 1 см - а = 34,8 т/см;

Ограничения по осадке в порту погрузки - Т огр = 9,3 м.

Решение:

Изменение осадки судна при погрузке на порт с ограниченными глубинами:

Максимальное количество груза, которое может принять судно в соответствии с запасами на рейс:

Изменение загрузки судна из-за ограничения по осадке:

Количество груза, которое можно погрузить в порту с ограничением по осадке.