Контроль и регулирование плавучести и посадки.

 

Перед загрузкой судна в порту и в море на промысле составляется грузовой план и рассчитывается остойчивость судна в соответствии с данными Информации об остойчивости. После погрузки судно не должно иметь крена, а его дифферент должен быть в допустимых для нормальной эксплуатации пределах. При всех изменениях нагрузки, обусловленных проведением грузовых операций в море, принятием на борт улова или сдачей его на другие суда, грузовой план корректируется, а при значительных изменениях весовых нагрузок составляется заново. В плавании и на стоянке судна надлежит осуществлять контроль его посадки и остойчивости по результатам расходования запасов топлива, воды и т.п. Во всех условиях загрузки судна необходимо следить, чтобы оставался надводный борт, достаточный для сохранения необходимого запаса плавучести, и грузовая марка, установленная для данного сезона и района плавания, не оказалась под водой. При балластировке судна, расходовании запасов, перекачке топлива и воды необходимо следить за остойчивостью, руководствуясь данными Информации об остойчивости. В необходимых случаях для повышения остойчивости балластировка судна водой должна производиться в наиболее низко расположенные танки (цистерны). Не заполненные доверху танки и цистерны могут быть опасными, они снижают остойчивость, поэтому нужно всегда стараться иметь минимальное количество частично заполненных танков. Заполнение танков и цистерн и любые другие работы, которые могут привести к изменению остойчивости, крена или дифферента, должны производиться только с разрешения капитана и с уведомлением вахтенного помощника капитана. При больших кренах или недопустимых дифферентах во время грузовых операций прежде всего должны быть приняты меры по выявлению причин их появления и только после их устранения следует с осторожностью производить спрямление судна. При отрицательной начальной остойчивости попытки выпрямить судно перекачкой балласта с борта на борт приводит к перекрениванию судна; при этом судно у причала может удерживаться в прямом положении за счет натяжения швартовов. При обрыве швартовов судно может резко накрениться, приняв воду в открытые иллюминаторы или другие отверстия, что, в конечном счете, приводит к опрокидыванию судна и его затоплению.

Во время плавания всегда должны быть закрыты водонепроницаемые двери ниже палубы переборок, клинкеты и клапаны, установленные на водонепроницаемых переборках, втором дне, палубах и платформах, клапаны переточных каналов водоотливной и осушительной системы.

В плохую погоду все входы в рубки и надстройки, бортовые иллюминаторы и другие отверстия, через которые вода может проникнуть внутрь корпуса, должны быть закрыты. Также должны быть закрыты крышки воздушных трубок топливных цистерн.

Перед началом загрузки трюмов и других грузовых помещений второй помощник капитана вместе со старшим помощником обязан осмотреть их, чтобы убедиться в отсутствии водотечности наружной обшивки, водонепроницаемых переборок, второго дна, палуб, трубопроводов. После выгрузки осмотр должен произвести второй помощник капитана. До начала погрузки необходимо очистить отверстия сеток приемных колодцев водоотливной и осушительной системы, проверить их действие, закрыть решетки колодцев во втором дне, тщательно осмотреть и очистить льяла, проверить целостность льяльных лючин и пайолов. Периодически должен производиться ряд проверок, служащих обеспечению непотопляемости судна. Не реже одного раза в семь дней проверяется исправность и герметичность водонепроницаемых и противопожарных закрытий, иллюминаторов, запорных устройств вентиляционных трубопроводов и наружных грибков. Проверку обязаны производить заведующие соответствующими помещениями. Ежедневно должна проверяться исправность действия и герметичность водонепроницаемых дверей с дистанционным приводом, не реже одного раза в семь дней, а также перед выходом в рейс – навесных дверей в главных поперечных переборках. Старший помощник вместе со старшим механиком обязан один раз в месяц проверять состояние водонепроницаемых дверей судна и о результатах проверки докладывать капитану. Недостатки должны быть немедленно устранены, о чем делается запись в судовом журнале и в журнале технического состояния судна. Производство на судне, находящемся на плаву, работ, связанных с нарушением водонепроницаемости подводной части корпуса судна, а также ремонт и регулирование закрытий подводных отверстий производятся только с разрешения капитана под постоянным контролем вахтенной службы. До начала работ капитан обязан дать указания вахтенной службе и назначить ответственного за обеспечение безопасности судна из числа лиц командного состава.

Для безопасности и удобства людей, плавающих на судне, для сохранной доставки грузов судно должно обладать рядом море­ходных качеств: плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, плавностью качки, ходкостью и управляемостью.

Изучением мореходных качеств судна занимается специальная наука — теория корабля но основные сведения о них необходимо знать каждому моряку, чтобы понимать и правильно использо­вать законы, по которым судно плавает. В истории мореплавания известно немало случаев, когда прочные суда погибали со всей командой вследствие плохих мореходных качеств судна.

В процессе эксплуатации мореходные качества судна могут изменяться, так как они зависят от многих факторов, напри­мер, от количества принятого груза, его размещения и т. д.

Знание теории корабля позволяет судоводителю выбрать правильную схему загрузки судна и избе­жать опасных положений при различных условиях плавания.

Плавучесть— это способность судна плавать, имея заданную нагрузку и оп­ределенную осадку.

На судно, плавающее на спокойной воде, постоянно действуют две силы (рис. 1 а):

сила веса D, которая приложена в центре тяжести судна G и направлена вниз;

 

Рис 1. Действие сил веса и поддержания на судно:

а —в прямом положении; б —в наклоненном (без пере­мещения центра тяжести, например, под действием вет­ра или волнения)сила поддержания, соответствующая по закону Архимеда мас­се вытесненной судном воды V. Она приложена в центре величи­ны судна С (центре тяжести подводной части) и направлена вверх.

 

Чтобы плавающее судно находилось в равновесии, эти две си­лы должны быть равны по величине и направлены в противопо­ложные стороны по одной вертикали.

При плавании в штормовую погоду, а также в случае пробои­ны, течи судно принимает значительное количество воды, увеличивающей его массу. Поэтому судно должно иметь определенный запас плавучести.

Запас плавучести — это непроницаемый для воды объем кор­пуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. Этот объем образует помещения, ограниченные верхней водонепрони­цаемой палубой, а также надстройки при условии, что они водо­непроницаемы, т. е. имеют водонепроницаемые двери и другие закрытия. При отсутствии запаса плавучести судно затонет при попадании внутрь корпуса даже небольшого количества воды.

Мерой запаса плавучести является отношение над­водного объема корпуса к объемному водоизмещению судна.

Для сухогрузных судов запас плавучести составляет 25—50% водоизмещения, для наливных—10—25% и пассажирских —до 100%.

Необходимый для безопасного плавания судна запас плавуче­сти обеспечивается приданием судну в процессе проектирования достаточной высоты надводного борта, устройством водонепрони­цаемых закрытий и делением судна на отсеки прочными водоне­проницаемыми переборками и палубами. При отсутствии перебо­рок и палуб любое повреждение подводной части судна при не­возможности заделать его приводит к полной потере запаса пла­вучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта — чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Минималь­ная допустимая высота надводного борта определяется Правила­ми Регистра Украины в зависимости от типа судна. Для контроля за ее сохранением на обоих бортах судна наносят особую грузо­вую марку.

Марки углублений (рис. 2). Для быстрого определения осадки судна на носу и в кормовой части судна наносят арабские или римские цифры — марки углублений.

 

На судах заграничного плавания марки углублений наносят: на правом борту в дециметрах и обозначают арабскими цифрами, высота цифр и интервала между ними равны 1 дм; на левом бор­ту— в футах и обозначают римскими цифрами, высота цифр и ин­тервалы между ними равны 1/2 фута. На судах внутреннего плава­ния марки углублений наносят в дециметрах. Нижние кромки цифр соответствуют той осадке, которую они обозначают.

Марки углублений накернивают при постройке судна и нано­сят на темном фоне белой краской, а на светлом фоне— черной.

По известной осадке можно легко определить дедвейт и водоизмещение судна, используя специальную таблицу — грузовую шкалу.

Грузовая шкала позволяет решать и обратные задачи, например, как изменится осадка при при­еме известного количества груза и т. п. Такая шкала является одним из важнейших судовых документов.

 

 

Рис. 2. Марки углублений:

a — в дециметрах; б — в футах; в — другой вариант марок углублений в дециметрах

 

Рис. 3. Международная грузовая марка

 

Грузовая марка (рис. 3) показывает минимальный допустимый надводный борт с учетом района плавания судна и времени года.

Грузовые марки наносятся в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и Правил Регистра Украины о грузовой марке. Суда загранплавания должны иметь Международное свидетельство о грузовой марке, а каботажные суда, плавающие во внутренних водах,— свидетельст­во Регистра Украины, учитывающее более легкие условия плавания между портами СНГ.

Марка наносится (накрашивается) следующим образом. На обоих бортах судна в средней части на уровне верхней (главной) палубы надводного борта наносят горизонтальную линию длиной 300 мм, которая называется палубной линией. От ее верхней кром­ки вниз откладывают высоту минимального летнего надводного борта и наносят горизонтальную линию длиной 450 мм. Из сере­дины этой линии; как из центра, описывают

окружность диамет­ром 300 мм. Если грузовую марку наносят по Правилам Регистра, то по бокам круга наносят буквы «Р» и «С» высотой 115 мм и шириной 75 мм. На расстоянии 540 мм от центра круга (диска Плимсоля) в нос проводят вертикальную линию, а перпен­дикулярно ей —марки (горизонтальные линии длиной 230 мм, так называемую «гребенку»).

Летняя марка — это верхняя кромка линии, проходящей через центр круга, или линии, отмеченной буквой Л (S). Осадка судна в тропиках отмечается маркой Т (Т); для зимнего плавания -маркой 3 (W); для зимнего плавания в Северной Атлантике--маркой ЗСА (WNA). Эта марка наносится только на судах дли­ной не более 100,5 м. Осадка судна в пресной воде указывается маркой П (F), в пресной воде в тропиках — ТП (TF).

Посадкой называется положение судна относительно поверхности воды. Судно может занимать различное положение. Диаметральная плоскость судна наклонена на некоторый угол  (рис. 4) по отношению к вертикальной плоскости, который называется углом крена. Пло­скость мидель-шпангоута может быть наклонена к вертикальной пло­скости на некоторый угол , который называется углом дифферента.

Посадка судна, при которой плоскость мидель-шпангоута и ДП вер­тикальны (y = 0, q = 0), называется прямой. Судно, имеющее такую посадку, называют сидящим на ровный киль.

Если q > 0, y = 0, то судно сидит на ровный киль, но с креном, при q = 0, q = 0 > 0 судно сидит прямо, но с дифферентом. Если судно имеет крен и дифферент, то его посадку называют произвольной.

У судна, имеющего посадку с дифферентом, осадки носом Т_н и кор­мой Т_к различны. Разность осадок носом и кормой определяет диф­ферент судна:

 

d = Тн - TK.

 

 

Рис. 4. Характеристики посадки судна

 

Полусумму осадок судна носом и кормой называют средней осадкой:

 

Т_ср = (Т_н + Т_к) / 2 (1)

 

Продольные наклонения судна происходят относительно попереч­ной оси, проходящей через центр тяжести площади ватерлинии. По­ложение центра тяжести действующей ватерлиний F относительно ми­деля определяется абсциссой х_f.

Осадка судна в районе центра тяжести площади ватерлинии

 

Т_F = Т_ср + D T_F (2)

 

где D T_F — поправка к средней осадке, м.

 

Для определения поправки рассмотрим треугольники abF и AВС. Из подобия треугольников ab/(bF) = AВ/(АС) или D T_F / х_f = (Т_н - T_к)/L,

 

откуда D T_F = [(Т_н - T_к)/L] х_f

 

Подставив полученное значение  T_F в выражение (2), получим

 

Т_F = Т_ср + [(Т_н - T_к)/L] х_f (3)

 

При расчетах поправки Т_F следует учитывать знак перед x_f. Если центр тяжести F площади ватерлинии расположен в нос от миделя, то абсцисса x_f берется со знаком плюс, если же он расположен в корме от миделя, то x_f — со знаком минус.

При определении осадок по формулам (1) и (3) допускаются некото­рые погрешности, однако их достоверность достаточна для практиче­ских расчетов. Для измерения фактических осадок служат марки осадок, которые наносят на обоих бортах корпуса на носовом и кормо­вом перпендикулярах.

Осадку носом и кормой определяем пользуясь таблицей элементов теоритического чертежа, приведенной в «Информации об остойчивости»

Средняя осадка d = 3.63 м.

Аппликата поперечного метацентра – Z_m = 5,77 м

Момент, дифферентующий на 1 см МТС = 101тм/с

Абсцисса центра величины x_с = - 0,12 м

Абсцисса ЦТ ватерлинии x_f = - 0,95 м

Определим поперечную метацентрическую высоту:

 

h = Z_m – Z_g = 5,77 – 3,51 = 2,26 м

 

Определяем дифферентующий момент М_диф

 

М_диф = M_x – D x_c = - 1195 – 4460 (- 1,12) = - 660 тм

 

Определяем дифферент t

 

t = М_диф / 100МТС = - 660 / 100*101 = - 0,065 м

 

Определяем осадку носом d_н и кормой d_к

 

d_н = d + t (0,5 – x_f/L) = 3,63 + (- 0,065 (0,5 – (-0,95/110)) = 3,6 м

 

d_к = d – t (0,5 + x_f/L) = 3,66 м

 

 

Рис. 5. План загрузки.

 

Одним из важнейших навигационных качеств судна является остойчивость. В реальных условиях плавания, кроме силы тяжести и силы поддержания, на судно действуют дополнительные силы, например сила ветра на надводную поверхность судна. Практика судовождения знает случаи опрокидывания судов при перемещении в трюме сыпучих или плохо закрепленных единичных грузов. Отсюда следует, что, для того чтобы судно плавало в заданном равновесии, недостаточно, чтобы оно удовлетворяло только основным уравнениям плавучести. Оно должно сопротивляться также внешним силам, стремящимся вывести его из положения равновесия.

Остойчивостью называют способность судна, отклоненного от поло­жения равновесия действием внешних сил, возвращаться в первона­чальное положение после прекращения действия этих сил.

Остойчивость зависит от формы корпуса и положения ЦТ судна, поэтому путем правильного выбора формы корпуса при проектировании и правильного размещения грузов на судне при эксплуатации можно обеспечить достаточную остойчивость, гарантирующую предотвраще­ние опрокидывания судна при любых условиях плавания.

Остойчивость при поперечных наклонениях, т. е. при крене, назы­вают поперечной. Поперечную остойчивость в зависимости от угла кре­на делят на начальную при малых (до 10—15°) углах крена и остойчи­вость при больших углах крена.

Наклонения судна происходят под действием пары сил. Момент этой пары сил, вызывающий поворот судна вокруг продольной оси, называют кренящим моментом — М_кр. Рассмотрим пример образова­ния кренящего момента от воздействия на судно ветра (рис. 6). Сила ветра, приложенная в ЦТ площади надводной части судна (площади парусности), вызывает его боковое движение (дрейф), а совместно с си­лой, возникающей от сопротивления воды R₆, приводит к появлению кренящего момента:

 

M_кр=P_вl_кр.

 

где М_кр — кренящий момент, кН • м;

Р_в — сила действия ветра, кН;

l_Кр — плечо кренящей пары, м.

 

Плечо кренящей пары l_кр зависит от формы корпуса судна и в прак­тических расчетах определяется в соответствии с указаниями Речного Регистра в зависимости от ширины корпуса, осадки и положения цент­ра парусности судна.

 

Рис. 6. Возникновение кренящего момента

 

Действию кренящего момента препятствует восстанавливающий мо­мент М_в, который характеризует способность судна сопротивляться внешним воздействиям.

По характеру действия внешних сил, вызывающих наклонения суд­на, различают статическую и динамическую остойчивость. Если кре­нящий момент нарастает от нуля до конечного значения постепенно и не вызывает угловых ускорений, а следовательно, и сил инерции, то остойчивость при таком наклонении называют статической. Если же кренящий момент действует на судно внезапно, то возникают угло­вое ускорение и сила инерции, а остойчивость при таком наклонении называют динамической.