Водоизмещение судна – количество воды, вытесненной подводной частью корпуса Масса этого количества воды равна массе всего корабля, независимо от его размера, материала и формы. Измеряется в единицах объема (объемное Водоизмещение) или массы (массовое Водоизмещение).
Объемное Водоизмещение численно равняется объему подводной части корпуса судна ниже ватерлинии, включая выступающие части (рули, винты, кронштейны и т. п.), массовое Водоизмещение - массе всего судна и находящихся на нем грузов, включая судовые запасы, твердый и жидкий балласт.
Все коммерческие суда должны иметь на борту отметку под названием грузовая марка (также известна под названиями Load line, Plimsoll line).
Эта отметка определяет уровень, до которого судно может быть безопасно нагружено, то есть грузовую ватерлинию. При загрузке судна оно садится глубже в воду и отметка опускается ближе к поверхности воды.
Ватерлиния – линия соприкосновения спокойной поверхности воды с корпусом плавающего судна.
Различают следующие ватерлинии:
Конструктивная ватерлиния (КВЛ) - расчетная, определяемая для полной загрузки судна;
Грузовая ватерлиния - рассчитанная для заранее определенной нагрузки и условий плавания;
Действующая ватерлиния - текущая, при данной нагрузке и условиях.
Грузовая марка представляет собой круг с горизонтальной отметкой ватерлинии в центре (для плавания летом в океане при плотности воды 1,025 кг/м 3) и так называемой «гребенкой». Горизонтальные линии на «гребенке» - это сезонные марки, определяющие минимальную высоту надводного борта в различных условиях плавания. Грузовая марка наносится на обоих бортах судна, в миделевом сечении.
Обозначения над горизонтальными линиями расшифровываются так: Л (S) - летний надводный борт для морской воды; 3 (W) - зимний надводный борт для морской воды; Т (Т) - тропический надводный борт для морской воды; ЗСА (WNA) - зимний надводный борт для Северной Атлантики; П (F) - надводный борт для пресной воды; ТП (TF) - тропический надводный борт для пресной воды.
Мидель, миделевое сечение (от нидерл. middel, буквально - средний, середина) - наибольшее по площади поперечное сечение тела, движущегося в воде или воздухе.
1. Грузовая марка 2. Надводный борт 3. Летняя ватерлиния 4. Марки углублений 5. Осадка 6. Мидель, средняя часть судна
Марки углублений (марки осадки) – это вертикальные шкалы, наносимые на наружной обшивке обоих бортов судна в районе форштевня и ахтерштевня, а так же на мидель-шпангоуте. Марки углублений обозначают углубление судна - расстояние от действующей ватерлинии до нижней кромки горизонтального киля. Марки углублений делаются в метрической системе и отмечаются на борту судна, арабскими цифрами высотой 10 см, расположенными на такой же высоте друг от друга, при этом указывается каждый метр осадки. Так же марки углублений отмечаются в футах c высотой цифр 0,5 фута
Марки углубления ни в коем случае нельзя путать с грузовой маркой, так как они служат только для измерения фактической носовой и кормовой осадки на данный момент.
Крен и деферент.
Крен – положение судна, при котором плоскость его симметрии отклонена от вертикали к земной поверхности. Крен возникает при разворотах и др. манёврах. У судна постоянный (статический) крен возникает при несимметричной (относительно продольной вертикальной плоскости) загрузке, приёме балласта на один борт. Переменный (динамический) крен при воздействии переменных поперечных сил (например от волн во время бортовой качки судна).
Дифферент – угол отклонения корпуса судна от горизонтального положения в продольном направлении, разница осадок кормы и носа судна.
Как определяют осадки и дифферент судна. Марки углубления показывающие осадку судна. Для определения осадки и дифферента в носовой и кормовой частях на обоих бортах наносят марки углубления в дециметрах арабскими цифрами. Нижние кромки цифр соответствуют той осадке, которую они обозначают.
Если осадка кормой больше осадки носом, то судно имеет дифферент на корму и, наоборот, при осадке кормой меньше осадки носом – дифферент на нос. Дифферент имеет знак плюс (положительный), если дифферент на корму - то есть осадка носом меньше, чем осадка кормой. Дифферент имеет знак минус (отрицательный), если дифферент на нос - то есть осадка носом больше, чем осадка кормой. Дифферент равен нулю, если осадки носом и кормой равны, т.е. судно – на ровном киле.
При крене давление со стороны накрененного борта больше и судно стремится уклониться в сторону повышенного борта. Поэтому для удержания судна на курсе приходится перекладывать руль в сторону накрененного борта, что увеличивает силу сопротивления и соответственно уменьшает скорость хода.
При дифференте на нос устойчивость судна на курсе ухудшается, увеличивается рыскливость, уменьшается скорость. При большом дифференте на корму судно становится увальчивым, плохо держится на курсе и очень реагирует на ветер и волну Нормальным считается незначительный дифферент на корму, при котором обычно улучшается поворотливость и ходкость судна.
Газовозы
Газовозы предназначены для перевозки сжиженных природных и нефтяных газов.
Перевозимые морем газы разделяются на природный (метан) и нефтяные (бутан, пропан и др.). Природный газ - один из важнейших источников энергетического сырья. Нефтяные газы в основном используются в качестве сырья для химической промышленности.
Перевозки газа на судах целесообразны лишь в сжиженном виде, когда объем природного газа уменьшается более чем в 600 раз, а нефтяных - в 200-300 раз. Природный газ сжижается при очень низкой температуре (около минус 162°С), поэтому его перевозка должна осуществляться в условиях глубокого охлаждения. Суда для перевозки сжиженного природного газа (LNG- liquefied natural gas) называются газовозами LNG.
Нефтяные газы переводятся в сжиженное состояние путем повышения давления примерно до 18 кг/см 2 (для пропана) или его охлаждением до минус 48°С при атмосферном давлении; либо комбинацией двух способов. Суда для перевозки сжиженного нефтяного газа (LРG- Liquefied petroleum gas) называются газовозами LРG.
Для перевозки малых партий нефтяных газов обычно используют газовозы, оборудованные вкладными цистернами под давлением. В настоящее такие газовозы практически не строят, а используются суда с комбинированным способом сохранения транспортируемого нефтяного газа в сжиженном состоянии, т. е. суда с цистернами, рассчитанными на несколько увеличенное давление (по сравнению с атмосферным) с одновременным охлаждением.
Перевозка природного газа при низкой температуре предъявляет особые требования к конструктивному оформлению грузовых помещений и к применяемым для их изготовления материалам. В настоящее время широкое практическое применение нашли две систем грузовых танков для прервозки природного газа.
1. Система вкладных сферических танков, изготовляемых из алюминиевых сплавов с наружной изоляцией из пенополиуретана.
2. Система со встроенными мембранными танками, в которой внутренняя обшивка танка представляет собой тонкую (0,5-1,2 мм) мембрану, наложенную на слой изоляции, закрепляемой на бортах, втором дне и палубе судна. В качестве изоляции используется пенополиуретан, стекловата. Применение мембранных систем позволяет снизить расход металла, и увеличить полезное использование объема судна. Однако мембранные танки чрезвычайно сложны в изготовлении.
Для выполнения грузовых операций газовозы оборудуют грузовой системой, состоящей из насосов, компрессоров, трубопроводов и промежуточной цистерны. Так как в грузовые цистерны принимать водяной балласт запрещается, на газовозах оборудуют балластные цистерны (в двойном дне или по бортам).
Транспортировка сжиженных газов связана с повышенной взрывоопасностью груза. Во избежание образования взрывоопасных газо-воздушных смесей на газовозах предусмотрена надежная вентиляция компрессорных отделений, располагаемых в носу, и сигнализация об образовании опасных концентраций газа. Для тушения пожаров обычно применяют углекислотную систему.
В качестве энергетических установок на газовозах LNG используют главным образом паротурбинные установки, работающие как на нефтяном топливе, так и на смеси его с испаряющимся газом.
Химовозы
Химовоз – это наливное судно для перевозки жидких и расплавленных химических веществ (за исключением сжиженных газов), опасных для людей и окружающей среды.
Суда-химовозы перевозят свыше 500 различных жидких продуктов нефтехимии, растительные, рыбные и животные жиры, производные углеводов, а также органические и неорганические кислоты. Большинство грузов перевозится в танках из малоуглеродистой стали с различными покрытиями: силикат цинка, эпоксидные и фенольные смолы, полиуретан и другие виды резины. Для перевозки продуктов, вызывающих коррозию малоуглеродистой стали или требующих сохранения особой чистоты продукта, используют дорогостоящие танки из нержавеющей стали.
В соответствии с потенциальной опасностью суда для перевозки химических грузов, подразделяются на три типа.
Суда типа 1 предназначены для перевозки продуктов, представляющих очень большую опасность для окружающей среды и человека (например, хлоросульфоновая кислота НSO3Cl) и требующих максимальных мер для предотвращения утечки груза.
Суда типа 2 перевозят грузы, занимающие промежуточное положение между агрессивными жидкостями и веществами, близкими к обычным нефтепродуктам (азотная кислота).
Суда типа 3 предназначаются для перевозки грузов, по своим свойствам лишь незначительно отличающихся от обычных нефтепродуктов (уксусная кислота)
Правила ИМО (Международная морская организация или ИМО International Maritime Organization) допускают применение грузовых емкостей двух типов:
1. Вкладных, оболочка которых не входит в состав корпусных конструкций.
2. Встроенных, являющихся частью корпуса судна.
Для коррозионно-агрессивных, токсичных и реагирующих с водой грузов рекомендуются вкладные емкости, а применение встроенных танков допускается при условии, что они отделены от наружной обшивки коффердамами или пустыми танками. На большинстве судов применяется второе решение. На химовозах типа I обычно применяются вкладные танки, типа II - встроенные плакированные, а типа III - обычные.
Контроль за посадкой судна во время эксплуатации осуществляется по маркам углублений . В отличие от осадки, которую отсчитывают от теоретической основной плоскости ОП (т. е. от внутренней поверхности наружной обшивки), углубление отсчитывается от нижней кромки горизонтального киля (т. е. учитывает его толщину ).
Марки углубления наносят на обоих бортах арабскими цифрами в районе мидель – шпангоута, на форштевне и ахтерштевне в районе носового и кормового перпендикуляров и они обозначают углубление в дециметрах.
Схема расположения марок углубления на корпусе судна показана на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Определение осадок по маркам углубления
Расчет осадки судна по маркам углубления
Осадкой судна T(d) является расстояние, измеренное от ОП, т.е. верхней кромки горизонтального киля до ватерлинии на мидель – шпангоуте судна Т м , а также на носовом Т н и кормовом Т к перпендикулярах.
Углублением судна Т у является расстояние, измеренное от нижней кромки горизонтального киля до ватерлинии, измеренное по маркам углубления, нанесенных на бортах судна в районе миделя и носового и кормового перпендикуляров.
Очевидно, что осадка судна Т отличается от углубления судна Т у на величину поправки и рассчитывается по формулам:
Т н = Т ну – δ г.к. + l н ∙ tgψ ;
Т к = Т ку – δ г.к. + l к ∙ tgψ ; (3.3)
Т м = Т му – δ г.к. + l м ∙ tgψ ,
где δ г.к. – толщина горизонтального киля, м;
l н , l к , l м – расстояния от марок углубления до миделя и носового и кормового перпендикуляров, м;
ψ – угол дифферента, град., определяемый по формуле:
(3.4)
Значения l н , l к , l м – положительны, если расположены в нос от перпендикуляров и миделя и отрицательны – если в корму. Эти величины в судовой документации приводятся в табличной форме (табл. 3.1). Схема определения осадок по маркам углубления приведена на рис. 3.4.
Таблица 3.1. Отстояние марок углублений от перпендикуляров и миделя
|
l н , м | |||||||||||||
|
l к , м | |||||||||||||
|
l м , м |
Марки углубления навариваются в виде полос и арабских чисел в дециметрах, а
затем наносятся черной или белой краской в зависимости от цвета борта. Высота цифр и расстояние между ними равны 10 см.
Расчет водоизмещения судна
Расчет водоизмещения и его геометрических характеристик подводной части корпуса производится по теоретическому чертежу судна при его проектировании, а для практических расчетов в период эксплуатации судна – по судовой технической документации, состоящей из гидростатических кривых, масштаба Бонжана, строевых, грузовой шкалы, таблиц и др .
Эти документы позволяют находить численные значения величин при любой
На грузовых судах определение и расчет осадки требуются для различных целей. Например, для определения массы погруженного или выгруженного груза, для придания судну заданного дифферента и т.д. Осадка судна измеряется на носовой, кормовой и средней марках углубления.
Марки углубления это приваренные на обоих бортах оконечностей корпуса судна и в районе миделя цифры и горизонтальные линии. Осадка судна в районе нанесения марки, равняется вертикальному расстоянию от нижней кромки цифры до нижней кромки киля. В повседневной работе для измерения осадки применяется термин «снять осадки», т.е. определить осадки судна по маркам углубления либо определить осадку путем измерения высоты надводного борта.
Марки углубления окрашиваются в белый цвет на темном фоне или в темный цвет на светлом фоне.
Маркировка марок углубления может выполняться:
В метрической системе (арабские цифры) осадка измеряется в метрах – при этом высота цифр и расстояние между ними (по перпендикуляру к основной плоскости) составляет 100 мм.
В английской системе (римские цифры) осадка измеряется в футах (1 фут = 0,3048 м. В одном футе 12 дюймов, 1 дюйм = 2,54 см). При этом высота цифр и расстояние между цифрами (по перпендикуляру к основной плоскости) составляет 0,5 фута (6 дюймов).
Если на судне используются обе системы, то с левого борта марки углубления наносятся римскими цифрами, а с правого борта арабскими цифрами.
Необходимо заметить, что от точности снятия осадок, зависит точность связанных с ними вычислений. Поэтому судоводители должны учиться снимать осадки при разных неблагоприятных условиях: слабая освещенность, волнение, снег, лед, плохая различимость марок из-за большого угла наблюдения или плохой окраски марок.
Кроме этого необходимо приобретать навыки измерения высоты надводного борта в местах расположения марок углубления. По измеренной высоте надводного борта также вычисляют осадку судна в месте измерения.
Пример снятия осадок на английской и метрической марках углубления показан на рисунке 1.
Английская система Метрическая система
Измерение осадки по маркам углубления
Форма оконечностей корпуса судна не всегда позволяет нанести марки углубления на носовом и кормовом перпендикулярах. Поэтому, для удобства снятия осадок, их наносят на некотором расстоянии от соответствующего перпендикуляра.
Носовая марка наносится либо на носовом перпендикуляре, либо в корму от него.
Кормовая и средняя марки углубления могут быть нанесены как в нос, так и в корму от соответствующего перпендикуляра.
Иногда часть марки углубления наносится на перпендикуляре, а другая ее часть на некотором расстоянии от него.
На рисунке 2 приведен пример схемы расположения марок углубления относительно носового и кормового перпендикуляров и миделя судна. Обычно на судовых схемах указывается расстояние между маркой углубления и соответствующим перпендикуляром. Так как во всех расчетах, связанных с определением посадки судна и определением массы груза по осадкам, используют осадки на перпендикулярах, то осадки, снятые на марках углубления, необходимо исправить соответствующими поправками, для того чтобы они соответствовали осадкам на перпендикулярах. Исправить осадки, снятые на марках углубления, значит «привести» их на соответствующие перпендикуляры. Для этого пользуются формулами, которые приведены в статье «Приведение осадок на перпендикуляры».
Пример схемы расположения марок углубления.
Обозначения, используемые на рисунке 2:
КВЛ – Конструктивная ватерлиния, соответствующая осадке судна по летнюю грузовую марку.
lн – Отстояние носовой марки углубления от носового перпендикуляра.
lср – Отстояние средней марки углубления от миделя.
lкр – Отстояние кормовой марки углубления от кормового перпендикуляра.
3.1. Определение значений осадки носом и осадки кормой:
м.
3.2. Определенные выше значения осадок носом, кормой и средней осадки соответствуют расчетным значениям на перпендикулярах. В случае необходимости проверки правильности расчета после погрузки судна следует снять значения осадок на марках углублений судна – с левого и правого борта (визуально). Полученные значения осадок на марках будут отличаться от расчетных значений осадок на перпендикулярах ввиду следующих факторов:
– расположение марок углублений не совпадает с положением перпендикуляров;
– марки углублений наносятся на корпус судна, при этом повторяя пространственную кривизну формы обводов судна в оконечностях;
– наличие стрелки прогиба от общего изгиба корпуса;
– значительное изменение формы ватерлинии относительно расчетной при наличии дифферента;
– реальное значение плотности забортной воды отличается от принятого значения.
Поэтому значения осадок, снятых с марок углублений, пересчитывают к значениям на перпендикулярах (на основании данных судовой документации), после чего к водоизмещению, определенному по грузовой шкале для средней осадки, вводят поправки, учитывающие все вышеперечисленные факторы:
а) поправка на плотность воды
где ρ ф – фактическая плотность забортной воды, т/м 3 ; ρ – плотность воды по грузовой шкале, т/м 3 ; D – водоизмещение, определенное по грузовой шкале, т;
б) поправка на дифферент
,
где q 0 – число тонн на 1 см осадки, т/см; x f 0 – абсцисса центра площади ватерлинии, м; М диф – момент, дифферентующий на 1 см, тм/см;
в) поправка на обводы корпуса в оконечностях
,
где – отстояние носовой марки углублений от носового перпендикуляра, м;– отстояние кормовой марки углублений от кормового перпендикуляра, м;
г) поправка на изгиб корпуса
где – стрелка прогиба корпуса, см (для настоящего расчета в учебных целях принимаемсм).
Таким образом, окончательное значение водоизмещения получается суммированием значения, определенного по грузовой шкале, и поправок к нему. Это окончательное значение должно совпадать со значением, рассчитанным при составлении грузового плана судна.
3.3. Пересчет осадок на перпендикулярах к осадкам на марках:
где – угол дифферента судна;а – отстояние носовой марки углублений от носового перпендикуляра; b – отстояние кормовой марки углублений от кормового перпендикуляра; с – отстояние средней марки углублений от плоскости мидельшпангоута.
(м)
3.4. Результаты расчетов посадки судна после погрузки по состоянию на отход:
|
Осадки на перпендикулярах: | |||||
|
Средняя осадка (на мидельшпангоуте) | |||||
|
Осадка на носовом перпендикуляре |