Обеспечение безопасной проводки движения крупнотоннажного грузового теплохода в условиях Волго-Донского канала

Содержание

 

Введение

1. Описание района плавания Астрахань-Кавказ

1.1 Водно-транспортная характеристика участка Нижней Волги

1.2 Водно-транспортная характеристика Волго-Донского судоходного канала

1.3 Воднотранспортная характеристика Цимлянского водохранилища

1.4 Воднотранспортная характеристика участка Нижний Дон

1.5 Водно-транспортная характеристика Азовского моря

2. Технико-эксплуатационные характеристики грузового теплохода пр.05074 типа "Волжский"

3. Обоснование безопасных и эффективных приемов управления судном в различных условиях плавания

3.1 Поворотливость судна

3.2 Инерционные характеристики

3.3 Скорости движения в канале

3.3.1 Определение безопасной скорости движения в канале

3.3.2 Определение действительной скорости движения судна в канале

3.3.3 Определение безопасной скорости и безопасного траверзного расстояния при расхождении судов

3.4 Определение безопасной скорости захода в шлюз

4. Рекомендации судоводителям

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Актуальность темы. Создание Единой глубоководной системы водных путей европейской части России (ЕГС), соединившей Петербург, Астрахань и Ростов на Дону, имеющих выход к международным морским путям, явилось импульсом для обновления речного флота и строительства судов смешанного река-море плавания. ЕГС - превратилось в кратчайший трансъевропейский водный путь из морей, омывающих северо-восток Европы к Черному и Средиземному морям. Это также дало толчок к развитию экспортных перевозок водного транспорта.

Одним из важнейших участков этого водного пути является Волго-Донской канал, соединяющий бассейны рек Волги и Дона. Практика судовождения показывает, что одной из сложнейших операций в процессе проводки судов через судоходные каналы является движение шлюзованным участкам водного пути. Известно, что шлюзование занимает до 70% общих затрат времени при маневрировании в судоходных каналах. Поэтому рассмотрение схемы движения крупнотоннажного грузового теплохода в условиях Волго-Донского канала является актуальным.

Объект дипломной работы. Грузовой теплоход пр.05074.

Предмет дипломной работы. Обеспечение безопасной проводки движения крупнотоннажного грузового теплохода в условиях Волго-Донского канала.

Целью дипломной работы является обоснование приемов безопасной и эффективной проводки грузового теплохода типа "Волжский" пр.05074 по маршруту Астрахань-Кавказ.

Актуальность темы, цель, объект и предмет дипломной работы определили ряд задач:

. Дать характеристику района плавания Астрахань-Кавказ.

. Рассмотреть технико-эксплуатационные характеристики грузового теплохода пр.05074.

. Исследовать безопасные и эффективные приемы управления судном в различных условиях плавания.

. Определить рекомендации судоводителям.

Исследование проводилось по известным методикам расчета параметров движения судов в каналах и по другим опубликованным источникам, относящимся к рассмотренному вопросу. Список использованной литературы приводится.

1. Описание района плавания Астрахань-Кавказ

1.1 Водно-транспортная характеристика участка Нижней Волги

Нижней Волгой называют участок от Волгоградского гидроузла до города Астрахань и далее до истока рукава Бахтемир длиной 533 км. Каскад Волжских водохранилищ внес изменения в режим стока р. Волги: на рассматриваемом участке снизилась высота пика половодья, уменьшилась его продолжительность. Вследствие этого повысились уровни воды в период летне-осенней межени. Появилось (ранее отсутствовавшее) колебание уровня воды в связи с суточным и недельным уровнем стока. Однако, несмотря на регулирование стока общий гидрологический режим Нижней Волги остался типичным для равнинных рек с преобладающим снеговым питанием.

Русло реки Волги в ее нижнем течении многорукавно. В результате постепенного развития (размыва) и отмирания (заполнения наносами) отдельных рукавов периодически меняется положение судового хода. В русле имеется множество перекатов, что создает определенное затруднение для судоходства.

Скорости течения на Нижней Волги зависят от сбросов воды Волгоградской ГЭС. При низких уровнях воды средняя скорость течения по длине участка несколько уменьшается и составляет 3,7 - 2,3 км/ч. в период половодья скорость течения в районе г. Волгоград достигает 6 км/ч, а в районе г. Астрахань - 4,1 км/ч.

На Нижней Волге находится 50 перекатов, т.е. перекаты расположены примерно через 10 - 11 км. Перекаты образуются и устойчиво сохраняются на тех участках речного русла, где имеются предпосылки для процесса аккумуляции наносов. Перекаты на длине русла реки располагаются неравномерно. На Нижней Волге перекаты имеют длину гребня 1,5 - 2 км. Длина плесовых лощин, разделяющих смежные перекаты, колеблется от 1 до 20 км.

В верхней части участка перекаты разделены более короткими плесовыми лощинами, в нижней при устьевой длина плесовых лощин в среднем составляет 5 - 10 км.

Условия плавания по участку Нижней Волги. Волга от г. Волгограда до г. Астрахань большую часть навигационного периода находится в состоянии, близком к естественному. Участок р. Волги в районе г. Волгоград представляет собой нижний бьеф Волгоградского водохранилища и подвержен интенсивным колебаниям уровня воды. При плавании по данному участку, и особенно при маневрировании судов во время постановки их на якоря, на Волгоградских реках судоводителям следует учитывать это обстоятельство.

Судоводителям необходимо учитывать сильное затяжное (в проран) течение в верхней части отрадненского переката вдоль острова Сарептский. По этому же прорану плотосоставы идут на шлюзование к Волго-Донскому судоходному составу имени В.И. Ленина.

На дополнительном ходу (который часто называют подходным каналом) расхождение и обгон водоизмещающих судов и составов запрещен. Разрешение на вход в Волго-Донской канал и выход из него судоводители должны получить заблаговременно (по УКВ радиосвязи) у диспетчера движения Волго-Донского пароходства. При ожидании освобождения подходного канала и проведения других технических операций суда, следующие в канал или вышедшие из него, останавливаются на Красноармейском рейде в ухвостье острова спорный у левой кромки судового хода.

Русло Нижней Волги на всем протяжении участка неустойчивое, извилистое, изобилует перекатами. Судовой ход на перекатах и отдельных участках реки часто меняет свое положение.

От Астраханского вододелителя до верхней границы Астраханских рейдов отрезок пути особых сложностей для судовождения не представляет.

крупнотоннажный теплоход грузовой проводка

Наибольшая ширина меженного русла Волги 2,8 км в районе селения Райгород, наименьшая ширина 300 м в районе поселка Красные баррикады. В пойме Волги имеются многочисленные острова, разделяемые рукавами, воложками и притоками; почти все острова покрыты лесом.

1.2 Водно-транспортная характеристика Волго-Донского судоходного канала

В состав единой глубоководной системы европейской части РФ входят Волго-Донской судоходный канал имени В.И. Ленина и Нижний Дон. В России еще при Петре I предпринимались попытки соединить реки Волгу и Дон шлюзованным судоходным каналом. Трасса канала должна была пролегать по руслу небольших притоков рек Дона (р. Иловля) и Волги (р. Камышинка).

Волго-Донской судоходный канал был введен в эксплуатацию в 1952 г. общая протяженность канала 101 км. Для преодоления водораздела между Волгой и Доном на канале построено 13 шлюзов. Снабжение каналов водой осуществляется с помощью насосных станций, поднимающих воду из Цимлянского водохранилища на р. Дон. Вода поднимается в три этапа через промежуточное водохранилище: Карповское, Береславское и Варваровское. При шлюзовании судов вода в виде сливных призм из водораздельных бьефов поступает в реки Волгу и Дон. Водораздельный бьеф располагается ближе к Волге и возвышается над ее меженным уровнем на 87,7 м, а над уровнем Дона на 38 м.

Судоходный канал состоит из трех характерных участков: Волжского склона, водораздельного бьефа и Донского склона.

Волжский склон канала имеет длину 21 километр. На нем подъем судов от р. Волги до водораздельного бьефа осуществляется в 9 шлюзах. Эта часть канала начинается на южной оконечности города Волгограда. Для входа в канал суда должны огибать большой правобережный побочень Сарептского переката.

В связи с большой крутизной Волжского склона шлюзы расположены один от другого на расстоянии 1 - 2 км. Подобное расстояние между смежными шлюзами является минимально допустимым для расхождения встречных судов. Лишь промежуточный бьеф между шлюзами 3 и 4 имеет длину 8 км.

Плавание по Волго-Донскому каналу крупных судов сопряжено с трудностями. Канал имеет относительно небольшие размеры поперечного сечения, повороты. При опорожнении или наполнении камеры шлюза в промежуточных бьефах возникают динамические колебания уровня воды с амплитудой до 1 м. В канале появляются течения воды к шлюзу или от шлюза со скоростью 4 км/ч.

Водораздельный бьеф длиной 26 км располагается между шлюзами 9 и 10. На протяжении 6 км от шлюза 9 канал проходит в искусственной выемке, глубина которой доходит до 16 м. Далее на протяжении 18 км трасса канала проходит по Варваровскому водохранилищу.

Донской склон протяжением 64 км имеет четыре шлюза (10 - 13). На этом склоне расположены два водохранилища: Береславское и Карповское, расположенные между шлюзами 12 и 13.

От шлюза 13 до выхода в Цимлянское водохранилище на протяжении 6 км канал огражден дамбами.

Канал пересекается семью неразводными мостами. Минимальная высота мостов при нормальном подпорном уровне 16 м.

Условия плавания по трассе Волго-Донского канала. Волго-Донской канал по условиям плавания может быть разделен на три характерных участка: водораздельный бьеф, Волжский склон и Донской склон. По классификации водных путей канал относится к разряду "Р", направление течения в нем принято от реки Волги. Порядок захода судов и составов в канал со стороны Волги определен Местными правилами плавания по судоходным путям Волжского бассейна. Суда, следующие со стороны р. Дон, должны предъявляться в К.П. П. порта Калач. Скорость самоходных грузовых судов и составов грузоподъемностью свыше 3000 т в искусственной части канала не должна превышать 7 км/ч.

Судовой ход между шлюзами 3 и 4 практически прямолинеен, лишь в средней части он плавно поворачивает влево. При следовании по участку надо иметь ввиду, что расхождение и обгоны судов рекомендуются на расширенных участках канала. При сильных ветрах и низких берегах канала суда и составы могут иметь значительный ветровой дрейф. За 3 км до шлюза 4 из-за высокой растительности и искривленного правого берега судовой ход на безопасном расстоянии не просматривается и надлежит постоянно уточнять местонахождение по УКВ радиосвязи.

Гарантированные минимальные габариты судового хода на Волго-Донском водном пути в следующих пределах: глубина 3,45 м (на перекатах), ширина 38 м, радиус закругления 500 м. Наименьшая ширина шлюзов на трассе канала 17,7 м.

1.3 Воднотранспортная характеристика Цимлянского водохранилища

Цимлянское водохранилище является неотъемлемой составной частью Волго-Донского судоходного канала имени В.И. Ленина.

Подъем воды в водохранилище обеспечил условия для сопряжения Донского склона канала с р. Дон. Водохранилище питает канал водой, что позволило значительно увеличить судоходные глубины на участке г. Калач - г. Волгодонск. Регулирование стока увеличило глубины и на участке Цимлянский гидроузел - устье р. Дон.

Цимлянское водохранилище образовано подпорными сооружениями одноименного гидроузла, введенного в эксплуатацию в 1952 году. Длина водохранилища 260 км, максимальная ширина и глубина соответственно 38 км и 35 м.

В связи со значительными размерами живого сечения рассматриваемой части водохранилища (входящей в единую глубоководную систему) скорости стоковых течений воды невелики. При длительных сильных ветрах вдоль водохранилища могут существенно увеличиваться скорости дрейфовых течений в поверхностных слоях воды. Так, в узкости у Рычковского железно-дорожного моста скорость течения может кратковременно увеличиваться до 2 м/с.

По путевым условиям Цимлянское водохранилище может быть разделено на два характерных участка. На первом, верхнем (от канала) участке длиной около 70 км судовой ход пролегает по затопленному руслу р. Дон. Несмотря на отдельные разливы, водохранилища шириной до 20 км ширина судового хода ограничена, глубины над затопленной поймой невелики.

Второй участок длиной 110 км имеет вид, типичный для водохранилищ на равнинных реках. Основной судовой ход пролегает над затопленной поймой. Местами он проходит по прорезям, просекам в затопленном кустарнике, мелколесье. Здесь имеются дополнительные ходы, подходы к убежищам и пристаням.

Условия плавания по Цимлянскому водохранилищу. От шлюза 13 к основному судовому ходу Цимлянского водохранилища суда следуют подходным каналом. Для выхода в водохранилище надо иметь путевую и гидрометеорологическую информацию, а также помнить, что при одновременном подходе к устьевому части подходного канала судов и составов, следующих сверху и снизу по Цимлянскому водохранилищу и со стороны шлюзов, право первоочередного прохода предоставляется судну, идущему со стороны канала, после чего - судну, идущему сверху (по течению). Согласно Местным правилам плавания осадка судов и плотов при плавании по Цимлянскому водохранилищу устанавливается с учетом волнового запаса под днищем не менее 0,75 м, а при сработанном водохранилище 0,4 м.

Вахтенные начальники судов и составов, оборудованных УКВ радиостанциями, обязаны докладывать о фактическом состоянии погоды и судов: при прохождении траверза убежища Ильмень-Суворовска - диспетчеру Калачевского порта, при прохождении траверза убежища Кривская - диспетчеру Волгодонского порта.

На подходе к аванпорту необходимо по УКВ радиосвязи выяснить у диспетчера Волгодонского порта и начальника вахты шлюза 14 порядок шлюзования. Рейды для судов, ожидающих шлюзования, оборудованы в аванпорту и в открытой части водохранилища. Суда, следующие на Нижний Дон, после входа в аванпорт поворачивают вправо и вдоль продольной дамбы, ограждающей аванпорт, подходят к причальной стенке шлюза 14. Шлюзы 14 и 15 однокамерные, между ними по береговой выемке оборудован канал. В промежуточном канале находятся два моста, опоры которых расположены на берегах канала. При движении по этому участку крупнотоннажные суда должны опускать мачты.

 

1.4 Воднотранспортная характеристика участка Нижний Дон

К Нижнему Дону относится участок единой глубоководной системы от нижнего подходного канала шлюзов Цимлянского гидроузла до г. Азов (устье р. Дон). Общая длина этого участка 296 км. Он состоит из следующих характерных частей: подходный канал Цимлянского гидроузла - Николаевский гидроузел (59 км), Николаевский гидроузел - Константиновский гидроузел (43 км), Константиновский гидроузел - Кочетовский гидроузел (31 км) и свободный участок р. Дон.

Ввод в эксплуатацию Цимлянского гидроузла позволил практически удвоить меженный расход воды на Нижнем Дону. Значительное увеличение расхода сопровождалось подъемом уровня воды. Благоприятное для судоходства изменение гидрологического режима реки создало условия для значительного увеличения транзитных судоходных глубин.

Нижний участок Нижнего Дона по существу является рекой в свободном состоянии с измененным гидрологическим режимом. На участке длиной 164 км расположено 45 перекатов, разделенных короткими плесовыми лощинами. Несмотря на большой объем дноуглубительных работ, часть перекатов сохранила типичные для них русловые образования - побочки, гребень. В связи с ограниченной шириной судового хода и крутыми поворотами русла участок затруднителен для судоходства.

Условия плавания по трассе Нижний Дон. Путевые условия Нижнего дона аналогичны речным. Сложности при управлении судном обусловлены ограниченными габаритными размерами судового хода, наличием множества перекатов и крутых поворотов русла.

На большинстве затруднительных для судоходства участков Нижнего Дона река имеет крутые излучины, ограничивающие просматриваемость судового хода; вследствие этого обнаружение судов при встречном движении происходит на короткой дистанции, что требует особой осторожности и точных действий при расхождении. Поэтому необходимо следовать с безопасной скоростью, обгоны и расхождения с судами проводить только в удобных местах по предварительному согласованию по УКВ радиосвязи.

Русло реки Дон в некоторых местах разделяется на рукава, образуя острова. Ширина русла от 120 до 1000 м. Глубины на плесах 6 - 8 м, а в отдельных местах 10 - 15 м.

Ниже города Ростов-на-Дону начинается дельта Дона с большим количеством рукавов и протоков.

Оформление выхода в море и прихода с моря всех судов осуществляется в Ростовском порту инспекцией портового надзора, либо, в Азовском порту - инспекцией портопункта в соответствии с Инструкцией о выпуске судов в море капитанами морских торговых портов.

 

1.5 Водно-транспортная характеристика Азовского моря

Азовское море лежит между 45⁰ 16’ и 47⁰ 17’ северной широты и между 34⁰ 51’ и 39⁰ 21’ восточной долготы от Гринвича. Площадь его, без островов, 37605 км². Объем - 3029 км³. Наибольшая длина - 361,2 км, наибольшая ширина 175,9 км.

Азовское море принадлежит к бассейну Черного моря, соединяясь с ним в южной своей части неглубоким (около 4 м) Керчь-Епикальским проливом.

Берега моря, кроме Керченского и частично Томанского побережий, плоски и однообразны. Они образованы в большей своей части распаханной местами солонцеватой коренной южной степью, спускающейся к морю крутым обрубом, обтянутым узким песчано-ракушечным пляжем. Местами прибрежье образовано песчано-ракушечными морскими или речными наносами.

Условия плавания по Азовскому морю. Азовское море неглубоко. Средняя глубина его 8,4 м. В южной части на небольшом пространстве встречаются глубины в 14,5 м. Линия 9 м глубины проходит сравнительно близко (3 - 5 миль) от берега в южной части моря. В западной она отходит от берега местами больше, чем на 20 миль.

Азовское море представляет собой, таким образом, мелководный бассейн с чрезвычайно незначительными береговыми склонами и совершенно плоским дном.

Особых затруднений при движении по трассе Азовское море для судоходства не представляет.

2. Технико-эксплуатационные характеристики грузового теплохода пр.05074 типа "Волжский"

Технико-эксплуатационные данные теплохода "Волжский" пр.05074 приведены ниже в табличной форме.

Таблица 2.1

Технико-эксплуатационные данные т/х "Волжский"

Тип судна		Однопалубный двухвинтовой сухогрузный теплоход с закрытыми грузовыми трюмами, диптанком, двойными бортами, двойным дном, полубаком, машинным отделением, с жилыми и служебными надстройками в кормовой части.
Класс Речного Регистра		"О-пр" (лед) А
Назначение судна		Перевозка в трюмах массовых грузов (уголь, лес, зерно, соль, апатиты, руда и д. р.).
Место постройки		Город Навашино РФ
Материал корпуса		Сталь Вст3 Сп4 по ГОСТ 5521-86
Габаритные размеры:
Длина, м		138,4
Ширина, м		16,7
Высота борта, м		5,5
Высота от ГВЛ до верхней кромки несъемных частей, м		16,0
Строительная мощность, кВт		1766
Полная грузоподъемность, т		5020
Установленная средняя грузовая осадка, м		3,5
Род и число движителей		2 винта в поворотных насадках
Скорость при полной осадке, км/ч		20
Количество и тип гл. двигателей		2 гл. двигателя, 6 ЧРН 36/45
Род топлива		Дизельное топливо марки "Д" по ГОСТ 4749-49
Полный запас топлива		145 т на 15 суток
Запас пресной воды, т	8
Род освещения, В	Переменный ток 220
Система отопления	Воздушная по жилым помещениям, водяная по санитарно-бытовым помещениям и электрическая в ходовой рубке
Эксплуатационные данные
Грузоподъемность на 1 см осадки, т	21
Емкость трюмов	Трюм №1		Трюм №2		всего
Площадь, м2	548		562		1110
Высота трюма, м	5,85		5,85
Объем, м3	3150		3190		6340
Люки:
Число - 2, размер, м	13х44,4			13х45,6
Мест для экипажа	16
Автономность, сут	15
Конструктивные данные по корпусу и надстройкам
Корпус; материал	Сталь Вст3 сп4
Способ изготовления	Сварной
Конструктивные размеры
Длина, м	136,0
Ширина, м	16,5
Высота борта, м	5,5
Осадка, м	нос		корма		Среднее
Порожнем без команды и топлива	0,14		1,59		0,85
Порожнем с командой и суточным запасом топлива	0,70		2,75		1,72
С полным грузом, командой и полным запасом топлива	3,49		3,50		3,49
Коэффициенты полноты:
Водоизмещения, d	0,830
Ватерлинии, a	0,945
Мидель-шпангоута, b	0,996
Площадь при грузовой осадке:
Миделя, м2	57,5
Ватерлинии, м2	2100
Водоизмещение:
Порожнем без команды и топлива, т	1700
С полным грузом, командой и полным запасом топлива, т	6720
Толщина обшивки:
Днища, мм		7
Носового образования, мм		10
Бортов, мм		8
Размеры шпаций:
От 20 шпангоута в нос и 205 шпангоута в корму, мм		600
В районе 20-181 шпангоутов, мм		1800
В районе 181-189 шпангоутов, мм		1200
Толщина настила палубы
Носовая часть, мм		8
Кормовая часть, мм		6,9
Высота второго дна, мм		900
Надстройка
Количество и расположение надстроек		Одна надстройка кормовой части судна
Материал наружной и внутренней обшивки		Сталь Вст3 сп4 по ГОСТ 5521-86
Материал покрытия палуб		Сурик железный 71 НК-101 ПФ115 мастика "Нева-3"
Главная силовая установка судна
Марка		2 двигателя Г-70 (64РН 36/45)
Завод постройки		"Двигатель революции"
Строительная мощность, кВт		883
Направление вращения		Правое, левое
Число цилиндров		6
Диаметр цилиндров, мм		360
Ход поршня, мм		450
Система и устройство реверса		ДАУ
Пуск		Сжатым воздухом
Частота вращения, об/мин		375
Порядок работы цилиндров
Пр/б		1-5-3-6-2-4
Л/б		1-4-2-6-3-5
Рабочее топливо		Дизельное ГОСТ 305-62 марки С и Л или ДС и ДЛ ГОСТ 4749-49
Движители
Т/х "Волжский" пр 05074		В качестве движителей используются гребные винты в насадках со стабилизаторами
Гребные винты
Диаметр, мм		Правый 1800		Левый 1800
Число лопастей		4		4
Шаг		1,51		1,51
Материал винта		0,8х14 НДЛ
Направление вращения		Правое		Левое
Конструкция винта		Цельнолитой
Насадки
Диаметр, мм		2300
Длина насадки со стабилизатором, мм		2400
Рулевое устройство
Рулевая машина		Р11М, установленная в румпельном отделении
Исполнительные двигатели мощность, кВт		ПН3-145, 2 шт по 6,2 каждый
Диаметр баллера, мм		300
Подруливающее устройство		водометного типа Упор-1,1 км
Эл. Двигатель, кВт		95
Якорное устройство
		Нос		Корма
Тип якоря		Холла		Холла
Количество и масса якорей, кг		2х1750		1250
Калибр, длина и количество цепей		44х150м х2		34х75м
Тип механизма		Брашпиль Б6		Шпиль ШЭР1,5/3/2-1
Спасательные и шлюпочные устройства
Шлюпка спасательная		СШПЛ-13
Число		2
Вместимость, чел		13
Лебедка		ЛШ1
Подвесной мотор		ЛММ-6А
Шлюпка рабочая		ЯЛП2
Подвесной мотор		"Салют-М"

 

3. Обоснование безопасных и эффективных приемов управления судном в различных условиях плавания

3.1 Поворотливость судна

Поворотливость характеризует способность судна к изменению курса при движении по криволинейной траектории. Такое движение в общем случае является весьма сложным, и его параметры зависят от начальных и внешних условий. В распоряжении судоводителя обычно имеется несколько способов выполнения поворота, который в реальных условиях часто осуществляется при переменном режиме работы элементов движительно-рулевого комплекса.

Определение параметров циркуляции осуществляем по методике изложенной в работе [1]:

Определяем объем водоизмещения судна, м³:

V=L*B*T*d=136.0*16.5*3.5*0.83=6518,22 м³, (1)

где L - длина судна, м; В - ширина судна, м; Т - осадка судна, м; d - коэффициент полноты водоизмещения.

Определяем величину градиента подъемной силы насадки:

, (2)

где  - относительная длина насадки (0,85).

Определяем коэффициент попутного потока судна:

, (3)

где D_B - диаметр винта (1,8 м);

х - коэффициент (2).

Определяем скорость подтекания воды к винту, м/с:

V_рн = V (1-cfY) = 5.4 (1-0.6*0.28) = 4.49 м/с, (4)

где V - скорость судна, м/с;

сf - поправочный коэффициент (0,6).

Определяем коэффициент нагрузки комплекса:

 (5)

где Р_{К -} упор комплекса винт-насадка (193,5 кН);

F_P - площадь диска винта (2,5 м²).

Определяем скорость попутного потока, км/ч:

V_e = V₀ (1-Y) = 20 (1-0.28) = 14.4 км/ч, (6)

где V₀ - скорость прямолинейного движения судна, км/ч.

Определяем скорость потока для винтов в насадках:

 (7)

где b_Н - коэффициент расширения насадки.

Определяем коэффициенты взаимодействия насадки:

m_Н = m’_Н +2b_H [1+ (V_ан/V_e)] ² = 4.38+2*1.12* [1+ (5.75/14.4)] ² = 8.76, (8)

, (9)

где Н_к - коэффициент взаимодействия комплекса с корпусом судна (0,95); S_H = F_P.

Определяем коэффициенты гидродинамических сил:

c₂₁ = 3.14 (T/L) = 3.14 (3.5/136.0) = 0.08, (10)

c₂₂ = 0.02+0.37 (1 - ) - 12 (1 - ) ² = (11)

где  - коэффициент полноты части диаметрального батокса, расположенного в корму (0,92).

c₂₃ = 0.02 (B/T) ² - 0.24 (B/T) +13.0 (T/L) +0.024 (L/T) = (12)

= 0.02 (16.5/3.5) ² - 0.24 (16.5/3.5) +13 (3.5/136) +0.024 (136/3.5) = 0.279,c₂₄ = 0.12+1.2 (1-) = 0.12+1.2 (1-0.092) = 0.216, (13)

c₃₁ = [5.8 (T/L) +0.084] (1.25 - ) = (14)

= [5.8 (3.5/136.0) +0.084] (1.25-0.92) = 0.076,c₃₂ = - [15 (B/T) - 37.5] - ¹ = - [15 (16.5/3.5) - 37.5] - ¹ = - 0.03. (15)

Определяем коэффициенты для насадок:

А₁ = с₂₃ = 0,279, (16)

А₂ = с₂₁+Н_Н = 0,08+0,814*0,0923 = 0,155, (17)

А₃ = с₂₂ - m₁ Н_Н = (18)

= - 0.0272 - 0.2237+0.814*0.0923*0.5 = - 0.2133,А₄ = с₂₄ = 0.216, (19)

А₅ = -  = - 0.0923, (20)

А₆ = с₃₁ - Н_Н = 0.076 - 0.814*0.0923*0.5 = 0.0384, (21)

А₇ = - с₃₂ + Н_Н = - (-0.03) + 0.814*0.0923*0.5 = 0.0675, (22)

А₈ =  = 0.0923*0.5 = 0.04615, (23)

А₉ = А₁+ (А₄ А₆/ А₇) = 0.279+ (0.216*0.0384/0.0675) = 0.401, (24)

А₁₀ = А₂+ (А₃ А₆/ А₇) = 0.155+ (-0.2133*0.0384/0.0675) = 0.0336, (25)

А₁₁ = А₄ А₈/ А₇) =0.216*0.04615/0.0675 = 0.147, (26)

А₁₂ = А₅+ (А₃ А₈/ А₇) = (27)

= - 0.0923+ (-0.2133) *0.04615/0.0675 = - 0.2381.

Определяем кинематические параметры установившейся циркуляции:

Угол дрейфа:

. (28)

Угловая скорость вращения судна:

. (29)

Радиус установившейся циркуляции:

. (30)

Линейная скорость установившейся циркуляции:

. (31)

Расчет кинематических параметров при =30⁰ приводим в табличной форме:

Таблица 3.1

Кинематические параметры установившейся циркуляции

αр, м, м/с
300	25,10	0,60	1,66	225,76	0,63	3,52

При построении схемы и таблицы циркуляции требуется показать несколько положений и определить время поворота судна на каждые 10 градусов при изменении начального курса в диапазоне от 0 до 90 градусов, т.е. в маневренный и эволюционный периоды циркуляции. Расчет указанных параметров ведем по следующим формулам:

, (32)

, (33)

где  - безразмерная угловая скорость;

 - безразмерная линейная скорость.

Ф = , (34)

, (35)

, (36)

где Ф и Y - безразмерные коэффициенты, являющиеся функциями безразмерного времени.

Перевод в размерные величины осуществляем по формулам:

, (37)

, (38)

, (39)

где w - угловая скорость судна;

V - линейная скорость судна;

 - изменение истинного курса судна.

Расчет маневренного и эволюционного периодов циркуляции при a_p=30⁰ приводим в табличной форме.

Таблица 3.2

Маневренные и эволюционные периоды циркуляции

t, c	Ф, град/минYV, м/сDИK0
10	0,408	0,05	0,03	4, 19	0,003	0,998	5,53	0,69
20	0,816	0,336	0, 201	27,84	0,029	0,989	5,48	5,33
30	1,224	0,658	0,394	53,28	0,093	0,965	5,35	14,21
40	1,632	0,791	0,474	61,58	0, 195	0,927	5,14	24,47
50	2,040	0,831	0,498	61,43	0,321	0,881	4,88	34,70
60	2,448	0,899	0,539	62,95	0,451	0,833	4,62	45, 19
70	2,856	0,940	0,564	62,30	0,571	0,788	4,37	55,57
80	3,264	0,965	0,579	60,88	0,675	0,750	4,16	65,71
90	3,672	0,979	0,587	59, 20	0,758	0,719	3,99	75,57
100	4,080	0,988	0,592	57,61	0,823	0,695	3,85	85,17
110	4,488	0,993	0,595	56,40	0,871	0,677	3,75	94,57
120	4,897	0,996	0,597	55,53	0,908	0,664	3,68	103,82

Рис 3.1 Зависимость w, DИK, V = f (t)

Таблица 3.3

Таблица циркуляции

DИKo	ta, c при αр= 30о
10	36
20	57
30	74
40	94
50	114
60	128
70	147
80	164
90	188
120	205
150	240
180	276
270	298
360	326
Дц, м	451
Кб	2,4
Vo, км/ч	20
Уз	10,7
Vy, км/ч	12,6
Уз	6,8

Время перекладки руля на борт - 10 сек.

 

3.2 Инерционные характеристики

Задачей данного раздела является количественная оценка маневров активного и пассивного торможения, а так же подтормаживания.

Активное торможение

Определяем вспомогательные величины:

кН, (40)

где Р_шв - полезная тяга винта при работе на швартовах при переднем ходе;

К_р, К_М - коэффициенты упора;

n_o - номинальная частота вращения гребного винта;

N_p - мощность подводимая к винту.

N_p = N_e0.95 = 1766*0.95 = 1677.7 кВт. (41)

Определяем значения коэффициентов:

 (42)

, (43)

где R₀ - сопротивление воды движению судна, кН;

m - водоизмещение судна, т.

. (44)

Определяем полезную тягу винтов на задний ход:

 (45)

где Р_зх = Р_шв. Для нашего судна принимаем продолжительность периода остановки винтов t₁=40 сек. Приводим продолжительность первого периода к безразмерному виду.

Т_Д = аt₁ = 0,0029*40 = 0,116. (46)

Определяем значения с графиков [1, с.28]:

,

,

где  - безразмерная скорость в первом периоде;

 - безразмерный путь в первом периоде.

Определяем величины А₁ и В₁:

, (47), . (48)

Функции f₁ (A_1,B₁) и f₂ (A_1,B₁) определяем по графику [1, с.28].

Расчет параметров активного торможения приводим в табличной форме.

Таблица 3.4

Параметры активного торможения

t,c	T	B1	f1 (A1,B1)	F2 (A1,B)	V, м/сl, м
30	0,087	0,116	0,5	0,06	0,67	3,71	0,06	120
60	0,174	0,233	0,32	0,12	0,42	2,33	0,12	240
90	0,261	0,350	0,21	0,15	0,28	1,55	0,15	300
120	0,348	0,466	0,1	0,16	0,13	0,72	0,16	320
150	0,435	0,583	0,01	0, 19	0,013	0,072	0, 19	380
180	0,522	0,700	0	0, 191	0	0	0, 191	382

Определяем полное время торможения, сек:

t_T = t₁ + t₂, (49)

где t₂ - время активного торможения, сек.

сек, (50)

t_T = 40+161 = 201 сек = 3 мин 35 сек.

Определяем полный путь торможения, м:

, (51)

где  - безразмерный путь проходимый за активный период торможения,

м, (52)

l_T = 382+217 = 599 метров

Пассивное торможение (выбег). Первые периоды пассивного и активного торможения одинаковы: t₁ = 40 сек; ;

Характеристики второго периода пассивного торможения определяем с использованием графиков [2].

Расчет параметров пассивного торможения приводим в табличной форме.

Таблица 3.5

Параметры пассивного торможения

Время			Скорость		Путь
Т	t,c	t, мин	V, м/сl, м
0,5	100	1м 40с	0,55	3,05	0,35	700
1,0	200	3м 20с	0,42	2,33	0,5	1000
2,0	400	6м 40с	0,30	1,66	0,9	1800
3,0	600	0,25	1,38	1,1	2200
4,0	800	13м 20с	0,18	0,99	1,3	2600
5,0	1000	16м 40с	0,14	0,77	1,41	2820
6,0	1200	20 мин	0,11	0,61	1,45	2900

Подтормаживание. Подтормаживание - процесс уменьшения скорости, путем снижения частоты вращения винтов. Количественно оценивается величина пути и времени необходимых для перехода на новый режим. Указанные параметры определяем по графику в работе [2]. При этом рассматривается подтормаживание, от полного переднего хода до переднего малого хода.

Расчет параметров подтормаживания приводим в табличной форме:

Таблица 3.6

Параметры подтормаживания

Время			Скорость			Путь
Т	t,c	t, мин	V, м/сl, м
0,5	100	1м 40с	0,77	4,27	0,41		820
1,0	200	3м 20с	0,65	3,60	0,75		1500
2,0	400	6м 40с	0,55	3,05	1,4		2800
3,0	600	10 мин	0,51	2,83	1,95		3900
4,0	800	13м 20с	0,50	2,77	2,41		4820

Графики инерционных характеристик грузового теплохода пр.05074 типа "Волжский" приведены на рис 3.2

Рис 3.2 Обобщенный график инерционных характеристик грузового теплохода пр.05074 типа "Волжский"

 

3.3 Скорости движения в канале

Движение судов по каналам связано с определенными особенностями. При движении по каналу увеличивается волнообразование и сопротивление воды, и уменьшается скорость движения.

Кроме того, по соображениям сохранности откосов и ложа каналов местные правила плавания ограничивают здесь скорость движения судов.

При глубине канала меньше 1.5 осадки судна и движении с высокими скоростями резко увеличивается просадка и возникает опасность удара днища корпуса о дно канала. Поэтому встает вопрос об оптимальной скорости движения судов по каналам, обеспечивающей наибольший экономический эффект и безопасность.

Для обеспечения безопасности движения теплоходов в канале практический интерес представляют задачи определения безопасной скорости одиночного судна и определения безопасной скорости и безопасного траверзного расстояния при расхождении судов. Решая эти задачи для груженного судна с осадкой Т=3.5 м и при расхождении с подобным судном в балласте с осадкой Т=2.5 м.

 

3.3.1 Определение безопасной скорости движения в канале

Безопасная скорость движения в канале определяется по формуле:

V_без = а (1 - n_k) (1 - T/H_k) 1/4, (53)

где а = 17 - для судов в грузу;

Т - осадка судна, м;

Н_к - глубина в канале (4,5 м);

n_k - коэффициент стеснения;

n_k = W₁/W₀ = 0,143;

W₁ - площадь погруженной части мидель-шпангоута судна;

W₁ = 16,5*3,5*0,996 = 57,5 м²;

W₀ - площадь живого сечения канала;

W₀ = 80*5 = 400 м²./H_k = 3,5/4,5 = 0,77;_без = 17 (1 - 0,143) (1 - 0,77) 1/4 = 10,0 км/ч.

 

3.3.2 Определение действительной скорости движения судна в канале

Действительная скорость движения судна в канале, как правило, ниже расчетной безопасной скорости, это связано с режимом движения и гидродинамическим взаимодействием между корпусом судна и подводной поверхностью канала. Расчет действительной скорости проводится в следующей последовательности:

Определение коэффициентов стеснения живого сечения канала корпусом судна n_k по формуле:

n_k = W_с/W₀, (54)

n_k = 57,5/400 = 0,143.

Определяется вспомогательный коэффициент F по выражению:

F = , (55), F = 0,83.

Определяется величина падения скорости движения в канале:

, (56) .

Скорость движения в канале в режиме малого хода:

V_k = V_зад , (57)

V_k = 2,27 м/с. =8.2км/ч

Величина действительной скорости движения по каналу, полученная расчетным путем, немного больше скорости, определенной правилами движения по каналу (7 км/ч), которая занижена с целью повышения безопасности движения.

 

3.3.3 Определение безопасной скорости и безопасного траверзного расстояния при расхождении судов

Безопасная скорость движения при расхождении в канале с таким же судном в грузу определяется по той же формуле (53), но с учетом изменившегося коэффициента стеснения, который определяется так:

n_k = (W₁ + W₂) / W₀, (58)

n_k = (57.5+57.5) /400 = 0.287,V^р_без = 17 (1-0,287) (1-0,77) *0,25 = 8,39 км/ч.

Безопасное траверзное расстояние при расхождении определяем по формуле:

Db = AW₁ + (W₁+W₂) (A - V_без) /2H_K (A - V_без) - (B₁+B₂) /2. (59)

Здесь А = а (1-Т/Н) *0,25. (60)

А = 17 (1-3,5/4,5) *0,25 = 11,77.

Подставив известные значения всех величин, получим:

Db = 11,77*57,5+ (57,5+57,5) (11,77-8,39) /2*4,5 (11,77-8,39) -

(16,5+16,5) /2 = 18,5 м.

 

3.4 Определение безопасной скорости захода в шлюз

В Волго-Донском судоходном канале имени В.И. Ленина теплоход проходит 13 шлюзов, поэтому очевидно, что правильный выбор ввода судна в камеру шлюза очень важен для судоводителя. Безопасную скорость ввода судна в камеру шлюза определяем по формуле:

V_без = (0,97К² - 1,62К + 0,74) , (61)

где К = W_с/W_к - коэффициент стесненности;

W_с - площадь погруженной части миделя судна, м²;

W_с = 16,5*3,5*0,996 = 57,5 м²;

W_к - площадь поперечного сечения камеры шлюза, м²;

W_к = 17,8*4 = 71,2 м² (ширина камеры 17.8 м);

Н_п - глубина на короле шлюза, м;

Н_п = 4 м;

К = 57,5/71,2 = 0,8.

Подставив известные величины в формулу (61), получим:

V_без = (0,97*0,64 - 1,62*0,8+0,74)  = 0,405 м/с.

Натурные наблюдения за процессом ввода крупнотоннажного судна в камеру шлюза (В = 16,5 м, Т = 3,5 м) подтверждают результаты вычислений. На практике заход теплохода пр.05074 в камеру шлюза шириной 18 м сопровождается так называемым "поршневым эффектом", что и обуславливает минимальную скорость ввода судна в шлюз.

4. Рекомендации судоводителям

Управление судами и составами требует от судоводителя большого опыта, внимания, а также понимания характера сил и моментов, действующих на судно в различные периоды этой операции. Сложность рассматриваемых маневров появляется вследствие стесненных габаритов аванпортов, подходных каналов и камер шлюзов, а также наличия ветра и течения.

Судоводитель должен принимать во внимание то, что управление судном на мелководье резко осложняется, вследствие увеличения просадки кормовой части судна возникает опасность касания днищем дна русла реки или канала, где запасы воды под днищем судна являются наименьшими. В результате чего возникает опасность повреждения корпуса. А повышенная рыскливость судна, особенно при расхождении с другими судами на узком мелководном фарватере, может привести к аварийным ситуациям. Поэтому при следовании мелководными участками водного пути судоводителю необходимо быть особенно внимательным к увеличению просадки корпуса судна и ограничивать скорость движения вплоть до минимальных значений, при которых сохраняется управляемость судна, зависящая еще и от метеорологических условий плавания.

В данной работе в результате расчетов были получены следующие параметры безопасного движения по Волго-Донскому каналу грузового теплохода пр.05074, которые могут быть использованы судоводителями при прохождении по данному участку:

. Безопасная скорость движения в канале 8,2 км/ч.

. Безопасная скорость при расхождении в канале 8,3 км/ч.

. Безопасное траверзное расстояние при расхождении судов 18,5 м.

. Безопасная скорость захода в шлюз 1,5 км/ч.

Заключение

В результате анализа условий плавания и расчетов параметров основных элементов маневрирования было получено обоснование возможностей безопасной и эффективной работы судов типа "Волжский" на линии Астрахань - Кавказ.

Известно, что на внутреннем водном транспорте продолжает доминировать глазомерный метод судовождения. Это обусловлено специфическими особенностями работы речных судов, которые характеризуются стесненными габаритами судовых ходов, их извилистостью, требующей частого изменения курса, наличием мостов, шлюзов и других сооружений, осложняющих управление судами, значительным влиянием на движущиеся суда гидрометеорологических факторов.

В данной дипломной работе по известным методикам были приведены расчеты большинства элементов маневрирования и движения судна, указанных в перечне задач.

Как показывает практика судовождения, полученные расчетные характеристики маневров и движения судна в условиях плавания по каналу достаточно полно отражают реальную ситуацию и могут быть использованы как информация для принятия рабочих решений при проводке судов данного типа на этом сложном водном пути.

Подготовка расчетно-аналитической информации для использования в практике судовождения всегда применялась и имеет постоянную перспективу развития как одно из важнейших средств повышения безопасности плавания судов.

Список использованной литературы

1. Р.Д. Фролов, Г.М. Шмелев. Лоция единой глубоководной систем М.: Транспорт, 1991. - 269 с.

. Атлас ЕГС РСФСР том 5. Главводпуть, 1988.

.В. В. Дегтярев, В.М. Селезнев, Р.Д. Фролов. Водные пути. М.: Транспорт, 1980. - 327 с.

. Н.Ф. Соларев, В.И. Белоглазов, В.А. Тронин. Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1983. - 295 с

. А.Н. Клементьев, П.Н. Токарев, В.И. Трифонов. Управление судами и составами. "Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Судовождение на внутренних водных путях".Н. Новгород: 1995. - 49с.

. А.Н. Клементьев. Особенности движения и маневрирования судов в зоне судопропускных гидротехнических сооружений.Н. Новгород: 1997. - 51 с.

. Н.Ф. Соларев. Безопасность маневрирования речных судов и составов. М.: Транспорт, 1980. - 215 с.

. В.С. Удачин, В.Б. Соловьев. Судовождение на внутренних водных путях. М.: Транспорт, 1990. - 287 с.

. Земляновский Д.К. Калинин А.И. Безопасность плавания речных судов. М.: Транспорт, 1990. - 143 с.

. А.Н. Клементьев, Ю.А. Сандаков, П.Н. Токарев. Методические указания по выполнению дипломных работ.Н. Новгород: 1998. - 19 с.

. Справочник по серийным судам. том 4. М.: Транспорт, 1973. - 76 с.

. А.Д. Ненюхин. Таблицы по определению величины приращения осадки судна и безопасной скорости при его движении по мелководью. Горький: ГИИВТ. 1974. - 145 с.

. Правила Плавания по ВВП РФ.

. Местные Правила Плавания Волжского бассейна.