Рефрижераторное судно начальная остойчивость

метки: Остойчивость, Наклонение, Судно, Центр, Восстанавливать, Момент, Плавучесть, Определяться

Ivory Tirupati

Осто?йчивость

Равновесием считается положение с допустимыми величинами углов крена и дифферента (в частном случае, близкими к нулю).

Отклоненное от него плавсредство стремится вернуться к равновесию. То есть остойчивость проявляется только тогда, когда имеется выведение из равновесия.

остойчивость судна

Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т. п.

1. Виды остойчивости

поперечную остойчивость

начальную остойчивость

В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость.

Статическая остойчивость, Динамическая остойчивость

2. Начальная поперечная остойчивость

Начальная поперечная остойчивость. Система сил, действующих на судно

При крене остойчивость рассматривается как начальная при углах до 10-15°. В этих пределах восстанавливающее усилие пропорционально углу крена и может быть определено при помощи простых линейных зависимостей.

При этом делается допущение, что отклонения от положения равновесия вызываются внешними силами, которые не изменяют ни вес судна, ни положение его центра тяжести (ЦТ).[2] Тогда погруженный объем не изменяется по величине, но изменяется по форме. Равнообъемным наклонениям соответствуют равнообъемные ватерлинии, отсекающие равные по величине погруженные объемы корпуса. Линия пересечения плоскостей ватерлиний называется осью наклонения, которая при равнообъемных наклонениях проходит через центр тяжести площади ватерлинии. При поперечных наклонениях она лежит в диаметральной плоскости.

Центр тяжести G при таком наклонении не меняет своего положения, а центр величины (ЦВ) С как центр тяжести погруженного объема перемещается по некоторой кривой СС 1 в сторону наклонения и занимает новое положение C 1. Перемещение центра величины происходит вследствие изменения формы погруженного объема: с левого борта он уменьшился, а с правого борта увеличился. Сила плавучести ?V , приложенная в центре величины, направлена по нормали к траектории его перемещения.

Понятие о центре тяжести

... Положение центра тяжести системы из n материальных точек не изменится, если заменить несколько материальных точек их объединением. (Теорема о возможности группировки материальных точек.) При рассмотрении некоторых вопросов механики ... с этим будем часто указывать только числовое значение той или иной физической величины, но не будем отмечать её наименование, считая, что оно само собой подразумевается. ...

2.1. Метацентр

метацентром

Радиус кривизны траектории, по которой перемещается центр величины при поперечных наклонениях называется поперечным метацентрическим радиусом r . Другими словами — это расстояние между поперечным метацентром и центром величины r = mC .

2.2. Характеристики остойчивости

В результате смещения ЦВ при наклонении линии действия силы веса и силы плавучести смещаются и образуют пару сил. Если плечо пары положительно, возникающий момент m в действует в сторону восстановления равновесия, то есть спрямляет . Тогда говорят, что судно остойчиво. Если ЦТ расположен выше метацентра, момент может быть нулевым или отрицательным, и способствовать опрокидыванию — в этом случае судно неостойчиво.

Возвышение над основной плоскостью поперечного метацентра ( z m), центра величины (z c), а также величина поперечного метацентрического радиуса r в значительной степени определяют остойчивость судна и зависят от величины его объемного водоизмещения, формы корпуса и посадки. Зависимость величины поперечного метацентрического радиуса от формы корпуса (величины площади ватерлинии и ее формы) и объёмного водоизмещения выглядит как:

, (1)

где I x — момент инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через центр её тяжести, м4; V — объёмное водоизмещение (погруженный объём), м?.

Из рассмотрения трёх возможных вариантов воздействия сил Р и ?V на при наклонениях можно сделать вывод, что для обеспечения остойчивого положения равновесия судна необходимо, чтобы метацентр находился выше центра тяжести. Поэтому возвышение поперечного метацентра над центром тяжести выделяется в особую величину и называется поперечной метацентрической высотой h . Величина h может быть выражена как:

, (2)

где zm и zg высоты метацентра и центра тяжести над основной плоскостью, соответственно.

GZ = mG sin? = h sin?

, (3)

метацентрической формулой поперечной остойчивости

Таким образом, величина восстанавливающего момента, определяющего сопротивление судна отклонениям, определяется, в свою очередь, величиной поперечной метацентрической высоты.

2.3. Остойчивость формы и остойчивость веса

h = r ? а

m? = P(r ? a) sin? = Pr sin? ? Pa sin?

и окончательно

, (4)

остойчивости формы

остойчивости веса

Физическая сущность момента остойчивости формы и момента остойчивости веса раскрывается при помощи чертежа, на котором показана система сил, действующих на наклоненное судно. С накрененного борта в воду входит дополнительный объем v1 , придающий дополнительную «выталкивающую» силу плавучести. С противоположного борта из воды выходит объем v2 , стремящийся погрузить этот борт. Оба они работают на спрямление.

Погруженный объем V1 , отвечающий посадке по ватерлинию B1Л1, представляется в виде алгебраической суммы трех объемов

Vl = V + v1 ? v2

где: V — погруженный объем при исходной посадке по ватерлинию ВЛ;

По ТУС Расчет посадки и остойчивости судна в условиях эксплуатации вариант

... работы на судах. Целью курсовой работы является закрепление знаний по теории судна, формирование навыков работы с судовой документацией и проверка усвоения навыков самостоятельной оценки остойчивости судна и определения посадки судна ... в систематизированной форме необходимые сведения об остойчивости судна и рекомендовать ему меры, которые должны быть приняты для сохранения остойчивости судна в ...

v1 — вошедший в воду, а v2 — вышедший из воды клиновидные объёмы;

В соответствии с этим и силу плавучести ?V1 можно заменить тремя составляющими силами ?V , ?v1, ?v2, приложенными в центрах величины объемов V, v1, v2 . Вследствие равнообъёмности наклонений эти три силы совместно с силой тяжести Р образуют две пары Р ? ?V и ?v1 ? ?v2 , которые эквивалентны паре Р ? ?V1 . Восстанавливающий момент равен сумме моментов этих двух пар

m? = m (?v1, ?v2) + m (?V, P)

Момент сил плавучести клиновидных объемов v1 и v2 является моментом остойчивости формы. Чем шире корпус в районе ватерлинии, тем больше клиновидные объемы и их плечи при наклонениях в поперечной плоскости, тем больше момент остойчивости формы. Величина момента остойчивости формы определяется в основном моментом инерции площади ватерлинии относительно продольной оси Ix . А момент инерции Ix пропорционален квадрату ширины площади ватерлинии.

Момент пары сил Р и ?V является моментом остойчивости веса. Он обусловлен несовпадением точек приложения сил тяжести и плавучести (G и С ) в исходном положении равновесия, вследствие чего при наклонениях линии действия этих сил расходятся, и силы Р и ?V образуют пару.

2.4. Меры начальной остойчивости

Для практики недостаточно простой качественной оценки — остойчиво судно или неостойчиво, так как степень остойчивости может быть различной, в зависимости от размеров, нагрузки и величины наклонения. Величины, дающие возможность количественно оценить начальную остойчивость, называются мерами начальной остойчивости.

Использование восстанавливающего момента в качестве меры начальной остойчивости неудобно, так как он зависит от угла наклонения. При бесконечно малых углах крена восстанавливающий мо­мент m? также стремится к нулю и по нему невозможно оценить остойчивость.

коэффициентом остойчивости

, и при крене равном нулю K? = Ph .

метацентрическая высота

Благодаря своему простому геометрическому смыслу метацентрическая высота наиболее часто используется в качестве меры начальной остойчивости, хотя следует иметь в виду, что коэффициент остойчивости дает наиболее полную оценку этого мореходного качества.

3. Начальная продольная остойчивость

Продольная остойчивость определяется теми же зависимостями, что и поперечная.

Под воздействием внешнего дифферентующего момента Mдиф судно, плавающее в положении равновесия на ровный киль (ватерлиния ВЛ), наклоняется в продольной плоскости на угол ? , (ватерлиния B1Л1).

Перемещение центра величины вследствие изменения формы погруженного объема обеспечивает появление продольного восстанавливающего момента

M? = P·GK

где GK — плечо продольной остойчивости. Точка М является продольным метацентром, возвышение продольного метацентра над центром тяжести — продольной метацентрической высотой Н , а расстояние между продольным метацентром и центром величины — продольным метацентрическим радиусом R .

M? = PH·sin ?

Продольный метацентрический радиус определяется по формуле:

Правила погрузки и разгрузки грузов

... и экспедиционными документами; д) применения знаковой и других видов сигнализации при перемещении грузов подъемно-транспортным оборудованием; е) правильного размещения и укладки грузов в местах производства работ и в транспортные ... момента фактического прибытия. Грузоотправители, грузополучатели обязаны отмечать в товарно-транспортных накладных время прибытия и убытия автомобилей пунктов погрузки и ...

, (5)

где: Iyf — момент инерции площади действующей ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее центр тяжести F , м4, а метацентрическая формула продольной остойчивости в развернутом виде получается так же, как формула (4),

М? = ? Iyf·sin ? ? Pa sin·?

М? = ? Iyf

• sin ?

Сравнивая моменты остойчивости формы и веса при поперечных и продольных наклонениях по формулам (4) и (6), видим, что остойчивость веса в обоих случаях одинакова (при условии ? = ? ), но остойчивость формы сильно отличается. Продольный момент остойчивости формы значительно больше поперечного, поскольку Iyf примерно на два порядка больше Ix . Действительно, момент инерции площади ватерлинии относительно продольной оси Ix пропорционален квадрату ширины этой площади, а момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной оси Iyf — квадрату длины той же площади.

Если величина поперечной метацентрической высоты составляет десятые доли метра, то продольная метацентрическая высота лежит в пределах H = (0,8 ? 1,5) L , где L — длина по ватерлинии, м.

Доля моментов остойчивости формы и веса в обеспечении поперечной и продольной остойчивости неодинакова. При поперечных наклонениях, момент остойчивости веса составляет значительную долю от момента остойчивости формы. Поэтому поперечный восстанавливающий момент составляет ? 30 % от момента остойчивости формы. При продольных наклонениях момент остойчивости веса составляет всего лишь 0,5?1,0 % от момента остойчивости формы, то есть продольный восстанавливающий момент практически равен моменту остойчивости формы.

Коэффициент продольной остойчивости К? определяется по формуле:

При наклонениях в любых других плоскостях, отличных от поперечной и продольной, величины метацентрических радиусов и метацентрических высот (а, следовательно, и остойчивость) имеют промежуточные значения между максимальным и минимальным, соответствующим продольным и поперечным наклонениям.

4. Диаграмма остойчивости

Диаграмма остойчивости (нормальная).

? — угол наклонения; GZ — плечо статического восстанавливающего момента; B — текущий угол; A — работа восстанавливающего момента; C — угол заката

Диаграмма остойчивости (S-образная)

Диаграмма остойчивости (с заглублением)

Диаграммой остойчивости называется зависимость восстанавливающего усилия от угла наклонения. Иногда называется диаграммой Рида, в честь инженера, который ввел ее в обиход. Для поперечной остойчивости (для которой и была исходно составлена Ридом) координатами будут угол крена ? и плечо восстанавливающего момента GZ . Можно заменить плечо на сам момент M , от этого вид диаграммы не меняется.

Обычно на диаграмме изображается крен на один борт (правый), при котором углы и моменты считаются положительными. Если продолжить ее на другой борт, крен и восстанавливающий (спрямляющий) момент меняют знак. То есть диаграмма симметрична относительно начальной точки.

Выбор и обоснование транспортно-технологической схемы доставки грузов

... 1.2 Выбор транспортно-технологической схемы доставки Выбор варианта задания и базисных условий поставки товара: Номер зачетной книжки: № ЭУвт-080513. Следовательно: вариант задания №4; базисные условия поставки «CIF»; направление перевозки груза: Череповец ...

4.1. Основные элементы диаграммы остойчивости

Начальная точка O

Точка максимума

Точка заката C

Кривизна

Площадь под кривой для текущего угла B представляет работу A восстанавливающего момента и является мерой динамической остойчивости.

4.2. Виды диаграммы остойчивости , Нормальная

5. Факторы, влияющие на изменение остойчивости

5.1. Перемещение грузов

Перемещение груза р в произвольном направлении из точки g1 (x1, y1, z1) в точку g2 (x2, y2, z2) можно заменить тремя последовательными перемещениями параллельно осям координатной системы oxyz на расстояние x2 ? x1, y2 ? y1, z2 ? z1 . Эти перемещения называются соответственно горизонтально-продольным, горизонтально-поперечным и вертикальным.

вертикальном

Подвижка груза

Продольная и поперечная метацентрические высоты изменяются на одну и ту же величину:

?h = ?H = ? ?Zg

Величина поперечного н продольного коэффициентов остойчивости также одинакова:

?К? = P·?h

?К? = ?К? = ? р (z2 ? z1)

Метацентрические высоты и коэффициенты остойчивости после перемещения груза принимают значения:

• h1 = h + ?h;
• H1 = Н + ?H;
• К?1 = К? + ?К?;

К?1 = К? + ?К?

причем перемещение вниз соответствует положительным приращениям, а вверх — отрицательным. То есть при перемещении груза вверх остойчивость уменьшается, а при перемещении вниз — увеличивается. Поскольку поперечные и продольные приращения одинаковы, а метацентрические высоты различны, влияния вертикальных перемещений на поперечную и продольную остойчивость сильно различаются. Для продольной остойчивости ?H составляет лишь малую долю Н . Для поперечной возможны ситуации, когда h ? ?h , то есть полная потеря (или восстановление) остойчивости.

Влияние горизонтально-поперечного перемещения груза

горизонтально-поперечном

m? = Ph·sin?

mкр = m? , то есть

Ph·sin? = p ly cos?

где ly = BE . Отсюда определяется угол крена равновесного положения:

GG1 = p ly / P

Поперечная метацентрическая высота после переноса груза определяется из треугольника GmG1 :

cos? ? 1; h1 ? h

Влияние горизонтально-продольного перемещения груза

горизонтально-продольного

Начальная продольная остойчивость от горизонтально-продольного перемещения груза также практически не меняется.

5.2. Прием и снятие грузов

Прием или снятие грузов изменяет как нагрузку судна (вес и координаты центра тяжести), так и его погруженный объем (его величину, форму, координаты центра величины).

Приём груза в произвольное место можно представить как приём этого груза без изменения крена и дифферента, а затем перенос его в назначенное место. Условием неизменности крена и дифферента приема груза р является расположение его центра тяжести на одной вертикали с центром величины дополнительно входящего в воду объёма ?V , который равен p/? , где ? — удельный вес воды. При приеме относительно малого груза можно считать, что для исключения крена и дифферента он должен быть помещен на одну вертикаль с центром тяжести F исходной площади ватерлинии.

Безопасность перевозок грузов на транспортном средстве ГАЗ

... лет работы. 1. Характеристика базового транспортного средства 1.1 Характеристика ГАЗ 3309 (дизель) ГАЗ 3309 — грузовая модель, выпускаемая Горьковским заводом, используется для транспортировки грузов средней тяжести по ... В инженерной психологии существует понятие надежности человека-оператора, применительно к водителю — это способность безошибочно управлять автомобилем. Восприятие появляющихся ...

Влияние перемещений груза на остойчивость и посадку рассмотрено выше. Для определения метацентрических высот после приёма груза необходимо найти координаты центра тяжести zg1 , и метацентров zc1 + r1 и zc1 + R1 . Новое положение центра тяжести находится из условия равенства статических моментов сил тяжести относительно основной плоскости.

В общем случае приёма или снятия нескольких грузов новое положение центра тяжести определяется по формуле

zg1 = (Pzg ± ?pizpi) /P1,

где: pi — вес принятого или снятого отдельно груза, при этом принимаемый груз берется со знаком плюс, а снимаемый — со знаком минус; zpi — аппликата центра тяжести принятого или снятого груза.

Диаграмма плавучести и начальной остойчивости

При приеме относительно небольших грузов (менее 10 % водоизмещения) на надводный корабль (судно) считается, что форма и площадь действующей ватерлинии не меняются, а погруженный объем линейно зависит от осадки — то есть принимается гипотеза прямобортности. Тогда коэффициенты остойчивости выражаются как:

?K? = р (Т + ?Т/2 ? zp + dIx/dV)

?K? = р (Т + ?Т/2 ? zp + dIyf/dV)

диаграмма плавучести и начальной остойчивости

5.3. Свободные поверхности

Все рассмотренные выше случаи предполагают, что центр тяжести судна неподвижен, то есть нет грузов, которые перемещаются при наклонении. Но когда такие грузы есть, их влияние на остойчивость значительно больше остальных.

Типичным случаем являются жидкие грузы (топливо, масло, и котельная вода) в цистернах, заполненных частично, то есть имеющих свободные поверхности. Такие грузы способны переливаться при наклонениях. Если жидкий груз заполняет цистерну полностью, он эквивалентен твердому закрепленному грузу.

Влияние свободной поверхности на остойчивость

Если жидкость заполняет цистерну не полностью, то есть имеет свободную поверхность, занимающую всегда горизонтальное положение, то при наклонении судна на угол ? жидкость переливается в сторону наклонения. Свободная поверхность примет такой же угол относительно КВЛ.

Уровни жидкого груза отсекают равные по величине объёмы цистерн, то есть они подобны равнообъёмным ватерлиниям. Поэтому момент, вызываемый переливанием жидкого груза при крене ?m? , можно представить аналогично моменту остойчивости формы m ф, только ?m? противоположно m ф по знаку:

?m? = ? ?ж ix?,

где ix — момент инерции площади свободной поверхности жидкого груза относительно продольной оси, проходящей через центр тяжести этой площади, ?ж — удельный вес жидкого груза

Тогда восстанавливающий момент при наличии жидкого груза со свободной поверхностью:

m?1 = m? + ?m? = Ph? ? ?ж ix? = P(h ? ?ж ix /?V)? = Ph1 ?,

где h — поперечная метацентрическая высота в отсутствие переливания, h1 = h ? ?ж ix /?V — фактическая поперечная метацентрическая высота.

? h = ? ?ж ix /?V

Плотности воды и жидкого груза относительно стабильны, то есть основное влияние на поправку оказывает форма свободной поверхности, точнее ее момент инерции. А значит, на поперечную остойчивость в основном влияет ширина, а на продольную длина свободной поверхности.

Коммерческая эксплуатация судна

... коммерческой эксплуатации морского транспорта являются следующие основные направления исследований, разработок и практической деятельности, связаные с обеспечением коммерческой эффективности транспортных операций. Морское транспортное судно ... пропорционально 1. ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СУДНА Работа транспортного судна по перевозке грузов во многом определятся по технико- ...

уменьшает

полная запрессовка цистерн, чтобы не допускать свободных поверхностей если это невозможно, заполнение под горловину, или наоборот, только на дне. В этом случае любое наклонение резко уменьшает площадь свободной поверхности. контроль числа цистерн, имеющих свободные поверхности разбивка цистерн внутренними непроницаемыми переборками, с целью уменьшения момента инерции свободной поверхности

ix

6. Динамическая остойчивость

Динамическая остойчивость судна

В отличие от статического, динамическое воздействие сил и моментов сообщает судну значительные угловые скорости и ускорения. Поэтому их влияние рассматривается в энергиях, точнее в виде работы сил и моментов, а не в самих усилиях. При этом используется теорема кинетической энергии, согласно которой приращение кинетической энергии наклонения судна равно работе действующих на него сил.

Когда к судну прикладывается кренящий момент mкр , постоянный по величине, оно получает положительное ускорение, с которым начинает крениться. По мере наклонения возрастает восстанавливающий момент, но вначале, до угла ?ст , при котором mкр = m? , он будет меньше кренящего. По достижении угла статического равновесия ?ст , кинетическая энергия будет максимальной. Поэтому судно не останется в положении равновесия, а за счет кинетической энергии будет крениться дальше, но замедленно, поскольку восстанавливающий момент больше кренящего. Накопленная ранее кинетическая энергия погашается избыточной работой восстанавливающего момента. Как только величина этой работы будет достаточной для полного погашения кинетической энергии, угловая скорость станет равной нулю и судно перестанет крениться.

Наибольший угол наклонения, которое получает судно от динамического момента, называется динамическим углом крена ?дин . В отличие от него угол крена, с которым судно будет плавать под действием того же момента (по условию mкр = m? ), называется статическим углом крена ?ст .

Если обратиться к диаграмме статической остойчивости, работа выражается площадью под кривой восстанавливающего момента mв . Соответственно, динамический угол крена ?дин можно определить из равенства площадей OAB и BCD , соответствующих избыточной работе восстанавливающего момента. Аналитически та же работа вычисляется как:

,

на интервале от 0 до ?дин .

Достигнув динамического угла крена ?дин , судно не приходит в равновесие, а под действием избыточного восстанавливающего момента начинает ускоренно спрямляться. При отсутствии сопротивления воды судно вошло бы в незатухающие колебания около положения равновесия при крене ?ст с амплитудой от 0 до ?дин . Но практически, от сопротивления воды колебания быстро затухают и оно остаётся плавать со статическим углом крена ?ст .

?дин ? 2 ?ст

Примечания

По традиции сохраняется несогласованность терминов: предметом теории

корабля

является

судно

— В системе координат, привязанной к самому судну; иначе говоря, допускают что нет подвижки груза.

Энергия морей и океанов

... градусов, имеет величину порядка 10 26 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако пока ... есть ли возможность использовать разницу температур для получения энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить ... момента, а просто производство начнет медленно падать, цены будут расти все быстрее. Добыча нефти стабилизируется в течение ...

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/ostoychivost-sudna/