Розрахунок безпечної якірної стоянки

К_ДС коэффициент держащей силы якоря определяется по рисунку 2 в зависимости от типа и массы якоря;

а - длина участка цепи, лежащего на грунте, м;

f - коэффициент трения при протаскивании цепи по грунту определяется по таблице 2;

М - масса якоря в воздушной среде, т;

q - масса одного погонного метра якорной цепи с учетом её погружения в воду определяют по величине калибра цепи t в мм по приближенной зависимости и измеряется в Н/м.

 

Рис.2 Средние значения коэффициентов  держащей силы якорей.

1-Якорь Холла, 2-адмиралтейский якорь, 3-якорь Матросова, 4-литой с плоскими лапами АС-14.

 

 

Грунт	Коэффициент f	Грунт	Коэффициент f
Песок мелкий	0,35-0,38	Жидкая глина	0,18-0,22
Галька	0,38-0,42	Мягкая глина	0,23-0,30
Каменная плита	0,40-0,50	Песок с глиной	0,30-0,32
Ил	0,10-0,15

 

Способы постановки судна на якорь.

 

Перед постановкой на якорь необходимо заранее выбрать место якорной  стоянки и наметить план подхода и маневрирования с учетом действующего ветра и течения, использования имеющихся ориентиров для контроля движения и определение места отдачи якоря, а также с учетом маневренных возможностей судна.

До  начала маневрирования якорное устройство должно быть полностью подготовлено: якорь приспущен из клюза и взят на ленточный стопор, а барабан брашпиля разобщен с приводом.

Если  глубины на выбранной якорной  стоянке превышают 25-30 м, а также  при скальном грунте, независимо от глубины, якорь нужно заранее  стравить в воду с помощью привода  брашпиля так, чтобы его высота над  грунтом была не очень большой, после  чего закрепить ленточный стопор и разобщить барабан брашпиля. Отдавать якорь нужно, когда судно полностью остановится или когда его скорость незначительно.

После отдачи якоря и по мере выхода на канат нужно плавно задерживать  ленточный стопор, чтобы не допускать  сильных рывков, а при необходимости  подрабатывать машиной для погашения  чрезмерной инерции судна.

После выхода на канат диаметральная плоскость судна занимает направление, соответствующее направлению ветра или течения. Это направление следует учитывать при планировании подхода и во время маневрирования по постановке на якорь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

1. После  определения сил от ветра и  от течения по зависимостям (3), (9) и держащей силы якоря без учета цепи (при а=0) по формуле (11) проверяем условие (1). Выполнение этого условия подтверждает, что якорное устройство обеспечивает якорную стоянку в благоприятных условиях. Если условие №3 не выполняется, то обращаются к пункту 2.

2. Если держащая сила якоря Т_Х >g·G·К_ДС, то якорь может поползти, если разница невелика (6-9%), то безопасную якорную стоянку можно обеспечить за счет дополнительного вытравливания якорной цепи на длину a, которая ляжет на грунт и увеличит суммарную держащую силу якорного устройства. Дополнительная длина лежащей на грунте цепи может быть определена из формулы

 

(12)

При некоторых  обстоятельствах, т.е. если а со знаком минус равно нескольким десяткам, а иногда и сотням метров, потребуется постановка на два якоря, в этом случае рассчитываем по формуле . В этом случае значение а соответствует длине лежащего на грунте участка для каждой из якорных цепей - правого (ПрБ) и левого бортов (ЛБ),

3. Минимальная длина якорного каната определяется по формуле

(13)

где H_кл - высота якорного клюза над грунтом, определяется приближенно по формуле

(14)

где Н - глубина акватории в месте постановки на якорь;

D - высота борта судна;

Т_н - осадка судна носом.

Тогда общая длина цепи, требуемая для  обеспечения безопасной якорной  стоянки равна

(15)

4. Назначаем длину якорной цепи l, которая должна быть вытравлена, полагая, что на борту имеется две цепи по 12 смычек, длиной по 25-27м каждая.

Для устранения возможного снижения держащей силы якоря  из-за рывков от колебательных движений судна при перемене нагрузки (порывы ветра, наличия волнения и пр.) длина  якорной цепи должна быть несколько увеличена, чтобы часть её при средних значениях внешней силы лежала на грунте.

При ограниченных колебаниях, совершаемых судном в  вертикальной плоскости, удовлетворительные значения длины якорной цепи, при  которой компенсируются динамические рывки, могут быть получены за счет введения в формулу так называемого коэффициента динамичности К_дин ,,который принимается равным 1,3÷1,7 в зависимости от типа судна, условий стоянки

(16)

5. Проверяем соответствие длины якорной цепи на борту судна вытравленному участку.

6. Определим расстояние от клюза до точки начала подъема якорной цепи с грунта

(17)

Можно использовать приближенную формулу, если цепь вытравлена без избытка, а при небольших глубинах принимают х≈l_яц

 

(18)

где х - проекция провисающей части якорной цепи;

7. Определяем фактический участок якорной цепи на грунте

(19)

8. Радиус окружности, которую будет описывать корма судна

(20)

где L_max - максимальная длина судна;

9. Минимальный размер акватории, необходимой для безопасной якорной стоянки можно приближенно рассчитать по формуле

(21)

где ∆R - назначенный запас радиуса окружности, учитывающий возможный дрейф, условия маневрирования при съемке с якоря, техническое состояние двигателя. (Условно принимаем 1,5 длины судна.)

10. Минимальная глубина акватории, обеспечивающая безопасную якорную стоянку при наличии волнения

(22)

где Т - наибольшая осадка судна, м;

h_в - вероятная максимальная высота волны для данного сезона в районе якорной стоянки, м.

11. Сила наибольшего натяжения якорной цепи у клюза

(23)

12. Сопоставим наибольшее натяжение якорной цепи с разрывной прочностью цепи, которая определяется в зависимости от величины калибра якорной цепи t по формуле

(24)

Делаем заключение о надежности якорной стоянки, о числе якорей, безопасных параметрах акватории.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Таблица 3. Исходные данные.

 

Название судна, номер варианта	-	Lyra
Весовое водоизмещение т.	∆	4690
Ширина  судна м.	В	17,0
Длина судна м.	L	110,0
Высота  борта м.	D	11,3
Осадка  носом м.	Тн	3,89
Осадка  кормой м.	Тк	5,64
Коэффициент полноты водоизмещения	Сь	0,512
Площадь проекции надводного борта на ДП м2 .	Sбок	1220
Площадь проекции надводного борта на мидель м2 .	Sлоб	350
Масса якоря в воздухе кг.	M	3100
Калибр  якорной цепи	t	49
Тип якоря  на судне	-	Адмиралтейский
Характер  грунта в месте постановки на якорь	-	Песок
Глубина акватории м.	Н	38
Cредняя скорость ветра м/сек	VB	25
Средняя скорость течения м/сек	VT	1,3

 

1. Определим силу от ветра, предварительно выбрав из таблицы 2 давление удельного скоростного напора при шквале: сильный шторм, 10 баллов, р = 461 Па.

p = 0,68·V_В² = 0,68·25² =425Па

Сила от ветра равна

Р_в = К_В ·ρ·(S_6oк • sin g_w + S_лоб• cos q_w) =1,0×461×(1220 sin 30° +350·cos30°) = 421100,45H = 421,1 кН

 

2. Определим площадь смоченной поверхности корпуса судна по приближенным формулам

С_В=Δ/(1,025L×B×T)=4690/1,025×110×17×4,77=0,513

 

Ω= LТ×[2 + 1,37(C_B-0,274)×В/Т] =110×4,77× [2 + 1,37·(0,513 - 0,274)·17/4,77]=1661,7м²

 

Ω= ∆^2/3·(4,854 + 0,492·В/Т) = 4690^2/3·(4,854 + 0,492·17/4,77) = 1851,3м²

Значения различаются несущественно, в дальнейшем расчете принимается  большая величина округленно Ω=1851,3 м².

3. Сила от течения

Р_Т = 1,5 × Ω× V_т² = 1,5×1851,3 × 1,3² = 4693,0Н = 4,7 кН

4. Держащая сила одного якоря в воде определяется по формуле. Масса якоря с учетом погружения в воду

G = М × (1 -1/7,8) = 0,87×М = 0,87 × 3100 = 2697 кг

Коэффициент держащей силы якоря определяется по рис. 2 в зависимости от конструкций  и массы якоря (в данном случае экстраполируем): К_дс = 5,0.

 

 Т_Д = g·G·К_ДС + а·q·f= 9,81×2697×5,0 + 0 = 132287,9Н = 132,3кН

5. Сопоставим держащую силу якорного устройства Т_Д с действующей силой ветра и силы течения

 

ТХ = Р_В + Р_Т ≤Т_Д: отсюда Т_Х = 421,1 + 4,7 = 425,8>132,3кН

Условие не выполнено и Т_Х превышает Т_Д на 293,5 кН или на 69%, что свидетельствует о необходимости постановки на два якоря из-за штормовых условий погоды.

Выполним  расчеты  возможного усиления держащей силы якорного устройства за счет вытравливания  участка одной якорной цепи. Если мы вытравим якорную цепь на 33%, то это  составит 4 смычки, что соответствует 100 метрам.

Масса одного погонного метра якорной  цепи в воде

 

q=0,19t²=0,19×49²=0,46кН/м

С учетом коэффициента трения цепи по грунту f, который определяется в таблице 2: f=0,35 (берем наименьшее значение, так как оно отвечает состоянию близкому к опасности)

Дополнительная держащая сила может  составить даже для 100 м участка  цепи

а·q·f= 200×0,46×0,35 = 32,2 кН

 Рассмотрим стоянку на двух якорях, тогда условие выполняется

Т_Х = Р_В + Р_Т <Т_Д отсюда Т_Х = 421,1 + 4,7 = 425,8>132,3кН×2 = 264,6кН

6. Высота якорного клюза над грунтом определяется по формуле

Н_кл=Н + (D-Т_н) = 38 + (11,3-3,89) = 45,4м

Равнодействующая  сил ветра и течения, приходящаяся на одну якорную цепь

Т_х=425,8/2 = 212,9кН

Минимальная длина якорного каната рассчитывается по формуле:

l_min =

7. Минимальная длина каждой якорной цепи, которую необходимо вытравить, составляет около 8,4 смычек, т.е. по 210 м (так как а = 0).
8. Длина якорной цепи, при которой компенсируются динамические рывки, получим по формуле за счет введения коэффициента .динамичности К_дин=1,5

lя.ц. =

l_ЯЦ=

При изменении  коэффициента динамичности от 1,3 до 1,7 требуемая длина lяц будет составлять от 238.1 м до 271.1 м, этим подчеркивается, что динамика возможного развития неблагоприятной обстановки должна корректироваться введением соответствующего значения коэффициента К_дин.

Необходимо с каждого борта вытравить по 12 смычек, т.е. 1_еытр=300 м> 1_ЯЦ .

9. Расстояние от клюза до точки начала подъема якорной цепи с грунта

 

Х==203.4 м

По  приближенной формуле, если цепь вытравлена без избытка,

Х==206.5 м

10. Определяем фактический участок якорной цепи на грунте

а = 1_вытрх = 300 206.5 = 93,5 м

11. Радиус окружности, которую будет описывать корма судна

R_К=х+а+l_max =203.4+93,5+110=406.9 м

12. Минимальный размер акватории, необходимой для безопасной якорной стоянки приближенно рассчитаем по формуле

R = R_К+∆R = 406.9 + 1,5·110 = 571.9м = 3.1кбт

13. Минимальная глубина акватории, обеспечивающая безопасную якорную стоянку при наличии волнения рассчитывается по формуле

Н_min = 1,2·Т_max+0,7h_B= 1,2×5.64 + 0,7×12,5 = 15,5 м

где h_B - вероятная максимальная высота волны для данного сезона в районе якорной стоянки, м,

Т_тах -максимальная осадка судна, в зависимости от дифферента это Т_н или Т_к .В примере принимаем в соответствии с таблицей 1 волнение как в открытом океане для 10-ти бального сильного шторма h_B = 12.5м.

 

14. Определим силу наибольшего натяжения якорной цепи у клюза по формуле

 

F=q·= 0.46

15. Разрывная прочность цепи определяется по формуле

N_разр = (52÷55)·t² =52·49² = 124852 Н = 124,9 кН