ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2019
Просмотров: 12955
Скачиваний: 276
60
g
z
m
z
l
, м, (4.15)
где ????
????
– длина подвеса, равная
????
????
= ????
2
− ????
1
, м, (4.16)
????
2
и ????
1
– аппликаты центра тяжести груза и точки его подвеса,
соответственно.
Рис. 4. 8 Подвешенный груз
Поэтому формула метацентрической высоты ℎ
1
, исправленной на влияние
подвешенного груза, примет вид
ℎ
1
= ????
????
− (????
g
+ ????????
g
) = ???? + ????
????
− (????
g
+ ????????
g
) = ℎ − ????????
g
, м. (4.17)
Тогда, согласно формулам (4.15), (4.16) и (4.17) получим
g
z
m
h
H
z
l
, м. (4.18)
Когда судовой кран поднимает груз, находящийся на судне, то в момент
отрыва его от палубы груз становится подвешенным и метацентрическая
высота сразу изменяется до значения ℎ
1
, определяемого формулой (4.17). При
61
дальнейшем его подъеме метацентрическая высота сохраняет свою величину.
Если отклонение груза ограничено, то его следует считать подвешенным, лишь
до угла наклонения, при котором он становится неподвижным.
Для продольной остойчивости влияние подвешенного груза выражается
тем же слагаемым, что и для поперечной остойчивости (4.18). Однако в
обычных условиях оно относительно мало, и им можно пренебречь.
Существенное влияние подвешенный груз имеет для плавучих кранов, у
которых вес поднимаемого груза достигает 10% от водоизмещения крана, а
точка подвеса груза может находиться на большой высоте.
4.8 Жидкий груз
В нагрузке судна всегда присутствуют подвижные грузы в виде жидкостей.
Таковы, например, запасы пресной воды, топлива, смазочных масел и другие.
Для наливных судов жидкие грузы составляют основную часть дедвейта.
Поэтому при расчетах остойчивости всегда приходится определять влияние
смещения жидких грузов.
Рассмотрим судовую цистерну, частично заполненную жидким грузом до
уровня ???????? (рис. 4.9. а).
При крене судна жидкость перетечет так, что ее свободная поверхность
займет положение ????
1
????
1
параллельно новой ватерлинии
????
1
????
1
. При этом центр
тяжести жидкости сместится в сторону крена из точки g
0
в
g
1
. Рассматривая
малые углы наклонения, кривую g
0
g
1
̆ можно принять за дугу окружности с
центром в точке ????, через которую в процессе наклонения все время будет
проходить линия действия силы тяжести жидкости. Таким образом, в
отношении остойчивости жидкий груз эквивалентен неподвижному грузу той
же массы, но с центром тяжести расположенным в точке ????, т.е. поднятому по
вертикали на расстояние радиуса ????.
Если теперь рассмотреть плавающую цистерну той же формы (рис. 4.9. б),
погруженную по ватерлинию ???????? соответственно уровню груза в цистерне, то
нетрудно убедиться в том, что при наклонениях перемещения центра тяжести
жидкого груза в цистерне и центра величины судна-цистерны будут
тождественны, так как обе точки являются центрами тяжести одинаковых
объемов.
Поэтому точку ???? можно рассматривать как метацентр ???? жидкого груза, а
???? – как метацентрический радиус, который в соответствии с формулой (4.19)
будет
x
I
r
, м, (4.19)
62
x
i
λ=
v
, м, (4.20)
где ????
????
– центральный момент инерции площади свободной поверхности
жидкости в цистерне относительно оси, параллельной оси наклонения
(параллельной оси ????????), м
4
;
???? – объем жидкости в цистерне, м
3
.
Рис. 4.9 Влияние свободной поверхности жидкого груза на остойчивость судна
Воспользуемся опять формулой (4.18) и тогда для метацентрической
высоты, исправленной на влияние жидкого груза, получим
1
m
h
h
, м. (4.21)
Подставляя значение ???? и учитывая, что масса жидкости в цистерне
???? = ????
ж
∙ ????, будем иметь
1
ж
x
ж
x
i
i
h
h
h
, м,
(4.22)
где ????
ж
– плотность жидкости в цистерне, т/м
3
.
Из полученного выражения видно, что наличие на судне жидкого груза,
имеющего свободную поверхность, уменьшает остойчивость. Поправка к
метацентрической высоте не зависит от количества жидкого груза, а
определяется его плотностью и моментом инерции площади свободной
поверхности. Если цистерна заполнена жидкостью целиком (запрессована на
95%) так, что свободная поверхность отсутствует и
x
i = 0, то смещения
63
жидкости при наклонениях не будет. В этом случае остойчивость судна будет
такой же, как если бы груз был твердым.
По аналогии для продольной метацентрической высоты, исправленной на
влияние жидкого груза, получим
1
ж
y
i
H
H
, м,
(4.23)
где ????
????
– центральный момент инерции площади свободной поверхности
жидкого груза относительно оси, параллельной ????????, м
4
.
Для уменьшения поправки на влияние жидкого груза следует уменьшать
ширину цистерн «????» путем разделения ее продольной переборкой (рис. 4.10).
В первом случае в формулу (4.22) войдет величина ????
????
, равная
3
12
x
l b
i
, м
4
, (4.24)
а при одной средней переборке суммарная величина
x
i будет
3
3
2
1
2
12
12
4
x
b
l
l b
i
, м
4
(4.25)
т.е. поправка на влияние жидкого груза уменьшится в 4 раза. Нетрудно
установить, что при ???? равномерно расставленных продольных переборках
величина поправки к поперечной метацентрической высоте уменьшится в
(???? + 1)
2
раз. Практически на современных танкерах устанавливают две
продольные непроницаемые переборки, что достаточно снижает влияние
жидкого груза на остойчивость.
Как уже отмечалось выше, поправка к метацентрической высоте на
влияние жидкого груза не зависит от его количества. Однако если в цистерне
имеется лишь небольшой слой жидкости или если она заполнена почти
полностью, то уже при малых углах крена ширина свободной поверхности
резко сокращается и при дальнейшем наклонении влияние перетекания
становится незначительным (рис. 4.11).
Поскольку конфигурации судовых цистерн отличаются большим
разнообразием, и расчет моментов инерции их площадей для различных
заполнений цистерн представляют большую сложность то для практических
целей пользуются приближенными способами.
В связи с этим практически используются приближенные способы учета
влияния жидких грузов на диаграмму статической остойчивости, изложенные в
«Инструкции по учету влияния свободных поверхностей жидких грузов на
остойчивость судна», либо способ, рекомендуемый ИМО.
64
b
а)
б)
b/2
b/2
Рис. 4.10 Разделение цистерн продольной переборкой
Рис. 4.11 Случаи недейственной потери остойчивости
Такие случаи называют недейственным влиянием жидкого груза.
Один из способов, обеспечивающих обычно запас остойчивости на
больших углах крена, состоит в определении поправки для плеча статической
остойчивости по формуле
???????? = ????ℎ
0
∙ ????????????????, м, (4.26)
где
0
1
h
h
m
– поправка для начальной метацентрической высоты на
наличие свободной поверхности жидкости в цистернах, м.
b
b
b
пред
пред
а
)
б
)