какие силы действуют на судно стоящее на якоре
Силы действующие на судно стоящее на якоре
Определяем сумму сил от внешних воздействий:
Сила воздействия от ветра Ra зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и определяется по формуле, Н:
Sx – лобовая площадь парусности, м2;
W – скорость ветра, м/с;
Сила воздействия от течения Rm равна, Н:
Sxп – площадь подводной части миделя, м2;
Vm – скорость течения, м/с.
Инерционные силы Rин (силы, возникающие при рыскании) принимаются равными весу якоря в воде, Н:
Ря – масса якоря, кг.
Cилы действующие на судно стоящее на якоре
Итак, держащая сила якорного устройства должна быть более суммы всех внешних сил, действующих на судно, в противном случае якорь будет ползти, Н:
Влияние мелководья на безопасность якорной стоянки
При определении безопасности якорной стоянки необходимо учитывать запас глубины под килем судна.
Расчет параметров якорной стоянки
Держащая сила якорного устройства
Держащей силой якоря называется наименьшее усилие, которое нужно приложить в направлении веретена, чтобы сорвать его с грунта. Держащая сила якорного устройства Якорные устройства буксирных судов зависит от типа якоря, характера грунта и длины вытравленной якорной цепи.
Наибольшую величину держащей силы Tяу якорного устройства определяют по формуле:
| Таблица 1. Характеристики грунтов | ||||
|---|---|---|---|---|
| Тип якоря | Типы морского грунта | |||
| галька/песок | скальный грунт с тонким слоем ила | жидкий ил | глина | |
| стандартный без штока (Standart Stockless) | 3,5 | 1,8 | 1,7 | 2,7 |
| повышенной держащей силы (High Holding Power – HHP) | 8,0 | 2,4 | 6,0 | 12 |
Приведенные в таблице коэффициенты относятся к действию постоянного долговременного тягового усилия. При действии тягового усилия в виде отдельных кратковременных рывков держащая сила может оказаться больше расчетной в 2-3 раза.
Предлагается к прочтению: Выбор места якорной стоянки
Наибольшей держащей силой якорь обладает, когда его веретено занимает горизонтальное положение (рис. 1). В противном случае якорь теряет часть держащей силы. Так, при тяговом усилии, направленном к поверхности грунта под углом 15°, держащая сила якоря уменьшается до 50 %.
Рис. 1 Постановка судна на якорь Рис. 2 Схема сил, действующих на судно, стоящее на якоре
Внешние силы, действующие на судно, стоящее на якоре
Условие безопасной якорной стоянки Безопасная якорная стоянка – сумма внешних воздействий должна быть меньше держащей силы якорного устройства: Rвн ≤ Tяу (рис. 2). Определяем сумму сил от внешних воздействий:
R в н = R А + R т + R и н + R в о л н
Сила воздействия от ветра RА зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и определяется по формуле:
Сила воздействия от течения Rm равна:
Инерционные силы Ruн (силы, возникающие при рыскании) принимаются равными весу якоря в воде:
Итак, держащая сила якорного устройства должна быть более суммы всех внешних сил, действующих на судно, в противном случае якорь будет ползти, H :
T я у ≥ R в н = K д ( R А + R т + R и н )
При определении безопасности якорной стоянки необходимо учитывать дополнительное гидродинамическое давление воды, создаваемое течением, которое зависит от глубины под килем судна (рис. 3).
Рис. 3 Влияние глубины на безопасность якорной стоянки
Расчет длины якорной цепи при постановке на один якорь
Расчет безопасной якорной стоянки заключается в решении двух задач:
Оптимальная длина якорной цепи, необходимая для надежного удержания судна на одном якоре при данных гидрометеоусловиях определяется следующим образом:
Радиус якорной стоянки складывается из суммы следующих величин:
Действия ВПКМ при подходе к якорной стоянке
При подходе к месту якорной стоянки необходимо:
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
Внешние силы, действующие на судно, стоящее на якоре
Условие безопасной якорной стоянки (без дрейфа на якоре) – сумма внешних воздействий должна быть меньше держащей силы якорного устройства: Rвн ≤ Тяу.
Определяем сумму сил от внешних воздействий:
Сила воздействия от ветра RА зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и определяется по формуле:
где Sx – лобовая площадь парусности, м 2 ;
W – скорость ветра, м/с;
Сила воздействия от течения Rт равна:
где Sxп – площадь подводной части миделя, м 2 ;
Инерционные силы Rин (силы, возникающие при рыскании) при нимаются равными весу якоря в воде:
где Мя – масса якоря, кг.
В противном случае якорь будет ползти.
Рис. 2.21. Схема сил, действующих на судно, стоящее на якоре
Рис. 2.22. Влияние мелководья на безопасность якорной стоянки
Для учета сил ударов волн о корпус судна вводят коэффициент динамичности Kд, который принимают равным 1,4-1,7.
Итак, держащая сила якорного устройства должна быть более суммы всех внешних сил, действующих на судно:
Силы действующие на судно при стоянки на якоре
|
|
|
Рис.8.1 Силы действующие на судно на якоре
Судно, стоящее на якоре, подвергается воздействию сил: ветра FB, течения FТ, волнения FВОЛН, инерционных сил рыскания и качки FИН. Этим силам противодействует держащая сила якорного устройства. Судно не будет дрейфовать, если горизонтальная составляющая равнодействующей внешних сил ∑F уравновешивается держащей силой якорного устройства RЯ.У. (рис.8.1), т. е.
Сила действия ветра FВ зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и воздушного сопротивления судна. Силу действия ветра на судно (в Н) можно определить по формуле (8.7), которая для случая якорной стоянки упрощается:
где CaX— коэффициент воздушного сопротивления, зависящий от угла qW ;
W—скорость ветра, м/с;
QY и QX— площадь проекции надводной части корпуса судна соответственно на мидель и ДП, м 2 ;
qW — угол между ДП и направлением ветра, °.
Рассмотрим силу действия течения FT. Скорость течения на якорных стоянках редко превышает 2—3 уз. При расчете силы действия воды на подводную часть судна (в Н) можно использовать формулу:
где SY — проекция подводной части корпуса на диаметральную плоскость судна, м 2 ;
VT – скорость течения, м/с;
ΘT – угол между направлением течения и ДП, град
Силу рыскания, FИН, условно принимают равной весу якоря в воде.
Для учета ударов волн по корпусу судна необходимо вводить в расчеты коэффициент динамичности КД, который можно принять равным 1.4.
Маневрирование при постановке судна на якорь или бочку
При отсутствии ветра и течения поход судна к месту якорной стоянки может производиться с любого, наиболее безопасного в навигационном отношении направления.
В момент отдачи якоря, чтобы избежать повреждения и запутывания якорной цепи, судно должно обязательно иметь относительно грунта небольшое поступательное движение вперед или назад. При этом последнее предпочтительнее, так как в этом случае якорь сразу заберет и в последующем не будет перекантовываться. Для этого заблаговременно производится реверс двигателя на задний ход с таким расчетом, чтобы к моменту выхода судна к месту отдачи якоря оно полностью погасило инерцию поступательного движения вперед. Затем, как только судно тронется назад, отдают якорь и останавливают двигатель. Команду на отдачу якоря следует подавать в тот момент, когда кильватерная струя от работающего на задний ход винта дойдет до середины судна.
Рис. 8.2 Постановка на якорь при слабом ветре
Первоначально якорная цепь травится без задержки, чтобы она ровно ложилась на грунт по мере движения судна назад. Когда будет вытравлено примерно около двух глубин, якорную цепь задерживают и далее травят небольшими порциями по мере выхода судна на канат до необходимой величины. Следует иметь в виду, что при даче заднего хода на судах с ВФШ правого вращения (или ВРШ левого вращения) корма будет забрасываться влево и с учетом этого, чтобы якорная цепь не пошла под корпус судна, лучше отдавать левый якорь. Однако для равномерного износа якорных цепей рекомендуется, если это не диктуется какими-либо другими условиями, становиться поочередно то на левый, то на правый якоря. Чтобы при постановке на правый якорь не допустить навала носа судна на якорную цепь, необходимо переложить руль лево на борт, пока судно еще движется вперед, а когда нос судна тронется влево, дать задний ход.
При благоприятных условиях погоды на малых глубинах до 25— 30 м рекомендуется вытравливать якорную цепь на длину, равную примерно 5—6 глубинам в месте отдачи якоря, на средних глубинах от 25—30 м до 50 м, т. е. 3—4 глубинам, а на больших глубинах более 50 м сколько получится, но не менее 2 глубин.
В зависимости от глубины определяется и способ отдачи якоря. Так, на малых глубинах якорь отдается с ленточного стопора. На средних—якорная цепь первоначально стравливается с помощью брашпиля на длину, равную 0.5 глубины, а уже затем якорь отдается с ленточного стопора. На больших глубинах якорь стравливается брашпилем до грунта.
После отдачи якоря и вытравливания якорной цепи на необходимую длину она удерживается только ленточным стопором.
Если постановка на якорь осуществляется при наличии ветра или течения, то маневрирование необходимо планировать таким образом, чтобы к месту якорной стоянки судно по возможности подходило носом против действующего фактора.
В этом случае отдача якоря может осуществляться и без предварительной дачи заднего хода, так как судно после погашения инерции переднего хода приобретет движение назад под влиянием ветра или течения. При этом следует учитывать, что суда, у которых центр парусности резко смещен к носу, по мере потери хода будут уваливаться под ветер. Поэтому, чтобы якорная цепь не пошла под корпус судна, необходимо перед отдачей якоря с помощью перекладки руля и, если необходимо, «толчка» машины на передний ход отвести нос судна в нужную сторону.
Когда в месте отдачи якоря ветер и течение действуют с различных направлений, судно должно выходить носом против более сильно действующего фактора, а якорь необходимо отдавать в сторону более слабого.
|
|
|
|
Рис. 8.3 Постановка на якорь при наличии ветра и течения.
Подход к месту отдачи якоря по ветру или течению чрезвычайно нежелателен, так как для сохранения управляемости судна необходимо до самого последнего момента работать машиной. В результате этого судно к моменту выхода в точку отдачи якоря будет иметь значительное поступательное движение вперед, что приведет к большим нагрузкам на якорную цепь, а цепь во время вытравливания пойдет под корпус судна.
Чтобы избежать этого, к месту якорной стоянки следует подходить несколько в стороне от точки, в которой следует отдавать якорь, а затем с помощью руля развернуть судно в направлении места отдачи якоря.
Как только нос судна поравняется с этим местом, отдают наветренный якорь и сразу отрабатывают машиной на задний ход. При таком способе маневрирования судно будет сносится ветром в сторону от якоря, и якорная цепь пойдет чисто, не попадая под корпус. Судно же быстро развернется носом против ветра.
Стоянка судна на якоре
1. Держащая сила якорного устройства
Держащая сила якорного устройства (Т) зависит от типа якоря, характера грунта и длины вытравленной якорной цепи.
Она складывается из держащей силы якоря и держащей силы участка якорной цепи, лежащей на грунте:
где: k- коэффициент держащей силы якоря (зависит от типа якоря и характера грунта; для якоря Холла k = 2 для большинства грунтов);
Наибольшей держащей силой якорь обладает, когда его веретено лежит на грунте (поднятие веретена над грунтом на 15° вдвое уменьшает держащую силу якоря). Поэтому для обеспечения наибольшей держащей силы якоря длина вытравленной якорной цепи должна быть такой, чтобы в любых условиях веретено лежало на грунте.
2. Силы, действующие на судно, стоящее на якоре
2. Силы, действующие на судно, стоящее на якоре
На судно действуют следующие силы:
сила давления ветра Fа, Н:
сила давления течения Fт, Н:
инерционные силы от волнения Fв. возникают за счет участия судна в орбитальном движении частиц воды на волнении;
инерционные силы, возникающие при рыскании судна Fр.
При появлении угла q корпус судна начинает работать как крыло: появляется подъемная сила Rпод и дополнительная сила лобового сопротивления Rлоб за счет увеличения площади парусности, под влиянием которых центр тяжести судна начинает перемещаться по траектории близкой к изогнутой восьмерке. В положении 2 сила натяжения якорной цепи превысит сумму сил Rпод и Rлоб и судно рывком перейдет в положение 3.
При этом угол q по отношению к ветру изменит свой знак на противоположный, подъемная сила станет действовать в противоположном направлении и судно начнет движение в обратную сторону.
Стоянка судна на якоре при воздействии ветра
Под влиянием развившихся инерционных сил судно перейдет среднее положение, совершая непрерывное колебательное движение относительно линии ветра.
Судно не будет дрейфовать, если горизонтальная составляющая равнодействующей указанных выше сил уравновешивается держащей силой якорного устройства:
3. Расчет якорной стоянки
3. Расчет якорной стоянки
Расчет состоит из решения двух задач: вычислений необходимой длины вытравленной якорной цепи и радиуса сектора, в котором будет перемещаться судно при изменении направления ветра и течения.
Расчет необходимой длины вытравленной якорной цепи
Якорная цепь провисает по цепной линии, вершина которой для обеспечения максимальной держащей силы якоря ( веретено якоря лежит на грунте) должна находиться в точке крепления якорной цепи к якорю.
Расчет необходимой длины вытравленной якорной цепи
Уравнения цепной линии:
В приведенных выше формулах использованы следующие обозначения:
Для определения l возведем обе части уравнений цепной линии в квадрат и из полученного нижнего уравнения вычтем верхнее:
Учитывая, что выражение в скобках равно единице:
Полученные формулы основаны на предположении об отсутствии волнения и рыскания судна. Поэтому, для исключения возможности снижения держащей силы якоря за счет рывков при волнении и рыскании судна длина вытравленной якорной цепи должна быть увеличена, чтобы часть ее при средних значениях внешней силы лежала на грунте.
Для компенсации орбитального движения судна при волнении, длина дополнительно вытравленной якорной цепи Dlв должна составлять от 5 до10 м, в зависимости от высоты волны.
Инерционные силы от рыскания учитываются при помощи коэффициента динамичности kд :
Значение коэффициента динамичности принимается равным от 1,4 до 1,7 в зависимости от типа судна и условий стоянки. Величина kд принимается большей для судов в балласте, особенно имеющих дифферент на корму, для судов, у которых центр парусности смещен в нос, и при увеличении силы ветра.
Таким образом, необходимая длина вытравленной якорной цепи:
Расчет радиуса сектора, в котором будет перемещаться судно при изменении направления ветра и течения.
Величина lг определяется разностью общей длины вытравленной якорной цепи и значения l, рассчитанного в предыдущем разделе.
Значение х можно получить по таблицам цепной линии ( см. раздел буксировки судов). Для приближенной оценки при больших глубинах якорной стоянки :
4. Практические рекомендации по определению необходимой длины якорной цепи
4. Практические рекомендации по определению необходимой длины якорной цепи
При благоприятных условиях погоды ( ветер силой до 4 баллов и незначительном течении ) рекомендуется вытравливать якорную цепь на длину равную:
5. Выбор места якорной стоянки
5. Выбор места якорной стоянки
На внутренних рейдах постановка на якорь производится в месте по указанию лоцмана.
На внешних рейдах место якорной стоянки обычно указано на навигационных картах и постановка на якорь производится в указанном районе по возможности в стороне от других судов.
При выборе места якорной стоянки в других случаях желательно, чтобы оно:
было по возможности защищено от ветра и волнения;
обладало хорошим грунтом и глубинами, обеспечивающими надежность удержания судна на якоре;
имело безопасные подходы к месту отдачи якоря;
располагало достаточным пространством чистой воды для безопасного маневрирования;
было в стороне от створов, фарватеров, подводных кабелей.
Наиболее удобная глубина места якорной стоянки составляет 20-30 м. На глубинах более 100 м становиться на якорь не рекомендуется. Минимальная глубина якорной стоянки должна быть такой, чтобы во время отлива и при качке на волнении судно не могло коснуться грунта.
От характера грунта зависит держащая сила якоря. Хорошими грунтами с наибольшей держащей силой считаются ил, песчаный ил, глина, глинистый ил. К средним относятся рыхлые грунты: песок, ракушка, галька, щебень. Плохими являются скальные грунты: плита, валуны, скалы.
6. Подготовка судна к постановке на якорь
6. Подготовка судна к постановке на якорь
1. Двигатель заблаговременно переводится в маневренный режим работы.
2. Проверяется работа машинного телеграфа, связь с машинным отделением, сличаются показания часов.
производится его внешний осмотр;
проверяют надежность зажатия ленточного стопора и разобщение звездочек с механизмом брашпиля;
проверяют работу брашпиля на холостом ходу;
освобождают якорную цепь от стопоров и снимают крышки якорных и палубных клюзов;
4. После длительного перехода, особенно при отрицательной температуре, рекомендуется притравить брашпилем якорь до воды.
5. В дневное время готовится к подъему черный шар, в ночное – проверяется исправность якорных огней.
7. Общие рекомендации при постановке на якорь
7. Общие рекомендации при постановке на якорь
На мягких грунтах и глубинах до 30 м якорь обычно отдают с ленточного стопора.
При глубинах более 30 м и на скальных грунтах якорь предварительно стравливают брашпилем, чтобы к моменту отдачи он находился на высоте 10-15 м от грунта.
Перед отдачей якоря судно обязательно должно иметь поступательное движение относительно грунта (лучше назад).
При ветре или течении первым отдают якорь наветренного борта или со стороны действия течения, иначе якорная цепь пойдет через форштевень на излом.
При ветре или течении желательно подходить к месту якорной стоянки против направления ветра или течения.
Если действуют оба фактора подходят против направления действия сильнейшего их них и отдают якорь со стороны действия более слабого фактора.
8. Постановка судна на один якорь
8. Постановка судна на один якорь
При отсутствии ветра и течения:
При боковом ветре или течении: когда инерция погашена и судно получило поступательное движение назад, отдают якорь с наветренного борта или со стороны течения.
При ветре и течении: подходят против действия более сильного фактора, реверс можно не делать и когда под действием внешних сил судно получит поступательное движение назад, отдают якорь со стороны более слабого фактора.
9. Постановка судна на два якоря
9. Постановка судна на два якоря
Производится при продолжительном штормовом ветре или сильном течении.
Постановка на два якоря при боковом ветре.
В точке отдачи первого якоря стопорят машину и отдают якорь с наветренного борта. Якорная цепь травится свободно. Руль перекладывают в сторону отданного якоря. Перед отдачей второго якоря дают задний ход. Когда инерция движения будет погашена отдают второй якорь. Далее, дрейфуя под ветер, выравнивают длину якорных цепей.
Постановка на два якоря при встречном ветре.
Постановка производится в два приема. Вначале отдают один якорь. Далее, дрейфуя под ветер выходят на якорную цепь. В положении 2 машине дают передний ход и руль перекладывают в сторону, противоположную отданному якорю и поднимаются на ветер под углом 20-30° по отношению направления на отданный якорь. Отданный якорь приводят на траверз, гасят инерцию и отдают второй якорь. Затем длину якорных цепей выравнивают.
10. Постановка на два якоря способом фертоинг
10. Постановка на два якоря способом фертоинг
Способ применяется на рейдах с ограниченной акваторией и подверженных приливо-отливным течениям. Для уменьшения циркуляции судна при смене течений угол разноса якорных цепей составляет примерно 180°.
При выполнении маневра судно выходит против течения и проходит предполагаемое место стоянки на расстояние, равное рассчитанной необходимой длине вытравливаемой якорной цепи и отдает один из якорей.
Потравливая якорную цепь, спускаются по течению на расстояние, равное двум длинам необходимой якорной цепи и отдают второй якорь. Травят его якорную цепь и одновременно с этим выбирают якорную цепь первого якоря, пока обе якорные цепи не сравняются по длине.
При таком способе судно будет стоять не на двух якорях, а поочередно, в зависимости от направления течения то на правом, то на левом якоре. При перемене направления течения корма судна описывает примерно круговую траекторию, показанную на рисунке, радиус которой значительно меньше того, если бы судно стояло на одном якоре.
11. Обеспечение безопасности якорной стоянки
11. Обеспечение безопасности якорной стоянки
Общие меры обеспечения безопасности:
ходовая вахта на мостике и в машинном отделении;
запрещается проводить работы, связанные с выводом из строя главного двигателя, рулевого и якорного устройства;
постоянное наблюдение за состоянием погодных условий, окружающей обстановкой, поведением других судов, стоящих поблизости на якоре;
контроль за положением судна для своевременного обнаружения дрейфа;
организация регулярного приема и анализ гидрометеопрогнозов.
При ухудшении гидрометеорологических условий:
машина переводится в немедленную готовность;
потравливается якорная цепь;
принимаются меры по уменьшению рыскания:
При неизменном направлении ветра постановка на второй якорь производится по второму приведенному выше способу.
Постановка на два якоря способом перекрещивающихся цепей
С усилением ветра максимально вытравливают цепь отданного якоря. Когда судно в процессе рыскания отклонится на наибольший угол в сторону отданного якоря (положение 3), отдают второй якорь, вытравливая без задержки его якорную цепь. После того, как судно в обратном движении придет на линию ветра (положение 4) задерживают якорную цепь. В дальнейшем при изменении ветра ее потравливают так, чтобы судно находилось на линии ветра.
Если направление изменения ветра неизвестно, то для уменьшения рыскания используют способ тандем.
При этом способе максимально вытравливают якорную цепь отданного якоря, а второй якорь кладется на грунт. Поскольку противодействие рысканию создается за счет протаскивания этого якоря по грунту, то оно полностью не устраняется, но существенно уменьшается его амплитуда.
Эффективность перечисленных выше мер в значительной степени зависит от их своевременности. Особую опасность представляет усиление ветра с направлений, при которых может возникнуть дрейф судна в сторону навигационных опасностей. В этом случае разумно заблаговременно сняться с якоря и идти штормовать в море.
12. Съемка судна с якоря
12. Съемка судна с якоря
Основные рекомендации при съемке судна с якоря сводятся к следующему:
выборку якорной цепи следует начинать на самой малой скорости, чтобы не вызвать перегрузку брашпиля. Когда судно тронется, скорость выборки можно увеличить, но при этом, не разгоняя судно, чтобы якорная цепь не пошла под корпус;
перед положением якорной цепи «панер» скорость выборки должна быть уменьшена до минимальной. Если мощности брашпиля не хватает для выворачивания якоря из грунта, то цепь берется на стопор, машине дается передний ход и якорь выворачивается из грунта движением судна;
при съемке с якоря в сильный ветер рекомендуется для облегчения работы брашпиля осторожно подрабатывать машиной на передний ход;
не следует выбирать якорную цепь, когда она сильно натянута и идет через форштевень. Необходимо подождать, когда цепь ослабнет и судно повернется носом к якорю;
если судно стоит на двух якорях с перекрещивающимися цепями или при образовании “креста”, первой выбирается нижняя цепь;
при одинаковой длине якорных цепей последним обычно выбирается тот якорь, в сторону которого судно будет разворачиваться при выходе с места якорной стоянки.
13. Постановка и съемка судна с бочек
13. Постановка и съемка судна с бочек
Рейды, на которых систематически производятся грузовые операции или осуществляется длительный отстой судов, часто оборудуются швартовными бочками. Бочки состоят из мертвого якоря, цепи (бриделя) и плавучей емкости.
Постановка обычно производится с помощью буксира и швартовного катера: буксир подводит судно носом против ветра или течения к бочке и удерживает его до тех пор, пока швартовный катер не заведет и не закрепит швартовы на бочку с помощью швартовных скоб. При постановке на две бочки первоначально становятся на носовую, а затем кормовую. Далее выравнивают длину носовых и кормовых швартовов, добиваясь, чтобы судно стало в линию створа бочек.
При самостоятельном выполнении операции при подходе к бочке с судна спускается шлюпка, с которой высаживают на бочку 1-2 человек. Судно маневрирует таким образом, чтобы выйти и остановиться у бочки, имея ее у левой скулы (для судов в ВФШ правого вращения), чтобы при реверсе не навалить скулой на бочку. С судна на бочку подается бросательный конец, с помощью которого передается швартов, который закрепляется на бочке.
При съемке с бочки: производится общая подготовка судна; спускается шлюпка, дуплинем заводится на бочку временный швартов; основному швартову дается слабина, он отдается с бочки и выбирается на судно; шлюпка поднимается на борт; машине дают кратковременно самый малый передний ход до начала движения судна и при ослаблении дуплиня его выбирают на борт.
При съемке с двух бочек первоначально снимаются с кормовой бочки, потравив и отдав швартов, а затем снимаются с носовой приведенным выше способом.