ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ГРУЗА НА СУДНЕ

 

Грузовым планом называют графическое изображение на чертеже судна расположения каждой партии груза в судовых грузовых по­мещениях на данный рейс.

Грузовой план морского судна разрабаты­вается на основе общих требований к оптимальному размещению гру­зов с учетом условий предстоящего рейса. Эти общие требования сво­дятся к тому, чтобы обеспечить:

сохранение необходимой продольной прочности, остойчивости и дифферента судна;

наиболее выгодное использование грузовместимости или грузоподъ­емности судна;

сохранную доставку груза;

возможность выполнения погрузки и выгрузки в минимальные сроки;

соблюдение очередности погрузки грузов с учетом последователь­ности посещения судном портов выгрузки;

соблюдение норм техники безопасности и охраны труда экипажа судна и работников порта.

Помимо технических и организационных требований при составле­нии грузового плана, следует учитывать необходимость дости­жения высокой экономической эффективности транспортного процесса. Это приобретает особо важное - значение при перевозках ГИФ, когда приходится определять количество грузов, принимаемых судном, исходя из максимальной фрахтовой выручки.

Грузовой план морского судна составляют на основе подробных данных о судне, грузе и условиях рейса. На протяжении всего про­цесса построения грузового плана необходимо соблюдать требования обеспечения безопасности плавания судна, которые заключаются в сохранении необходимой остойчивости, продольной прочности и дифферента. Остойчивость, продольная прочность и дифферент суд­на зависят от распределения весовой нагрузки по длине, высоте и ши­рине судна.

Следующим этапом разработки грузового плана является распре­деление грузов между помещениями судна с учетом их физико-механических и химических свойств. От правильности учета свойств груза, одновременно перевозимых на судне, зависит их сохранность, а в ряде случаев и безопасность плавания судна. Особую осторожность следует соблюдать при размещении таких грузов, как жидкие грузы в таре; грузы, выделяющие (или поглощающие) влагу, запахи, газы, пыль; пожароопасные и взрывоопасные грузы; легко перемещающиеся гру­зы; грузы в непрочной таре и тяжеловесы. Перевозка многих из этих грузов вместе с другими в одном помещении может привести к убыткам вследствие порчи одного из них в результате вредного воздействия другого груза. Перевозка грузов, опасных в отношении возможности возникновения пожара, взрыва или смещения, представляет угрозу для безопасности судна и требует обязательного принятия профилак­тических мер для устранения этой угрозы.

Максимальное использование грузоподъемности и грузовмести­мости судна обеспечивается соответствующим подбором грузов, при­нимаемых к перевозке. Количество груза, которое может принять суд­но, определяется главным образом удельным погрузочным объемом отдельных грузов, их компоновкой и грузоподъемностью или грузо­вместимостью судна. Задача составления грузового плана в значитель­ной степени осложняется при перевозке генеральных грузов, состоящих из большого числа различающихся по удельному погрузочному объему партий груза. Трудоемкость и характер комплектации грузов зависят от возможности изменения количества принимаемых к перевозке гру­зов по желанию перевозчика. При загранперевозках на судах рейсово­го плавания изменение состава груза, предназначенного к погрузке на судно, как правило, невозможно. В этом случае список грузов, составленный отправителем, строго регламентирован. Наличие та­кого строго определенного списка грузов ограничивает возможности разработки оптимального плана загрузки судна. Подбор и количе­ство груза для судов линейного плавания определяются главным обра­зом продолжительностью грузовых операций, обусловленных распи­санием, и установленными сроками доставки грузов.

Наиболее широкие возможности изменения состава и количества грузов при разработке грузовых планов имеются при каботажных перевозках, а также при экспортно-импортных перевозках, обслужи­ваемых только отечественными судами. В этом случае наилучшим является такой подбор грузов, при котором полностью используются грузоподъемность и грузовместимость судна. В большинстве случаев возможность принятия максимального по весу количества разнород­ного груза лимитируется не грузоподъемностью, а грузовместимостью судна. Поэтому задача обычно решается путем наиболее полного ис­пользования кубатуры грузовых помещений. При составлении грузо­вого плана размещение грузов производится пропорционально вмести­мости грузовых помещений судна. В связи с этим грузы, характеризу­емые большей трудоемкостью обработки, следует помещать в меньшие по вместимости грузовые помещения, и наоборот.

Следует также учитывать, что на продолжительность обработки каждого грузового помещения оказывает влияние способ укладки в нем грузов. Необходимо стремиться размещать грузы так, Чтобы обеспечить наиболее широкий фронт выполнения грузовых работ. Кро­не учета трудоемкости переработки грузов при их размещении на судне, необходимо также принимать во внимание специализацию складской площади порта и производительность той или иной технологической схемы погрузки груза. Время, затрачиваемое на погрузку одного и того же вида груза, будет различным в зависимости от возможности при­менении технологической схемы, обеспечивающей большую или мень­шую производительность.

Распределение грузов по грузовым помещениям значительно услож­няется, если судно принимает грузы для нескольких портов назна­чения. Груз, выгружаемый в первом порту, должен находиться сверху, а в последующих портах — соответственно ниже. При этом желательно размещать грузы, следующие в один порт, в возможно большем числе грузовых помещений, чтобы трудоемкость грузовых операций по каждому люку судна в каждом порту была приблизительно оди­накова; необходимо, однако, иметь в виду, что в некоторых случаях это положение может оказаться неправильным. Например, при обработке судов в иностранных портах следует руководствоваться пра­вилом кратности количества выгружаемых тонн груза величине норм выгрузки на одну смену. Дело в том, что оплата труда докеров про­изводится повременно. Вместе с тем необходимость перехода бригады докеров с одного люка на другой, как правило, сопряжена с больши­ми потерями времени, что снижает производительность работ и увели­чивает расходы. Особенно внимательно этот вопрос должен решаться применительно к судам линейного плавания, работающим по расписа­нию. Несоблюдение условия кратности может повлечь за собой боль­шие расходы, связанные с оплатой сверхурочных работ, вызванных необходимостью соблюдения сроков стоянки судна в порту выгрузки.

При составлении грузового плана на несколько портов выгрузки необходимо предусматривать возможность приема груза в промежу­точных портах захода и выгрузки ранее погруженных грузов в сле­дующем порту. Наличие груза в промежуточных портах выгрузки осложняет поиски рационального размещения груза. Во избежание излишней перегрузки грузов следует особо тщательно проверить из­бранный вариант их размещения применительно к условиям очеред­ности погрузки и выгрузки грузов в зависимости от последовательно­сти захода судна в порты. В некоторых случаях целесообразно пойти на увеличение дальности перехода за счет несоблюдения географиче­ской последовательности заходов в порты назначения, если это окупается сокращением расходов на обработку судна и экономией времени его стоянки под грузовыми операциями.

Оптимальное размещение грузов, предназначенных для доставки в разные порты, облегчается при использовании твиндечных судов. В этих условиях увеличивается возможность наилучшего распределе­ния груза с учетом комплекса требований, предъявляемых к за­грузке судна.

Условия разработки грузового плана показывают, насколько слож­на эта задача, решение которой определяется множеством разнородных факторов. От правильности ее решения зависит безопасность пла­вания судов, эффективность их использования, а также сохранность перевозимых грузов. Обобщение опыта морской перевозки грузов и результатов научных исследований позволило выявить ряд общих принципов, выполнение которых позволяет соблюсти основные требо­вания оптимальной загрузки судов.

Обычно грузовой план морского судна составляют предварительно до предполагаемой даты его погрузки. Такой план принято на­зывать предварительным. Подготовка предварительного грузового плана позволяет наиболее тщательно проработать условия загрузки судна и выбрать наилучший вариант размещения груза на судне. Кроме того, построение предварительного плана до начала погрузки позволяет заблаговременно подготовить груз, на­метить наиболее рациональную технологическую схему выполнения грузовых операций, что является важным условием проведения по­грузки судна в минимальные сроки. Следует, однако, отметить, что иногда невозможно подготовить груз заблаговременно из-за приме­нения прямого варианта загрузки судна по схеме вагон - судно.

К началу погрузки судна и даже в процессе ее проведения могут произойти изменения в составе грузов, неизбежно влекущие за собой корректировку предварительного грузового плана. Причины этих изменений различны. Так, например, необходимость корректировки предварительного грузового плана может возникнуть из-за несвоевре­менной подачи груза, недоброкачественности тары, запрещения по­грузки того или иного груза властями, неправильного обмера груза, изменения технического состояния судна и т. д. Поэтому в процессе грузовых операций может потребоваться перекомпоновка грузов, как по количеству, так и по наименованиям. В результате связанного с этим изменения предварительного плана составляется исполнитель­ный грузовой план, в котором отражается фактическое размещение грузов па судне.

Построение предварительного и исполнительного грузовых планов не имеет существенных отличий. Значительные различия между пред­варительными исполнительным грузовыми планами, как правило, возникают при погрузке на судно мелких разнородных партий. При перевозке на судне массовых однородных грузов предварительный и исполнительный грузовые планы обычно совпадают. Поэтому со­ставление грузовых планов судов, перевозящих массовый однородный груз, не вызывает затруднений. Действительно, в этом случае распре­деление груза по помещениям судна производится сравнительно про­сто, и нет необходимости выполнять несколько вариантов расчетов, как это делается при погрузке мелких партий генеральных грузов. Однако перевозка массовых грузов обладает своей спецификой, кото­рую необходимо учитывать при составлении грузовых планов судов, перевозящих эти грузы. К числу массовых грузов относятся лесные, навалочные и наливные грузы и такие штучные грузы, как сахар-сы­рец, волокнистые, рис, каучук и многие другие.

При выполнении перевозок ГИФ, а также при перевозке импорт­ных грузов предварительный грузовой план составляет морской агент, обслуживающий советские суда в иностранном порту. Для успешного составления предварительного грузового плана агент должен иметь исчерпывающую информацию о судне, о сроках постановки его под погрузку. Предварительный грузовой план утверждает капитан судна до начала грузовых работ, и любые изменения, вносимые в него, могут быть допущены только с разрешения капитана.

 

РАСЧЕТ И СОСТАВЛЕНИЕ ГРУЗОВОГО ПЛАНА

 

Составление грузового плана сводится к решению задач по наилуч­шему размещению грузов на судне, которое должно производиться в такой последовательности:

1) определение количества грузов, которое может быть принято к перевозке на данный рейс;

2) подбор грузов, исходя из необходимости обеспечения полного использования грузоподъемности и грузовместимости судна или получения максимальной фрахтовой выручки;

3) расчет распределения веса по грузовым отсекам;

4) размещение грузов по отдельным грузовым помещениям;

5) определение, исправление и поверка дифферента на момент подхода;

6) определение, исправление и поверка остойчивости на момент подхода.

Для составления грузового плана необходимо располагать дан­ными о судне, условиях предстоящего рейса, грузе, портах погрузки и выгрузки. Основные данные о судне следующие: длина судна между перпендикулярами L┴┴; ширина судна по миделю В; высота борта Н; осадка в грузу Т; осадка порожнем Т0; количество тонн, изменяющее осадку на 1 см, t1; отстояние центра тяжести порожнего судна от ми­деля Xg и от киля Zg; водоизмещение судна в полном грузу D; водоизме­щение судна порожнем Do; скорость хода судна в грузу и в балласте Vrp; V6aл. Кроме того, для составления грузового плана следует знать нормы расхода рейсовых запасов в сутки на ходу и на стоянке, вместимость и высоту грузовых помещений, вместимость балластных и топливных танков, размеры люков. Необходимо также учитывать количество и грузоподъемность судовых грузовых средств. Важное зна­чение, при составлении грузового плана, имеет, знание условия пла­вания в предстоящем рейсе и характеристики грузов. К числу их относятся данные о зонах и сезонных районах для определения гру­зовой марки в период ре,йса, кратчайшее расстояние между портами погрузки и назначения, глубины в этих портах и т. п. Характе­ристика грузов должна включать сведения об их свойствах, таре, особенностях укладки и удельном погрузочном объеме. Располагая всеми этими данными, можно приступить к расчету и составлению грузового плана.

Чистой грузоподъемностью судна называют максимальное коли­чество тонн груза, которое может быть принято судном к перевозке при наличии на борту необходимых рейсовых запасов. Чистая гру­зоподъемность Dч определяется из выражения

Dч = DB - Сз (1.15)

где DB — полная грузоподъемность судна (дедвейт), показывающая суммарное количество грузов и рейсовых запасов, которое может принять судно;

Сз - общий вес рейсовых запасов.

Расчет чистой грузоподъемности судна на рейс производится в следующем порядке:

определяется весовое водоизмещение судна D в данном рейсе с учетом района и сезона плавания;

определяется полная грузоподъемность судна DB:

DB = D - DQ, (2 16)

где DQ — водоизмещение судна порожнем — вес судна с экипажем, полным снаряжением, с водой в котлах и в конденсаторах, но без груза и рейсовых запасов. Вес рейсовых запасов определяется из выражения

где gT — вес рейсовых запасов топлива;

gB — вес рейсовых запасов котельной и питьевой воды;

gпр — вес провизии и необходимого снабжения.

 

Задача I. Полная грузоподъемность судна составляет 7200 т; вес рейсовых запасов 850 т. Чистая грузоподъемность судна будет составлять

Dч = DB — G3 = 7200—850= 6350 т.

Значение расчетного водоизмещения зависит от максимальной осад­ки, которая определяется грузовой маркой в момент отхода судна. В случае, если судно в течение рейса переходит из одной зоны или рай­она в другие, особенно из районов с летней маркой Л в зону или район с зимней 3 или из района с тропической маркой Т в зону или район с маркой Л, оно при подходе в пункт перемены марки должно иметь такую осадку, которая соответствует грузовой марке повой зоны или района. В этом случае загрузку судна определяют с учетом расхода судовых запасов к моменту пересечения границ этих зон или районов.

Вес рейсовых запасов топлива и воды можно определить по фор­мулам:

Gт = gTx tx + g Тст tст

GВ = gвx tx + g вст tст (18)

где gTx, gвx — суточный расход топлива и воды на ходу;

gТст ; g вст — суточный расход топлива и воды на стоянке;

tст; tx — стояночное и ходовое время.

Ходовое и стояночное время судна в рейсе определяется по фор­мулам:

(19)

 

(20)

 

Задача 2. Определить чистую грузоподъемность судна в рейсе по следующим данным:

Водоизмещение в полном грузу....................... 11770 т

Водоизмещениепорожнем.............................. 3610 »

Суточный расход топлива:

на ходу........................ 40 »

на стоянке....................... 5 »

Суточный расход воды и других припасов:

на ходу........................ 10 »

на стоянке....................... 5 »

Грузовместимость киповая................. 9159 м3

Расстояние перехода.................... 3200 миль

Скорость хода в грузу.................. 14 узлов

Грузовая марка на всем пути следования .......... летняя

При составлении и расчете грузового плана в ряде случаев недос­таточно знать лишь чистую грузоподъемность судна. Часто приходит­ся определять количество груза по осадке судна, количество груза при заданной осадке и осадку при заданном количестве груза, изме­нение осадки или грузоподъемности при загрузке судна по различ­ные марки, изменение осадки при переходе из морской воды в прес­ную и наоборот. Все эти вопросы быстро решаются при помощи гру­зовой шкалы (рис. 54), представляющей собой ряд вертикальных ко­лонок, на которых нанесены шаговые значения осадки, водоизмеще­ния, полной грузоподъемности, высоты надводного борта и числа тонн на 1 см осадки. Задача 3 показывает порядок пользования грузовой шкалой.

 

Задача 3. На судно было погружено некоторое количество груза. Осадка после этого составила 5 м. Определить, насколько изменится осадка судна, если оно примет дополнительно 350 т груза. Пользуясь грузовой шкалой (рис. 54), можно видеть, что при осадке 5 м водоизмещение судна составляет 4600 т, гру­зоподъемность — 2650 т, а число тонн, изменяющих осадку на 1 см, — 9,8 т. Следовательно, при приеме на судно дополнительно 350 т груза его осадка увеличится на 350 : 9,8 = 36 см и будет составлять 5 + 0,36 = 5,36 м.

 

Задача 4. Определить пол­ную грузоподъемность судна при загрузке его по зимнюю грузовую марку, если Тл = 5,53 м; D = 5250 ти t1= 10,5 т.

При переходе от летней грузовой марки на зимнюю, осадка судна изменится на величину

ΔТ = = = 11,52 см

При уменьше­нии осадки, водоизмещение судна уменьшится на вели­чину ΔD = ΔТ t1 = 11,52 10,5 = 121 т и будет составлять D — Δ D = 5250 - 121 = 5129 т.

Количество грузов, при­нимаемых к перевозке, определяется из расчета полного использования грузоподъемности и грузо­вместимости судна и зави­сит от соотношения удель­ного погрузочного объема груза и и удельной гру­зовместимости судна ω. Удельная грузовмести­мость — количество куби­ческих метров грузовых помещений, приходящихся па 1 т чистой грузоподъем­ности. Если u < ω, то груз называют «тяжелым». В этом случае количество груза, принимаемого на судно, определяется величиной чистой грузоподъемности судна:

ΣqТ=Dч, (21) где ΣqТ — суммарный вес тяжелых грузов, т. При загрузке судна только тяжелыми грузами грузоподъемность судна может быть исполь­зована полиостью, а грузовместимость частично остается неиспользо­ванной.

Если u < ω, груз принято называть «легким», а количество груза, принимаемогона судно, определяется величиной его грузовмесгимости:

(22)

В этом случае полностью используется только грузовместимость судна, а грузоподъемность его недоиспользуется.

Наиболее выгодна, сточки зрения эксплуатации судна, такая за­грузка, при которой полностью используется и грузоподъемность и грузовместимость судна. Это может быть достигнуто при погрузке на судно однородного груза, удельный погрузочный объем которого равен удельной грузовместимости судна:

u = ω

Задачу, полного использования грузоподъемности и грузовмес­тимости судна можно решить также путем подбора разнородных грузов таким образом, чтобы их удельный погрузочный объем в среднем был равен удельной грузовместимости судна.

Если имеются два разнородных груза с различным удельным погрузочным объемом и имеется возможность взять любое количество каждого из них, задача полного использования Dч и W сводится к решению системы двух уравнений;

где qТ , и qл — количества тяжелого и легкого грузов;

uт и uл — удельные погрузочные объемы тяжелого илегкого грузов.

Умножив первое уравнение на ит или uл, вычитая почленно вто­рое уравнение из первого, получим:

(23)

(24)

или

 

Задача 5. Необходима загрузить судно (данные из примера 2) чугуном в чушках (u = 0,23 м3/т) и джутом в кипах (и = 3,10 м3/т) таким образом, чтобы были полностью использованы грузоподъемность и грузовместимость.

Количество подлежащего погрузке тяжелого груза

Количество легкого груза

При большом количестве разнородных грузов задача полного использования грузоподъемности и грузовместимости судна значи­тельно усложняется. Для примера можно привести расчет для четырех видов разнородных грузов, принимаемых судном двух тяжелых грузов q1 и q2 с удельным погрузочным объемом u1 и u2 и двух лег­ких грузов q3 и q4 . Причем u1 < u2 и u3 < u4 . Сначала определяется общее количество тяжелых грузов:

(25)

Общее количество легких грузов составит

(26)

Количество наиболее тяжелого груза

(27)

Количество другого тяжелого груза составит

(28)

Подобным образом определяется количество каждого легкого груза:

(29)

(30)

На практике часто случается, что к погрузке предъявляют опре­деленное количество обязательного груза и представляют возможность догрузить судно другими грузами. Грузы, количество которых зада­ется и не может изменяться, называют обязательными. В этом случае расчет производится следующим образом:

определяют оставшиеся неиспользованными после погрузки обяза­тельных грузов грузовместимость и грузоподъемность судна;

определяют по формулам либо по универсальному графику ком­плектации грузов количество факультативных грузов.

Задача по определению веса тяжелого и легкого грузов для пол­ного использования грузоподъемности и грузовместимости может быть решена на универсальном графике комплектации грузов, который пригоден при расчетах для любого судна при любой грузоподъемнос­ти и грузовместимости. Универсальный график изготавливается ти­пографским способом в виде бланка, на котором нанесены (рис. 55): вертикальная шкала значений грузовместимости W, м3; горизонтальная шкала значений чистой грузоподъемности D4, г; три вертикаль­ных шкалы погрузочных объемов груза, м3/т. Порядок пользования универсальным графиком показан в задаче 6.

Задача 6. Дано: D4 = 7500 г, W = 9200 мя; ил = 3,2 м3/т; uТ = 0,25 м3/т. Определить количество тяжелого и легкого груза и их объемы для исполь­зования грузовместимости и грузоподъемности судна.

 

1. Для решення этой задачи на горизонтальной оси отмечается точка к', которая соответствует значению Dч = 7500 г; на вертикальной оси отмечает­ся точка k", соответствующая значению W = 9200 м3. Из точки к' восстанавливается перпендику­ляр до пересечения в точке А с горизонталью, проведенной из точки k".

2. Начало координат (точка 0) соединяется лучами с точка­ми п' и п"; которые соответ­ствуют значениям uт = 0,25 м3/ти uл - 3,2 m3/t.

3. Из точки А проводится дополнительная линия, парал­лельная лучу легкого груза, до пересечения с лучом тяжелого груза в точке т.

4. Проекция точки тна горизонтальную шкалу дает точ­ку т '. Отрезок оm’ даст значе­ние веса тяжелого груза; в дан­ном задаче qT = 4900 т. Отре­зок m'k' дает значение веса лег­кого груза; в данном примере vл = 2600 т.

5. Проекция точки тна вертикальную шкалу (точка т") дает значения объема грузов, т. е. отрезок 0т" соответствует vT =1350 м3 а отрезок т" k" соответствует vл = 7850 м:3.

 

Рис. 55. Универсальный график комплектации грузов

 

Правильная загрузка суд­на обычно подразумевает пол­ное использование его грузоподъемности и грузовместимости, одна­ко иногда целесообразнее определять количество груза исходя из условий наибольшей фрахтовой выручки.

 

Задача 7.Судну с чистой грузоподъемностью 3000 т и грузовместимостью 4500 м3 предложено перевезти ГИФ на выбор: чугунные изделия с удельным по­грузочным объемом иТ = 0,75 м3/Т при фрахтовой ставке 10 шиллингов за тон­ну или хлопок с удельным погрузочным объемом

ил = 2 м3/тпри фрахтовой ставке 30 шиллингов за тонну.

1. Количество тяжелого груза - чугуна илегкого груза - хлопка для полного использования грузоподъемности и грузовместимости рассчитывиется по формулам:

Фрахтовая выручка за перевозку 1200 г чугуна составит 1200 10 = 12000 шиллингов. Фрахтовая выручка за перевозку 1800 г хлопка составит 1800 30 = 54 000 шиллингов. Всего за рейс - 66 000 шиллингов.

2. Если принять к перевозке только чугун, то фрахтовая выручка составит 3000 10 = 30 000 шиллингов.

3. Если принять к перевозке только хлопок, то его вес составит 4500 м3 : 2 м3/т = 2250 т, а фрахтовая выручка 2250 30 = 67 500 шиллингов.

Как видно из этого примера, при заданных условиях фрахтовая выручка при перевозке одного хлопка будет наибольшей, хотя гру­зоподъемность судна используется неполностью.

Основные требования при составлении грузового плана сводятся в конечном счете к обеспечению безопасности судна и экипа­жа и сохранности принятого к перевозке груза. В случае, если какие-либо из этих требований не будут удовлетворены, даже при наилуч­шей, с точки зрения экономических выгод, загрузке судна, такой гру­зовой план не может быть принят к исполнению.

После определения общего количества груза, принимаемого к пере­возке, приступают к распределению груза по грузовым помещениям. Основными факторами, влияющими на это распределение, являются обеспечение продольной прочности судна, создание требуемого диф­ферента и обеспечение необходимой остойчивости судна. Известно, что судно на плаву подвергается воздействию двух систем сил: сис­темы сил веса, направленных, вниз, и системы сил поддержания, на­правленных вверх. Распределение этих сил по длине судна неодина­ково. В одних местах силы веса превышают силы поддержания воды, в других —наоборот. Поэтому на корпус судна действуют изгибающие моменты и срезывающие усилия, которые возрастают при плавании на волнении. Обеспечение продольной прочности судна в значительной мере зависит от распределения весовой нагрузки по длине судна. Цель этого распределения—уравновесить силы веса и силы поддержа­ния по отдельным участкам длины суднй. Для этой цели в средние, как правило, большие по размерам грузовые помещения следует по­мещать большее по весу количество груза; не рекомендуется перегруз­ка концевых грузовых помещений. На практике распределение гру­за по весу в отдельные грузовые помещения производится пропорцио­нально их вместимости. В настоящее время суда снабжаются спе­циальной инструкцией о распределении груза по грузовым отсекам в процентах от общего веса принимаемого на судно груза. Составля­ется несколько вариантов загрузки судна в зависимости от рода груза и его веса.

Количество груза для каждого грузового помещения можно опре­делить также по формуле

(31)

или

где Рт — количество груза для данного грузового помещения, т;

Wr — грузовместимость данного помещения, м3;

Q - количество груза, погружаемого на судно, т; W грузовместимость судна, м3; ω - удельная грузовместимость, м31т.

 

Задача 8.

Требуется распределить общее весовое количество грузов, принимаемых судном, по грузовым помещениям при условии

Dч = Q = 7200 т.

В трюм № 1 следует поместить

В твиндек трюма № 1

В трюм No 2

и т. д.

В результате по отдельным помещениям судна груз распределится следующим образом, т

При распределении груза внутри трюма или твиндека необходимо учитыватьсохранение местной прочности в отдельных конструктив­на умахи связях корпуса, палубы, люков и т. п. Считается, что полнаянагрузка в тоннах на 1 м2 площади палубы не должна превышать высоты данногогрузового помещения в метрах. Например, если высота трюма равна 6 м, то допустимая нагрузка на 1 мг пайола не должна превышать 6 т.

Остойчивостью судна называется его способность восстанавливать вертикальное положение после того, как оно было выведено из этого состояния поддействием внешних сил. Сохранение необходимой остой­чивости — одно из осиовых условий обеспечения безопасности пла­вания судна. В эксплуатационной практике часто случается, что суда перевозят разнообразные по весу и объему грузы; специализирован­ные суда принимают к перевозке не тот груз, для которого они пред­назначаются; в ряде случаев груз размещается на палубе. Кроме того, не всегда суда следуют с полной нагрузкой. Таким образом, если на практике встречается такой вариант загрузки, который отличается от оптимального варианта для данного судна, необходи­мо произвести поверку остой­чивости судна.

Остойчивость судна опре­деляется взаимным располо­жением центра тяжести ц. т. судна G и поперечного мета­центра М. Мерой остойчиво­сти является мета центричес­кая высота, т. е. расстояние от центра тяжести до попереч­ного метацентра. Каждый тип судна имеет свои пределы зна­чений метацентрической вы­соты, при которых обеспечи­вается остойчивость. Так, например, большие пассажир­ские суда - 0,3 - 1,5 м, сред­ние пассажирские - 0,6 - 0,8, средние грузовые - 0,3 - 1,0 и большие грузовые - 0,3 - 1,5 м. Метацентрическая высота судна h (рис. 56) опре­деляется из выражения

h=Zn-Zg. (32)

При наличии на судне диаграммы плавучести и начальной остой­чивости (рис. 57) определение отстояния поперечного метацентра от киля не представляет затруднений.

Рис.56. Расположение центра тяжести и поперечного метацентра:

На этой диаграмме по осадке иливодоизмещению судна даны:

шкала числа тонн на 1 см осадки;

кривая отстояния центров тяжести от миделя;

кривая поперечных метацентрических радиусов;

кривые коэффициентов полноты водоизмещения;

кривая продольных метацентрических радиусов и другие кривые, характеризующие остойчивость и дифферент судна.

При отсутствии этой диаграммы значение метацентрической высоты можно вычислить по формулам. Для этого прежде всего следует опре­делить величину поперечного метацентрического радиуса по прибли­женной формуле

(33)

гдеВ — ширина судна;

Т — осадка судна.

 

Рис.57. Диаграмма пловучести и остойчивости

 

Затем определяют отстояние центра величины от грузовой ватер­линии по эмпирической формуле

(34)

где Т — осадка судна;

V — объемное водоизмещение;

S — площадь действующей ватерлинии.

В свою очередь площадь действующей ватерлинии можно найти по формуле

(35)

где t1 — число тонн, изменяющее осадку судна на I см;

у — удельный вес забортной воды.

Определив отстояние центра величины от киля по формуле

Z0 = T - Za, (36)

можно определить отстояние поперечного метацентра от киля:

Zм = ρ + Zc (37)

Для расчета метацентр и ческой высоты нужно знать также значе­ние величины отстояния центра тяжести судна от киля, которая опре­деляется по формуле

(38)

где Σ qn zn — суммарный момент отдельных партий груза относитель­но киля;

D0Zg - момент порожнего судна относительно киля;

D — полное водоизмещение судна;

Zg0 — удаление ц. т. порожнего судна от киля;

qn — вес отдельных партий груза и запасов;

zn— удаление их центров тяжести от киля.

 

Значение величины Zg0 может быть определено по приближенной формуле

Zg0 =kH (39)

где H — высота борта судна;

к — коэффициент, значение которого зависит от типа судна. (Грузовые трехостровные суда — 0,64, углевозы с полуба­ком и ютом — 0,69, грузо-пассажирские суда — 0,68).

Задача 9.

1. Величина метацентрического радиуса

2. Площадь действующей ватерлинии

3. Отстояние центра величины от ватерлинии

4. Отстояние центра величины от киля будет составлять

5. Остояние поперечного метацентра от киля

Задача 10. Пользуясь данными примера 9, определить отстояние центра тяжести груженого судна от киля и его метацентрическую высоту.

1. Отстояние центра тяжести порожнего судна от киля составляет

2. Расчет статических моментов относительно киля ведется в табличной форме (табл. 24).

 

Таблица 24

Судовые помещения Dec грузов н запасов, Т Отстояние центра тяжести ог киля, м Статический момент относительно киля, Тм
Трюм № I ........ Твиндек № l ...... Трюм № 2 ........ Твиндек № 2 ....... Трюм № 3 ........ Твиндек № 3....... Трюм № 4 ........ Твиндек N° 4....... Бункер .......... Цистерны с водой 500 700 7,0 3,6 7,0 3,6 7,0 3,6 7,0 3,6 3,1 0,6
    = 36560 тм

3, Отстояние центра тяжести груженого судна от киля

4, Метацентричсская высота

При расчете метацентрической высоты необходимо учитывать влияние сво­бодного уровня жидкости в танках или цистернах судна, наличие которого

уменьшает метацентрическую высоту.

Величину этого уменьшения можно определить по формуле

(40)

где i — момент инерции уровня свободной поверхности жидкости, м3;

уж _ удельный вес жидкости;

D — водоизмещение судна.

 

Величину i для танков и цистерн прямоугольной формы можно рассчитать по формуле

(41)

где l — длина танка или цистерны;

b — ширина танка или цистерны.

 

В случае, если на судне имеется несколько свободных уровней жидкости (не заполненных полностью цистерн или танков), величина рассчитывается для каждого свободного уровня и уменьшается на величину ΣΔh =Δh1 + Δh2 + … + Δhn .

Задача 11.По данным примеров 9 и 10 исправить метацентрическую высо­ту за счет влияния свободной поверхности жидкости (топлива, находящегося в танке). Размеры танка: l = 12 м; b — 15 м; γ = 0,95 т/м3.

1. Момент инерции уровня свободной поверхности жидкости в танке

2. Уменьшение метаценгрической высоты

3. Исправленная величина метацентрической высоты

Если после расчета отстойчивости окажется, что метацентрическая'высота выходит за установленные для данного судна пределы, то перемещением части груза по высоте можно обеспечить необходимую остойчивость судна, так как такое перемещение вызовет изменение положения центра тяжести,судна отно­сительно киля.

Вес подлежащего перемещению груза Δq определяется по формуле

(42)

где п — число сантиметров, на которое необходимо изменить высоту центра тяжести;

z — плечо перемещения груза по вертикали;

Mg — момент, изменяющий величину центра тяжести на 1 см (Mg = ).

Задача 12.Увеличить метацентрическую высоту судна (см. примеры 9 и 11) на 0,1 м.

Вполне очевидно, что для этого требуется понизить центр тяжести судна, опустив часть груза из твиндека в трюм. Расстояние перемещения груза z = 3,7 м. Момент, изменяющий высоту центра тяжести судна на 1 см,

Необходимое число тонно-метров

 

nMg= 10 x 97 = 970 тм;

Дифферентом судна называется разность осадок носом и кормой:

d = Тн — Тк

В зависимости от дифферента изменяются такие мореходные каче­ства судна, как ходкость и управляемость. Для большинства судов наилучшим является дифферент на корму. Оптимальная величина дифферента, которая способствует наилучшему проявлению мореход­ных качеств судна, выявляется в процессе эксплуатации судна, пу­тем обобщения наблюдений за его ходкостью и управляемостью при различных значениях дифферента.

При составлении грузового плана необходимо определять диффе­рент судна в порту отправления, исправлять его в случае необхо­димости и проверять на подходе к порту назначения с учетом расходова­ния рейсовых запасов. Дифферент зависит от расположения грузов и запасов по длине судна и появляется в том случае, если центр тяжес­ти и центр величины судна не находятся на одной вертикали. Если центр тяжести судна расположен ближе к корме по отношению к центру величины, то дифферент будет на корму, если центртяжесту ближе к носу, то дифферент будет на нос. Дифферент на корму назы­вают отрицательным, а дифферент на нос — положительным. Следо­вательно, дифферент судна зависит от величины дифферентующего момента, который равен

(44)

где D - водоизмещение судна;

Xg — отстояние центра тяжести от миделя;

Хс — отстояние центра величины от миделя.

Разница Xg — Хс представляет собой плечо пары сил (т. е. рав­нодействующих сил веса и сил поддержания) и выражает расстояние, измеренное по горизонтали между центром тяжести и центром величи­ны. Если величина Xg — Хс имеет положительный знак, то диффе­ренту судна на нос, если отрицательный — на корму.

Положение центра величины Хc определяется по кривым элементов-теоретического чертежа судна. Величина Xg может быть определена из выражения

(45)

где Σqnxn — сумма моментов веса всего груза, погруженного на судно; D0X0 — момент порожнего судна относительно миделя;

qn — вес отдельных партий груза, погруженного в различ­ные помещения судна;

хп — отстояние центров тяжести каждой партии груза и запа­сов от миделя;

D0 —водоизмещение судна порожнем;

Хо — отстояние центра тяжести порожнего судна от миделя. Для определения дифферента необходимо знать удельный диф-ферентующий момент Mt , т. е. момент, изменяющий дифферент на 1 см при данном водоизмещении судна. Значение удельного дифферен­тующего момента определяется по кривым элементов теоретического чертежа судна. Для приближенных расчетов его можно вычислить по формуле

или для очень приближенных расчетов

(46)

где R -продольный метацентрический радиус, который практи­чески равен продольной метацентрической высоте и мо­жет быть вычислен по формуле

(47)

Фактический дифферент судна можно рассчитать по формуле

(48)

Задача 13.По данным примеров 9 и10 рассчитать дифферент судна; рас­стояние от центра величины до миделя определено по кривым элементов теоре­тического чертежа судна и равно Хс = -1,0 м. Расстояние центра тяжести порожнего судна от миделя Хо = -2 м.

1. Статические моменты относительно миделя рассчитывают в табличной форме (табл. 25).

Таблица 25

2. Расстояние от центра тяжести груженого судна до миделя

3. Продольный метацентрнческий радиус

4. Удельный дифферентующий момент

5. Дифферентующее плечо

6. Дифферентующий момент

7. Дифферент судна

При предварительном распределении груза по грузовым помещениям не всегда удается получить желательную величину дифферента. Для изменения диф­ферента следует переместить часть груза из кормовых грузовых помещений в но­совые или наоборот. Зная расстояние между отдельными грузовыми помещения­ми ивеличину удельного дифферентующего момента, можно подсчитать, какое количество груза следует переместить, чтобы получить заданный дифферент. Расчет производится по формуле

(49)

где АР — количество груза, подлежащего перемещению для исправления диф­ферента;

хпер — расстояние (плечо) перемещения груза;

Δd — число сантиметров, на которое следует изменить дифферент.

 

Задача 14.Судно (см. пример 13) следует удифферентовать таким об разом, чтобы оно было на ровном киле. Для этого решено переместись часть груза из твиндека№ 4 в твиндек № 2, расстояние между центрами которых составляет 71 м. Удельный дифферентующий момент 142 тм/см.

Количество груза, подлежащего перемещению, равно

Если вместимость грузовых помещений судна использована полностью, то для создания нагрузки ΔР взаимно перемещают части легкого н тяжелого гру­зов. Весовое количество этих грузов можно определить по формулам:

 

(50)

где ΔPЛ — вес легкого груза;

ΔРТ — вес тяжелого груза;

иЛ — удельный погрузочный объем легкого груза;

иТ — удельный погрузочный объем тяжелого груза.

 

Задача 15.Твиндек № 4 (см. примеры 13 и 14) полностью загружен гру­зом погрузочный объем которого ит = 0,5 м3/т, твиндек № 2полностью загружен грузом, у которого ил = 2,6 м3/т. Определить, какое количество тяжелого и легкого груза следует поменять местами, чтобы судно было на ровном киле.

Вес подлежащего перемещению легкого груза

Вес подлежащего перемещению тяжелого груза

Таким образом, для исправления дифферента нужно переместить из твинде­ка № 4 в твиндек № 2 35 т тяжелого груза, а в обратном направлении - 7т легкого груза.

На практике иногда необходимо рассчитать величину дифферента на момент прихода судна в порт назначения с учетом расхода рейсовых запасов. Для этой целирассчитывают значении нового водоизмещения судна путем вычитания из величины водоизмещении, которое имело судно на момент выхода в рейс, веса израсходованных рейсовых запасов. Для полученного водоизмещения находят новые значения Хс, Xg, Mt и d рассмотренным выше методом.

Для определения остойчивости и дифферента необходимо знать по­ложение центров тяжести грузов, принятых судном. Определение центров тяжести — наиболее трудоемкая задача, которую нужно ре­шить при составлении грузового плана. Если грузовое помещение полностью загружено однородным грузом, то положение центра тя­жести груза совпадает с положением центра тяжести грузового поме­щения. В случае загрузки разнородными грузами приходится под­считывать положение центров тяжести отдельно для каждой партии груза при помощи масштабного чертежа судна (рис. 58). На этом черте­же все грузовые помещения разбиты па клетки с установленным объем­ным масштабом. По каждому грузовому помещению подсчитываете я количество клеток. В трюмах, где расположен туннель гребного вала, число клеток определяется, отдельно для района туннеля и над тунелем.

Рис. 58 Маштабный чертеж судна (грузовой план)

Объемный масштаб клеток рассчитывается отдельно для каждого грузового помещения по формуле

(51)

где m — объемный масштаб грузового помещения;

Wr — объем грузового помещения, мг;

N — количество клеток.

Масштаб клетки для района над туннелем гребного вала и для рай-|на туннеля вала определяется соответственно по формулам:

(52)

(53)

где mНТ; mт — масштаб клеток над туннелем и в районе туннеля;

Nн.T ; NT — число клеток над туннелем и в районе туннеля.

 

Для того чтобы определить объем трюма, занятый грузом, нужно объем груза Vrp разделить на масштаб клетки, а полученное количес­тво клеток N отсчитать и очертить на масштабном чертеже:

(54)

Таким образом, место каждого груза на чертеже будет изображено в виде прямоугольника, а центр тяжести груза определяется на пересе­чении диагоналей, проведенных из углов этого прямоугольника. Изме­рив расстояния от найденных центров тяжести до миделя и киля и помножив их на масштаб чертежа, определяют суммарные моменты сил веса.

Центры тяжести грузов так же, как остойчивость и дифферент, можно определить при помощи диаграммы и прибора проф. Г. Е. Павленко судовой линейки Л. Ф. Мироненко. Расчет грузового плана по гим методам обладает высокой точностью и значительно сокращает Затраты времени. В настоящее время расчеты, связанные с проверкой фочности, остойчивости и дифферента судна, не вызывают особых Затруднений, так как все отечественные суда снабжены соответствую­щими информационными материалами («Информация об остойчивости грузового судна»), содержащими типовые варианты загрузки судов, корректировка типовых вариантов загрузки в соответствии с конкрет­ными условиями рейса осуществляется довольно просто. На ряде су­дов отечественного флота в настоящее время установлены специаль­ные приборы, определяющие дедвейт, прочность, дифферент, метацентрическую высоту в зависимости от размещения груза и запасов на судне. Так, например, на некоторых современных судах имеется при-)р (сталодикатор), позволяющий определить в течение нескольких шнут правильность загрузки судна.

Наличие приборов контроля нагрузки и остойчивости судой, 3 также подробной информации по типовым вариантам их загрузки зна­чительно снизило трудоемкость расчетов, связанных с обеспечением необходимых мореходных качеств судов. На практике могут встре­титься самые разнообразные варианты загрузки судна, и поэтому не­возможно дать какие-либо готовые рецепты составления оптимального грузового плана судна. В конечном счете, все решает опыт и знания тех лиц, которые разрабатывают грузовые планы. Однако при всех случаях эксплуатационные преимущества, достигаемые при состав­лении планов загрузки судов, не должны быть получены за счет сни­жения безопасности плавания или сохранности грузов при их до­ставке.

В настоящее время в Украине и за рубежом предпринима­ются попытки составления грузовых планов судов с помощью мате­матических методов и использованием электронно - вычис­лительных машин.

Информация об остойчивости грузового судна позволяет сокра­тить затраты времени на расчеты, связанные с проверкой остойчивос­ти и дифферента, а результаты расчетов имеют более высокую точность по сравнению с использованием приближенных формул. Информация об остойчивости рассчитывается конструкторским бюро и выдается для пользования на суда в виде сброшюрованных таблиц и диаграмм установленной формы.

Материалы, приведенные в информации, можно разбить на 4 раздела.

Выше представлены общая характеристика судна, т. е. исходные данные для составления грузового плана, а также рекомендации судоводите­лям но эксплуатации этого судна (мероприятия, проводимые для обеспечения остойчивости в различных условиях плавания, порядок расходования жидкого топлива, мероприятия, проводимые при обледенении, при плавании на большой волне и др.).

Далее содержатся расчетные данные для 10—12 типовых случаев загрузки судна. В качестве примера может быть приведено несколько случаев типовых, нагрузок судна.

Случай I —судно с полним грузомв трюмах и с полными запасами,

Gзап = 100%

Случай II —судно с полным грузом в трюмах, Gзап = 10%

Случай Ш — судно с полным грузом в трюмах и на палубе, G3nn = 100%.

Случай IV — судно без груза, G3ап = 100%.

Случай V —судно без груза, G3ап = 10%.

Данные расчетов для типовых нагрузок приводятся в справочной таблице для капитана, которую рекомендуется вырезать из Информации и держать на видном месте в штурманской рубке. В этой таблице для каждого случая нагруз­ки приводится заранее рассчитанное значение водоизмещения D, моментов отно­сительно киля и миделя, осадки Тср, значения начальной идопустимой метацен-трической высоты, а также другие сведения, связанные с остойчивостью судна. Кроме справочной таблицы, раздел II содержит расчетные бланки для всех типовых случаев загрузки судна. В этих бланках даны значения на­грузок qn (груза, топлива, запасов), находящихся в различных грузовых поме­щениях и цистернах; приводятся отстояния центра тяжести этих нагрузок от киля и миделя (Zn; Xn), подсчитаны статические моменты относительно киля и миделя (Σ zn qn; Σ xn qn), а также водоизмещение судна при данной нагруз­ке. Расчет моментов производится аналогично тому, как зто выполнено в при­мерах 10 и 13. В расчетных бланках для оценки остойчивости судна дано также значение контрольного статического момента Мz, которое получается из выра­жения

(55)

где Σ qn.. zn — момент относительно киля;

D — водоизмещение для данного случая нагрузки;

Z0 — отстояние некоторой условной плоскости, от основной плоскости (киля), которое рассчитано но специальным формулам норм отстойчивостн Ре­гистра и требуется для расчетов остойчивости с использованием диаграммы и таблицы допускаемых статических моментов.

В расчетных бланках приводится также значение Мz, исправленное за счет влияния свободных поверхностей жидкостей в цистернах, и допускаемыймомент Мzдоп . Таким образом, если действительная загрузка судна соответст­вует или близка К типовым случаям загрузки, то оценка остойчивости и диффе­рента производится без каких-либо расчетов либо с незначительной коррек­тировкой табличных данных. При эксплуатации судна бывает, однако, когда условии его загрузки значительно отличаются от приведенных на бланках случаев; тогда необходимо, пользуясь материалами разделов Ш и IV Инфор­мации об остойчивости, произвести расчет остойчивости и дифферента судна.

При нетиповых случаях загрузки расчет элементовостойчивости произво­дится на чистых бланках установленной формы, которые придаются к Информа­ции. Для проведения расчетов в разделе III имеются следующие справочные таблицы и диаграммы: чертеж размещения грузов, таблица данных по судовым цистернам, диаграмма допускаемых моментов, таблица допускаемых моментов

Рис. 59. Диаграмма допустимых моментов

 

Чертеж размещения грузов — это схематический разрез судна, на котором указаны отстояния центров тяжести грузовых помещений и цистерн от киля и миделя. На схеме нанесена сетка длин и высот, при помощи которой можно при­ближенно определить координаты грузов, находящихся в трюмах.

Таблица данных по судовым цистернам дает возможность, с учетом сведений о степени заполнения цистерн, определить поправку к моменту за счет влияния свободной поверхности жидкостей в этих цистернах.

Диаграмма допустимых моментов (рис. 59) дает наглядную графическую оценку остойчивости. На диаграмме по вертикали отложены значения контроль­ного момента Mz [см. формулу (55)], исправленные поправкой на влияние сво­бодных поверхностей жидкости, а по горизонтали снизу — весовое водоизмеще­ние для данной загрузки D и сверху — средняя осадка Тср. На поле диаграммы нанесены кривые значений метацентрической высоты h и три кривые максималь­но допускаемых моментов. На этих кривых нанесены значения минимально до­пускаемых метацентрических высот. Нижняя кривая, проведенная жирной ли­нией, является предельной кривой для судна без леса на палубе, верхняя—при наличии лесного груза на палубе; пунктирная линия — для судна в условиях обледенения. Для оценки остойчивости необходимо на горизонтальную ось диа­граммы моментов нанести значение D и провести из этой точки вертикальную ли­нию. На вертикальной оси наносится значение Mz и проводится горизонтальная линия. Если точка пересечения вертикальной и горизонтальной линий (точка А) будет лежать ниже кривой предельного момента, то остойчивость судна доста­точна, если выше, то остойчивость не соответствует требованиям норм остойчи­вости для этого судна. В этом случае следует принимать меры к улучшению остой­чивости путем перераспределения груза или приемки балласта.

Продолжая из точки А вертикальную линию до пересечения с кривой пре­дельных моментов, можно снять значение минимально допустимой метацентриче­ской высоты Адоп- Произведя интерполяцию между соседними кривыми мета­центрических высот, можно определить действительное значение h. Если рас­четная точка А ложится непосредственно на предельную кривую, то остойчивость считается достаточной. Однако следует помнить, что при появлении свободных уровней жидкости по мере расходования запасов топлива и воды во время рейса, а также при ошибках в'расчете точка А может оказаться выше предельной кри­вой, что недопустимо. Порядок расчета элементов остойчивости для нетипового случая загрузки с помощью Информации- об отстойчивости может быть показан на конкретном примере.

 

Задача 16.Произвести расчетную оценку остойчивости для судна, у кото­рого D = 4720 г; Do = 1570 т; Gзап = 380 г, пользуясь материалами Инфор­мации.

1. Определяется момент относител