Условия плавучести

Из теории плавучести известно, что на плавающее судно действуют силы тяжести и силы давления воды.

Вектор равнодействующей сил тяжести судна обозначается «» и условно приложен к центру тяжести судна (ЦТ), а линия его действия направлена вертикально вниз. Сила тяжести судна равняется сумме веса судна и всего что находится на судне: экипаж, запасы, груз и т. д. В теории корабля ЦТ судна обозначается буквой G.

Вектор равнодействующей сил давления воды (сил поддержания) обозначается буквой «Р» и условно приложен к центру величины (ЦВ).

Центром величины называется центр подводного объема судна (погруженного в воду). Центр величины обозначается буквой C.

Равнодействующая сил давления воды равна весу воды вытесненной подводной частью судна P=*V. Линия его действия направлена вертикально вверх.

У плавающего судна сила плавучести и сила веса судна равны между собой, расположены на одной вертикали и связаны основным уравнением плавучести:

где,

– весовое водоизмещение, (метрических тон – т).

V – Объем подводной части корпуса судна – объемное водоизмещение (кубических метров – м³).

– плотность воды, (тон на кубический метр – т/м ³).

У судна, плавающего без крена и дифферента:

где,

Xc – отстояние центра величины от миделя, в метрах.

Xg – отстояние центра тяжести судна от миделя, в метрах.

Yc – отстояние центра величины от диаметральной плоскости судна, в метрах.

Yg – отстояние центра тяжести судна от диаметральной плоскости судна, в метрах.

Если судно, имеет крен и/или дифферент, то условия расположения ЦТ и ЦВ на одной вертикали записывается как:

где,

Zg – возвышение центра тяжести судна над основной плоскостью.

Zc – возвышение центра величины над основной плоскостью.

Весовое водоизмещение – это суммарный вес порожнего судна, груза, всех судовых запасов и всего что находится на судне. Все веса, которые входят в весовое водоизмещение судна и учитываются для расчетов посадки и остойчивости судна называют статьями нагрузки. В процессе эксплуатации судна, грузовой помощник, аккуратно и тщательно ведет учет всех статей нагрузки и использует их при расчетах посадки и остойчивости судна.

Объемное водоизмещение V – это объем подводной части корпуса судна. В процессе эксплуатации оно снимается с соответствующей кривой элементов теоретического чертежа по средней осадке судна.

Грузовой размер – это кривая, изображающая зависимость водоизмещения от осадки.

Грузовая шкала – это зависимость водоизмещения от осадки, представленная в виде таблицы.

В грузовой шкале, для данных значений осадки, также, указаны дедвейт, высота надводного борта, число тонн на 1 см осадки, момент дифферентующий судно на 1 см, отстояние центра плавучести от миделя или кормового перпендикуляра, отстояние центра тяжести действующей ватерлинии от миделя или кормового перпендикуляра, возвышение поперечного метацентра над основной плоскостью.

Грузовая шкала строится для посадки судна на ровный киль и в предположении, что корпус судна не имеет деформаций. В действительности же судно может иметь дифферент и изгиб корпуса. В этих случаях, найденное по грузовой шкале водоизмещение, необходимо исправить соответствующими поправками. Применение поправок будет рассмотрено в соответствующих главах. Единой формы представления грузовой шкалы не существует, поэтому на судах можно встретить различные ее варианты. На рисунке 4 изображен пример грузовой шкалы.

Для морских судов грузовая шкала строится для плотности морской воды 1,025 т/м³.

Рисунок 4. Пример Грузовой шкалы.

Необходимо отметить, что каждый судоводитель, а особенно грузовой помощник, должен уметь работать с Грузовой шкалой, Гидроститическими кривыми и Информацией об остойчивости своего судна. Следует следить за состоянием Грузовой шкалы и чертежа с Гидростатическими кривыми, так как от постоянного использования, изображение грузовой марки, шкалы и кривые вытираются, бумага деформируется и коробится, а на месте сгибов рвется. Вследствие этого, показания, снимаемые с Грузовой шкалы и Гидростатических кривых, могут быть не точными и привести к серьезным ошибкам при расчетах. Если на судне имеется всего один экземпляр Грузовой шкалы и чертежа с Гидростатическими кривыми, то рекомендуется сделать несколько качественных копий и использовать их для работы, имея оригинал в запасе и для проверки, если возникнет необходимость.

Нормирование плавучести

Для того чтобы грузовое судно могло выдерживать, не опрокидываясь, воздействие ветра и волн, оно должно иметь достаточный запас плавучести.

Запасом плавучести называется объем водонепроницаемой части корпуса судна, расположенного выше соответствующей сезонной грузовой ватерлинии ГВЛ.

Запас плавучести определяет массу грузов (или воды), которую судно, плавающее по ГВЛ, может принять до полной потери плавучести.

Основным критерием запаса плавучести является высота надводного борта, достаточная для обеспечения безопасного плавания в определенных районах и в определенное время года.

Высота надводного борта устанавливается Классификационным обществом, осуществляющим надзор за техническим состоянием судна, на основании Международной конвенции о грузовой марке. Необходимо отметить, что требования данной конвенции, не распространяется на суда, которые осуществляют плавание исключительно в пределах Каспийского моря, Великих Американских озер и по реке Святого Лаврентия, по рекам Ла-Плата, Парана и Уругвай. Все данные о разрешенной для данного грузового судна высоте надводного борта указываются в Международном свидетельстве о грузовой марке (International Load Line Certificate), которое выдается Классификационным обществом.

На каждом грузовом судне, выполняющем международные рейсы, обязательно должен быть, как минимум один экземпляр последнего издания Международной конвенции о грузовой марке. В настоящее время действует Международная Конвенция о Грузовой Марке 1966 года, измененная протоколом 1988 года к ней (КГМ 66/88), пересмотренная в 2003 году) с поправками. (International Convention on Load Lines, 1966, as amended by the 1988 Protocol relating thereto (LL 66/88) (revised in 2003), as amended).

Для контроля высоты надводного борта в условиях эксплуатации на каждом борту грузового судна, на мидель-шпангоуте, наносят грузовую марку.

Фото грузовой марки сухогрузного теплохода, смешанного река-море плавания типа «Омский». Фото автора из личного фотоархива.

Грузовая марка

Грузовая марка наносится по правилам, изложенным в Международной конвенции о грузовой марке 1966 года, измененной протоколом 1988 года к ней (КГМ 66/88) (пересмотренной в 2003 г.) с поправками.

Правила предполагают, что характер груза и размещение груза, балласта, запасов и так далее, обеспечивают достаточную остойчивость судна и не создают в его конструкциях чрезмерных напряжений. Также соблюдаются требования по остойчивости и делению судна на отсеки.

Общая конструктивная прочность судна должна быть достаточной для осадки, соответствующей назначенному надводному борту.

Суда должны соответствовать стандартам остойчивости в неповрежденном состоянии, изложенным в Резолюции ИМО А. 749 (18) – Кодекс об остойчивости в неповрежденном состоянии для всех типов судов, принятом в ноябре 1993 г., дополненного поправками резолюцией Комитета по безопасности ИМО MSC.267(85) 4 декабря 2008 года и вступившего в силу 1 июля 2010 года. (Resolution A.749(18) – Code on Intact Stability for all types of ships covered by IMO instruments, November 1993, as amended by MSC.75(69) adopted in May 1998. This Code was updated by res. MSC.267(85) on 4 December 2008, expected applicable from 1 July 2010.)

Если специально не предусмотрено иное, то правила Конвенции о грузовой марке применяются к судам, кили которых были заложены или находились в стадии постройки на 1 января 2005 года и после этой даты.

Для судов, кили которых были заложены, или которые находились в стадии постройки на 1 января 2005 года, применяются требования Международной конвенции о грузовой марке 1966 года, измененной Протоколом 1988 года, принятым Международной конференцией по Гармонизированной системе освидетельствований и оформления свидетельств 1988 года.

Грузовая марка состоит из палубной линии, знака грузовой марки и марочной гребенки.

Палубная линия – это горизонтальная линия длиной 300 миллиметров и шириной 25 миллиметров. Наносится на миделе, с каждого борта судна. От верхней кромки палубной линии измеряется высота установленного надводного борта судна. Положение палубной линии и точка, от которой устанавливаются сезонные высоты надводного борта во всех случаях указывается в Международном свидетельстве о грузовой марке.

Грузовая марка – это специальный знак, который наносится на борта судна на мидель-шпангоуте и обозначает сезонные высоты надводного борта, установленные для данного судна в соответствии с Международной конвенцией о грузовой марке.

Он представляет собой круг с наружным диаметром 300 миллиметров и шириной 25 мм пересеченный по середине горизонтальной линией длиной 450 мм и шириной 25 мм. Верхняя кромка линии проходит точно через середину круга. Расстояние от верхней кромки горизонтальной линии до верхней кромки палубной линии обозначает минимально допустимую высоту летнего надводного борта судна. Над горизонтальной линией, слева и справа от круга, как правило, навариваются буквы, обозначающие Классификационное общество, осуществляющее надзор за данным судном. Должно быть не более четырех букв, являющихся начальными буквами названия организации. Высота букв 115 мм, а ширина 75 мм.

Данный круг также называют «Круг Плимсолла», получивший такое название в часть британца Самуэля Плимсолла, который приложил много усилий, для принятия в 1875 году британским парламентом первого закона, установившего минимальную высоту надводного борта для загруженных грузовых судов.

Марочная гребенка – это сочетание грузовых марок, размещенных соответствующим образом. Каждая марка обозначает грузовую ватерлинию, назначенную в соответствии с Конвенцией о грузовой марке. Каждая ватерлиния определяет высоту надводного борта, которую данному судну разрешено иметь в определенный период года, в определенной зоне и районе. Длина каждой грузовой марки 230 мм и ширина 25 мм. Ширина вертикальной линии, соединяющей грузовые марки также 25 мм. Марочная гребенка наносится на расстоянии 540 мм в нос от центра круга грузовой марки. Каждая грузовая марка обозначается буквой.

Рисунок 5. Грузовая марка судна длиной более 100 метров.

Применяются следующие грузовые марки:

S – (Summer Load line) – Летняя грузовая марка.

Летняя грузовая марка для морской воды (удельный вес 1,025 т/м³). Наносится в нос от вертикальной линии марочной гребенки на том же уровне что и горизонтальная линия круга грузовой марки.

W – (Winter Load line) – Зимняя грузовая марка.

Высота зимнего надводного борта определяется путем увеличения летнего надводного борта на 1/48 летней осадки. Наносится в нос от вертикальной линии марочной гребенки под летней грузовой маркой.

F – (Fresh Water Load line) – Грузовая марка для пресной воды.

Она показывает высоту надводного борта в пресной воде. Находится над летней грузовой маркой на расстоянии равном (в миллиметрах), где D – водоизмещение судна в морской воде с осадкой по летнюю грузовую марку, q – число тонн на один сантиметр осадки у судна в морской воде, загруженного по летнюю грузовую марку. Находится в корму от вертикальной линии марочной гребенки.

T – (Tropical Load line) – Тропическая грузовая марка.

Грузовая марка для плавания в тропических зонах в морской воде. Находится в нос от вертикальной линии марочной гребенки, над летней грузовой маркой, на расстоянии равном 1/48 летней осадки.

TF – (Tropical Fresh Water Load line) – Тропическая грузовая марка в пресной воде. Грузовая марка для плавания в пресной воде в тропических районах. Находится в корму от вертикальной линии над грузовой маркой для пресной воды на расстоянии равном 1/48 летней осадки.

WNA – (Winter Northern Atlantic Load line) – Зимняя грузовая марка для Северной Атлантики.

Зимняя марка для плавания в районах Северной части Атлантического Океана (севернее 36 – й параллели). Применяется только для судов длиной менее 100 м. Находится под зимней грузовой маркой на расстоянии 50 миллиметров.

Суда оборудованные, в соответствии с требованиями, установленными для судов перевозящих лес на палубе, могут иметь меньший летний надводный борт, чем суда того же типа, но не оборудованные для перевозки леса. Такие суда называют лесовозами, они имеют на бортах в дополнении к обычной еще и лесную марочную гребенку. Она наносится на расстоянии 540 миллиметров в корму от центра грузовой марки. Ширина линий 25 миллиметров. К условному обозначению марки с левой стороны прибавляется буква L.

Рисунок 6. Грузовая марка судна длиной менее 100 метров.

Применяются следующие лесные грузовые марки:

LS – (Summer Timber Load line) – Летняя лесная грузовая марка, определяемая верхней кромкой линии, отмеченной LS.

LW – (Winter Timber Load line) – Зимняя лесная грузовая марка, определяемая верхней кромкой линии, отмеченной LW.

LWNA – (Winter Northern Atlantic Timber Load line) – Зимняя лесная грузовая марка для Северной Атлантики, определяемая верхней кромкой линии, отмеченной LWNA.

LT – (Tropical Timber Load line) – Тропическая лесная грузовая марка, определяемая верхней кромкой линии, отмеченной LT.

LF – (Fresh Water Timber Load line) – Лесная грузовая марка для пресной воды летом, определяемая верхней кромкой линии, отмеченной LF и нанесенной в нос от вертикальной линии. Разность между лесной грузовой маркой для пресной воды летом и летней лесной грузовой маркой, представляет поправку для загрузки в пресной воде для других лесных грузовых марок.

LTF – (Tropical Fresh Water Timber Load Line) – Тропическая лесная грузовая марка для пресной воды, определяемая верхней кромкой линии, отмеченной LTF, нанесенной в нос от вертикальной линии.

Рисунок 7. Лесная грузовая марка судна длиной более 100 метров.