Нормирование остойчивости судов

Нормирование остойчивости эксплуатируемых, строящихся, а также капитально ремонтируемых и переоборудуемых судов регламентируется Правилами классификации и постройки морских судов (часть IV) Российского Регистра Судоходства в соответствии с Кодексом остойчивости неповрежденных судов всех типов, на которые распространяются документы ИМО (резолюция ИМО А.749 (18). Данные Правила (2005г.) предъявляют к остойчивости судов общие и дополнительные требования. Общим требованиям должны удовлетворять все суда, независимо от их назначения. Дополнительные требования дифференцированы в зависимости от назначения судна.

Общие требования к остойчивости дифференцированы в зависимости от района плавания судна.

Согласно Правил, если судно предназначено для плавания в ограниченном районе, то в основной символ класса добавлен знак I, II, IIСП, III или IIIСП. Для судов неограниченного района плавания никакого знака в символе нет.

I – плавание в морских районах на волнении с высотой волны 3%-ной обеспеченности 8,5 м, с удалением от места убежища не более 200 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 400 миль.

II – плавание в морских районах на волнении с высотой волны 3% -ной обеспеченности 7,0 м, с удалением от места убежища не более 100 миль и с допустимыми расстояниями между местами убежища не более 200 миль.

IIСП – смешанное (река-море) плавание на волнении с высотой волны 3%- ной обеспеченности 6,0 м, с удалением от места убежища:

- в открытых морях не более 50 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 100 миль;

- в закрытых морях не более 100 миль и с допустимым расстоянием между местами убежища не более 200 миль.

IIIСП – смешанное (река-море) плавание на волнении с высотой волны 3% -ной обеспеченности 3,5 м, с учетом конкретных ограничений по району и условиям плавания, обусловленных ветроволновыми режимами бассейнов, с установлением при этом максимально допустимого удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль.

III – портовое, рейдовое и прибрежное плавание в границах, установленных Регистром в каждом случае.

Предусмотренные ограничения определяют допустимые условия эксплуатации судна, обусловленные его остойчивостью и прочностью,которые указываются в Свидетельстве о годности к плаванию и в Классификационном свидетельстве.

Конкретные ограничения по району и условиям плавания судам смешанного (река-море) плавания IIIСПустанавливаются в виде географического названия бассейнов или их частей с указанием в необходимых случаях географической границы района плавания внутри бассейна, ограничений по удалению от места убежища и ограничений эксплуатации календарными сроками, или в виде указания рейса между конечными портами. При этом, для установления ограничений, учитывающих ветроволновые режимы бассейнов, используются данные специальной таблицы (табл. 3.7) либо данные из предоставляемых Регистру обоснований возможности эксплуатации судна в определенном районе или рейсе, выполненные по одобренной Регистром методике.

Вне зависимости от района плавания судам, остойчивость которых не отвечает требованиям части IV «Остойчивость», предъявляемых к судам, плавающим севернее параллели 66⁰30^/ с.ш., и южнее параллели 60⁰00^/ ю.ш., а также в зимнее время в Беринговом, Охотском морях и в Татарском проливе, либо в зимнее время в зимних сезонных зонах, установленных Правилами о грузовой марке морских судов, Регистром устанавливаются соответствующие ограничения внесением в Квалификационное свидетельство записи о недопустимости эксплуатации судна в вышеуказанных зимних сезонных зонах и акваториях.

3.16.1 Общие требования. Общие требования к остойчивости включают требования к, так называемому, критерию погоды, элементам диаграммы статической остойчивости, начальной метацентрической высоте, а также требования учета обледенения.

Остойчивость судов неограниченного и ограниченных I, II, IIСП и IIIСП районов плавания оценивается критерием погоды К = b/а, который считается достаточным, если площадь b равна или больше площади а, т.е. К >1 (рис. 3.36). При этом выполняются следующие условия действии ветра и волнения:

- судно находится под действием ветра постоянной скорости, направленного перпендикулярно к его диаметральной плоскости, которому соответствует плечо ветрового кренящего момента l_w1 (рис. 8.1);

- от статического угла крена Θ_w, вызванного постоянным ветром, и соответствующего точке пересечения горизонтальной прямой l_w1 с кривой восстанавливающих плеч l(Θ) под воздействием волн судно кренится на наветренный борт на угол, равный амплитуде бортовой качки Θ_1r (см. рис. 3.36);

- на накрененное судно динамически действует порыв ветра, которому соответствует плечо кренящего момента l_w2;

- вычисляются и сравниваются площади а и b, заштрихованные на рис. 8.1. Площадь b ограничена кривой l(Θ), восстанавливающих плеч, горизонтальной прямой, соответствующей кренящему плечу l_w2, и углом крена Θ_w2 = 50°, либо углом заливания Θ_f, либо углом крена Θ_c, соответствующим точке второго пересечения прямой l_w2 с кривой восстанавливающих плеч, в зависимости от того, какой из этих углов меньше. Площадь а ограничена кривой восстанавливающих плеч, прямой l_w2 углом крена, равным Θ_w1 – Θ_1r.

Таблица 3.7

Плечо

Рисунок 3.36 – К определению критерия погоды

Для метеорологических судов значение критерия погоды К является в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром; при этом рекомендуется, чтобы эта величина была не менее 1,5.

Статический угол крена Θ_w1 от действия постоянного ветра не должен превышать 16°, либо угла, равного 0,8 угла входа в воду кромки открытой палубы, в зависимости от того, какой из них меньше.

Плечо кренящего момента для всех углов крена l_w1, принимается постоянным и рассчитывается по формуле:

l_w1 = p_v A_v z_v /100g Δ,

где p_v- давление ветра, Па, определяемое по таблице 6.1 в зависимости от района плавания судна;

z_v - плечо парусности, м, принимаемое равным измеренному по вертикали расстоянию от центра площади парусности А_vдо центра площади проекции подводной части корпуса на диаметральную плоскость, или, приближенно, до середины осадки судна;

A_v - площадь парусности, м² ;

Δ - водоизмещение судна, т;

g- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Кренящее плечо l_w2 определяется по формуле:

l_w2 = 1,5 l_w1;

Для рыболовных судов длиной от 24 до 45 м давление ветра p_vв формуле может приниматься по таблице 8.2 в зависимости от расстояния zот центра площади парусности до ватерлинии.

Таблица 3.8

В площадь парусности должны быть зачтены проекции всех сплошных стенок и поверхностей корпуса, надстроек и рубок судна на диаметральную плоскость, проекции мачт, вентиляторов, шлюпок, палубных механизмов, всех тентов, которые могут оказаться натянутыми при штормовой погоде, а также проекции боковых поверхностей палубных грузов, включая лесной, перевозка которых на судне предусматривается проектом.

Для судов, имеющих вспомогательное парусное вооружение, площадь парусности свернутых парусов должна учитываться отдельно по чертежу бокового вида и включаться в общую площадь парусности сплошных поверхностей.

Парусность несплошных поверхностей лееров, рангоута (кроме мачт) и такелажа судов, не имеющих парусного вооружения, и парусность разных мелких предметов рекомендуется учитывать путем увеличения вычисленной для минимальной осадки d_min суммарной площади парусности сплошных поверхностей на 5% и статического момента этой площади относительно основной плоскости на 10%.

Для определения парусности несплошной поверхности у судов, подвергающихся обледенению, площадь и статический момент площади парусности сплошных поверхностей относительно основной плоскости рассчитывается для осадки d_min, увеличиваются в условиях обледенения соответственно на 10 и 20% или на 7,5 и 15% в зависимости от норм обледенения.

Применение приближенных приемов для учета парусности несплошных поверхностей мелких предметов не является обязательным. По желанию проектанта эти части парусности могут быть определены более детально. В этом случае при вычислении парусности несплошных поверхностей, засчитываемые габариты площади умножаются на коэффициенты заполнения K_v, которые принимаются по таблице 3.9.

Для рангоута, снастей и вант судов, не имеющих парусного вооружения, K_v принимается по таблице 3.10 в зависимости от отношения Z_o/b_o, где Z_o – возвышение точки крепления вант и мачт над фальшбортом и b_о – величина разноса вант у фальшборта.

Таблица 3.9

Таблица 3.10

Проекции надводной части корпуса, рубок и надстроек должны засчитываться с коэффициентом обтекания равным единице. Проекции конструкции крупного сечения, отдельно расположенных на палубе (труб, вентиляторов, мачт), должны приниматься с коэффициентом обтекания 0,6. При детальном подсчете площади парусности мелких предметов, несплошных поверхностей рангоута, такелажа, лееров, вант, снастей и т.п. следует принимать коэффициент обтекания равным единице. Если проекции отдельных частей площади парусности полностью или частично перекрывают одна другую, в расчет следует вводить площадь только одной из перекрывающих проекций.

Для расчета плеча кренящего момента от давления ветра плечо парусности z_v должно определяться как расстояние между центром парусности и центром площади проекции подводной части корпуса на диаметральную плоскость в прямом положении судна на спокойной воде. Положение центра парусности должно определяться способом, обычно применяемым для нахождения координат центра тяжести плоской фигуры.

Площадь парусности и ее статический момент должны вычисляться для осадки судна d_min . Элементы парусности при остальных осадках определяется пересчетом. Допускается пользоваться линейной интерполяцией, приняв вторую точку по осадке, соответствующую летней грузовой марке.

Амплитуда качки судна с круглым скуловым килем, град., вычисляется по формуле:

Θ_1r = 109kХ₁ Х_{2 ,}

где k - коэффициент, учитывающий влияние скуловых и/или

брускового килей; значение kпринимается равным 1, если кили отсутствуют;

Х₁ и Х₂ - безразмерные множители, определяемые от В/d и коэффициента общей полноты (δ) C_в соответственно (табл.3.11, 3.12);

r - параметр, определяемый по формуле r = 0,73+0,6(z_g – d)/d. Значение r не должно приниматься больше 1;

S - безразмерный множитель, определяемый в зависимости от района плавания судна и периода качки Т (табл.3.13), который рассчитывается по формуле

Т = 2сВ/ ,

где с = 0,373+0,023B/d – 0,043L/100;

h - исправленная метацентрическая высота (с поправкой на свободные поверхности жидких грузов).

Для судов, имеющих скуловые кили или брусковый киль, или то и другое вместе, коэффициент k определяется по таблице 8.8 в зависимости от отношения А_k/LB, в котором А_k – суммарная габаритная площадь скуловых килей, либо площадь боковой проекции брускового киля, либо сумма этих площадей, м² .

Таблица 3.11

Множитель Х₁

Скуловые кили не принимаются во внимание для судов, которые имеют в символе класса знаки категорий ледовых усилений ЛУ4 – ЛУ9 (суда, предназначенные для плавания в арктических водах).

Таблица 3.12

Множитель Х₂

Таблица 3.13

Множитель S

Таблица 3.14

Коэффициент k

При расчете амплитуды качки судна с острой скулой коэффициент k следует принимать равным 0,7.

Кроме выполнений условий по критерию погоды К, Правила Регистра предъявляют следующие требования к диаграмме статической остойчивости, начальной метацентрической высоте.

Так, площадь под положительной частью диаграммы статической остойчивости должна быть не менее, чем 0,055 м·рад до угла крена 30° и не менее, чем 0,09 м·рад до угла крена 40°. Дополнительно, площадь между углами крена 30°и 40° должна быть не менее 0,03 м·рад.

Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости l_{Θ max} должно быть не менее 0,25 м для судов длиной L ≤ 80 м и не менее 0,20 м для судов длиной L ≥ 105 м при угле крена Θ_m ≥ 30⁰. Для промежуточных значений длин 80 < L < 105 величина l_{Θ max} определяется линейной интерполяцией.

Результаты оценки остойчивости удобно представить в табличной форме (таблица 3.15) и сделать соответствующие выводы.

Таблица 3.15

По согласованию с Регистром угол, соответствующий максимуму диаграммы статической остойчивости, может быть уменьшен до 25°.

При наличии у диаграммы статической остойчивости двух максимумов, вследствие влияния надстроек или рубок, требуется, чтобы первый от прямого положения максимум диаграммы наступил при крене не менее 25⁰.

Предел положительной статической остойчивости (закат диаграммы) должен быть не менее 60⁰. Однако для судов ограниченного района плавания IIIСП он может быть уменьшен до 50⁰ при условии, что на 1⁰ уменьшения приходится 0,01 м увеличения максимального плеча статической остойчивости сверх нормативного значения.

Судам, имеющим отношение В/D > 2, разрешается плавание при уменьшенных угле заката и угле, соответствующем максимальному плечу диаграммы, по сравнению с вышеуказанным требованиям:

- для угла заката – на величину δΘ_v, определяемую по формуле

δΘ_v = 40⁰ (B/D – 2)(K – 1).

При В/D > 2,5 принимается В/D = 2,5; при К > 1,5 принимается К = 1,5. Значение δΘ_v округляется до целого числа.

- для угла, соответствующего наибольшему плечу диаграммы, - на величину, равную половине снижения угла заката. Указанный угол не должен приниматься менее 25°.

Для судов с отношением В/D > 2допускается дополнительное снижение угла заката диаграммы Θ_v на половину вычисленной величины.

Параметры диаграммы статической остойчивости должны определяться с учетом поправок на свободные поверхности.

Судам, не отвечающим требованиям по углу заката диаграммы, вследствие ее обрыва при угле заливания, может быть разрешено плавание лишь как для судов ограниченного района плавания в зависимости от выдерживаемого ветрового давления при проверке остойчивости по критерию погоды К.

В случае выполнения условия, при котором на каждый 1° уменьшения величины угла заливания приходится 0,01 м увеличения максимального плеча статической остойчивости сверх нормативного значения, по согласованию с Регистром для судов неограниченного района плавания угол заливания может быть уменьшен до 50°.

Назначение района плавания в соответствии с вышеуказанным производится только при условии, что угол заката диаграммы, определенный в предположении непроницаемости закрытия отверстий под воздействия моря, через которые происходит заливание помещений корпуса судна, будет не ниже требуемых.

Исправленная начальная метацентрическая высота всех судов при всех вариантах нагрузки, за исключением «судна порожнем» должна иметь значение не менее 0,15 м.

Минимальная исправленная начальная метацентрическая высота может иметь другую величину особо оговоренную дополнительными требованиями.

Для всех судов, за исключением рыболовных судов, китобаз, рыбобаз и прочих судов, используемых для переработки живых ресурсов моря и не занятых их ловом, случаи отрицательной начальной метацентрической высоты для варианта нагрузки «судно порожнем» являются в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром.

Начальная остойчивость судов, имеющих колодец, (открытое пространство на верхней палубе длиной не более 30% длины судна, ограниченное надстройками и сплошным фальшбортом, снабженным портиками) должна быть проверена на случай попадания в него воды.

Количество воды в колодце и свободная поверхность ее должны соответствовать уровню воды по нижнюю кромку портиков в прямом положении судна с учетом поперечной погиби палубы.

При наличии у судна двух или более колодцев должна быть проверена остойчивость при затоплении одного из них, имеющего наибольшие размеры.

Для судов, плавающих в зимнее время в зимних сезонных зонах, установленных Правилами о грузовой марке морских судов, помимо основных вариантов нагрузки, должна быть проверена
остойчивость с учетом обледенения. При расчете обледенения учитывается изменение водоизмещения, возвышения центра тяжести и площади парусности от обледенения. Расчет остойчивости при обледенении должен производиться для наихудшего в отношении
остойчивости расчетного варианта нагрузки. Масса льда при проверке остойчивости для случая обледенения засчитывается в перегрузку и не включается в состав дедвейта судна.

Для судов, плавающих в зимних сезонных зонах севернее параллели 66°30'с.ш. и южнее параллели 60°00'ю.ш., а также в зимнее время в Беринговом море, Охотском море и в Татарском
проливе, условные нормы обледенения должны приниматься, с учетом, что масса льда на квадратный метр площади общей горизонтальной проекции открытых палуб составляет 30 кг. В общую горизонтальную проекцию палуб должна входить сумма горизонтальных проекций всех открытых палуб и переходов, независимо от наличия навесов. Момент по высоте от этой нагрузки определяется по возвышениям центра тяжести соответствующих участков палубы и переходов.

Палубные механизмы, устройства, крышки люков и т.п. входят в проекцию палуб и специально не учитываются.

Для судов, у которых набор на открытых частях палуб устанавливается снаружи, дополнительно должна быть учтена масса льда толщиной, равной высоте основного набора.

Массу льда на квадратный метр площади парусности следует принимать равной 15 кг. Площадь и возвышение центра парусности должны определяться расчетом для осадки d_min, но без учета обледенения.

В остальных районах зимней сезонной зоны нормы обледенения в зимнее время следует принимать вдвое меньшими (т.е. 15 и 7,5 кг) за исключением районов, в которых по согласованию с Регистром обледенение может не учитываться. Таким же образом учитывается обледенение для судов, плавающих в зимнее время в районах Черного и Азовского морей севернее параллели 44°00'с.ш, а также в районе Каспийского моря севернее параллели 42°00'с.ш.

Рассчитанные масса льда и момент по высоте при составленииИнформации об остойчивости распространяются на все варианты нагрузки.

Для диаграмм статической остойчивости, построенных с учетом обледенения, угол заката диаграммы должен быть не менее 55°, а максимальное плечо статической остойчивости для судов
ограниченного района плавания - не менее 0,2 м при крене не менее 25°.

В Кодексе остойчивости особое внимание уделяется порядку эксплуатации судна в зависимости от погодных условий.

Все двери и другие отверстия, через которые в корпус или надстройку может попасть вода, должны быть надежным образом закрыты. Все применяемые для этой цели устройства должны содержаться на борту в хорошем состоянии.

Во время плавания непроницаемые под воздействием моря и водонепроницаемые люки, двери и т.п., должны быть закрыты и открываться только по необходимости для управления судном. Крышки люков и палубные иллюминаторы рыболовных судов должны быть надежно закреплены, если они не используются во время промысла. Все съемные штормовые крышки иллюминаторов должны содержаться в хорошем состоянии и быть надежно закрыты при плохих погодных условиях.

Любые устройства для закрытия газоотводных труб, ведущих в топливные танки, при плохих погодных условиях должны быть закреплены.

Рыба никогда не должна перевозиться навалом, если в первую очередь не обеспечена надлежащая установка съемных перегородок в трюме.

Автоматическое управление рулем может быть опасным, поскольку оно препятствует быстрой перемене курса, которая может быть необходима в плохих погодных условиях. При всех вариантах нагрузки необходимо обращать внимание на достаточную высоту надводного борта.

Правила Регистра предъявляет дополнительные требования к остойчивости судам: пассажирским, сухогрузным, наливным, рыболовным, специального назначения, буксирам, дноуглубительным, длиной менее 24 м, контейнеровозам, обеспечения, смешанного (река-море) плавания, а также плавучим кранов, крановым судам, транспортным понтонам, докам и др.