Расчет необходимой длины якорной цепи при постановке судна на один якорь

Держащая сила якорного устройства

Держащей силой якоря называется наименьшее усилие, которое нужно приложить в направлении веретена, чтобы сорвать его с грунта. Держащая сила якорного устройстваЯкорные устройства буксирных судов зависит от типа якоря, характера грунта и длины вытравленной якорной цепи.

Наибольшую величину держащей силы Tяу якорного устройства определяют по формуле:

T я = k P я + f P ц

где:

• k – коэффициент держащей силы, зависящей от типа якоря и характера грунта (табл. 1);
• Pя – масса якоря, т;
• f – коэффициент трения цепи о грунт (в среднем равен 0,3÷0,6);
• Pц – вес якорной цепи, лежащей на грунте, равен 0,18d2*lц, т;
• lц – длина якорной цепи, лежащей на грунте, м.

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 %.

Расчет параметров якорной стоянки

5.0

03

Держащая сила якорного устройства

Держащей силой якоря называется наименьшее усилие, которое нужно приложить в направлении веретена, чтобы сорвать его с грунта. Это усилие обычно относят к его весу. Если говорится, что держащая сила якоря равна трем, то это означает, что фактически его способность оказывать сопротивление силам, стремящимся сместить судно, будет равна его утроенному весу. Держащая сила якоря зависит от его типа, характера грунта и длины вытравленной якорной цепи. Наибольшей держащей силой якорь обладает, когда его веретено занимает горизонтальное положение. 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%. На рис. 2.5 показан процесс забирания грунта якорем с поворотными лапами. Наибольшую величину держащей силы Тяу якорного устройства определяют по формуле

Тяу= kPя + fPц

где k — коэффициент держащей силы, зависящей от типа якоря и характера грунта (табл. 2.1); Ря— масса якоря, т; f – коэффициент трения цепи о грунт ( в среднем равен 0,3); Pц – вес якорной цепи, лежащей на грунте, равен 0,18d2 *l, т; l – длина якорной цепи, лежащей на грунте, м.

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.

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, м2; W – скорость ветра, м/с; Сила воздействия от течения Rm равна:

где Sxп – площадь подводной части миделя, м2; Vт – скорость течения, м/с.

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.

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:

Расчет необходимой длины якорной цепи

При постановке судна на один якорь Расчет якорной стоянки заключается в решении двух задач: расчет длины якорной цепи, необходимой для удержания судна на якоре и определение радиуса безопасной якорной стоянки. Оптимальная длина якорной цепи, необходимая для надежного удержания судна на одном якоре при заданных гидрометеоусловиях определяется следующим образом:

Для судов, имеющих якорь Холла и цепные якорные канаты, количество смычек, которое необходимо иметь на клюзе при благоприятных условиях погоды (ветер до 3–4 баллов) и незначительном течении, приблизительно можно определить как корень квадратный из глубины n = √hгл. При длине цепи в 250 метров полностью использовать держащую силу якоря можно до глубины 100 м.

Радиус якорной стоянки складывается из следующих величин:

где ΔL – навигационный запас на случай дрейфа и маневрирования при съемке с якоря. Площадь круга, ограниченного радиусом R, называется местом якорной стоянки.

Внешние силы, действующие на судно, стоящее на якоре

Условие безопасной якорной стоянкиБезопасная 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:

R А = 0 , 8 W 2 S x , н ;

где:

• Sх – лобовая площадь парусности, м2;
• W – скорость ветра, м/с;

Сила воздействия от течения Rm равна:

R т = 60 S м V т 2 , н ;

где:

• Sxn – площадь подводной части миделя, м2;
• Vm – скорость течения, м/с.

Инерционные силы Ruн (силы, возникающие при рыскании) принимаются равными весу якоря в воде:

R и н = 8 , 5 P я , н ;

где:

• Pя – масса якоря, кг
  .

Для учета сил ударов волн о корпус судна вводят коэффициент динамичности Kб, который принимают равным 1,4−1,7.

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).

Стоянка судна на якоре

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:

где а — параметр цепной линии: а = T / p

В приведенных выше формулах использованы следующие обозначения:

х, у — координаты клюза;

h — отстояние клюза от грунта;

Т = Fa+Fт — продольная составляющая натяжения якорной цепи;

p — вес одного метра якорной цепи в воде;

l — минимальная длина вытравленной якорной цепи.

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 :

где Dlр — дополнительно вытравленная длина якорной цепи для компенсации инерционных сил от рыскания.

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.

Значение радиуса r определяется: r = lг + x + L, где lг — длина участка якорной цепи, лежащей на грунте; L — длина судна.

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 :

а при малых глубинах — х = l.

Расчет длины якорной цепи при постановке на один якорь

Расчет безопасной якорной стоянки заключается в решении двух задач:

• Определение длины якорной цепи, необходимой для удержания судна на якоре;
• Определение радиуса безопасной якорной стоянки.

Оптимальная длина якорной цепи, необходимая для надежного удержания судна на одном якоре при данных гидрометеоусловиях определяется следующим образом:

L я ц = 0 , 17 ( R в н / q * ( 67 , 5 h к л + R в н / q ) – R в н / q ) , м ;

где:

• q – линейная плотность 1 м цепи в воде, кН/м;

q = 0 , 00018 d ц 2

• dц – калибр якорной цепи, мм;
• hкл – высота клюза над грунтом, м.

Радиус якорной стоянки складывается из суммы следующих величин:

R = L я ц + L c + Δ L ,

где:

• Lяц – длина отданной якорной цепи, м;
• Lс – наибольшая длина судна, м;
• ΔL – навигационный запас на случай дрейфа или маневрирования при съемке с якоря, м.

Площадь круга, ограниченного радиусом R, называется местом якорной стоянки.

3.4. Якорные цепи

Главная / Издания / Литература / Книжная полка / Справочник по морской практике

Якорные цепи служат для соединения якоря с кораблем. В зависимости от веса становых якорей и водоизмещения корабли снабжаются якорными цепями калибром от 11 до 100 мм. Калибром якорной цепи называют минимальный диаметр сечения общего звена якорной цепи. Якорная цепь составляется из 4—12 отрезков длиной по 25—27 м, называемых смычками. Смычка, примыкающая к якорю, называется якорной; смычка, соединенная с корпусом корабля,— коренной. Смычки якорной цепи, находящиеся между якорной и коренной, называются промежуточными. Якорные цепи калибром 11 и 13 мм изготовляются сплошными, без разделения на смычки. Катера водоизмещением до 35 т вместо якорных цепей снабжаются стальными тросами диаметром 11—13 мм и длиной 75 м.

Т а б л и ц а 3.6

Якорные цепи изготавливаются трех типов по
ГОСТ
6345—65:

I — сварные без распорок калибром 11—37 мм; II — сварные с распорками калибром 15—100 мм; III — литые с распорками калибром 43—100 мм.

Расчет прочности и веса якорных цепей

. Разрывная нагрузка RP в mс якорной цепи
Пробная нагрузка Rпр в mс — нагрузка, которую якорная цепь должна выдержать при испытаниях: Вес 100 м якорной цепи Wц в кг: где d — калибр якорной цепи, мм.
Комплектация якорной цепи

. Смычки якорной цепи состоят из звеньев, число которых в смычке должно быть нечетным. Звенья якорной цепи могут быть с распорками и без них. Прочность цепей со звеньями без распорок приблизительно на 20% меньше прочности цепей с распорками.

Общая схема комплектации якорных цепей показана на рис. 3.11—3.13. Якорная цепь состоит из общих 7, увеличенных 2, соединительных концевых 4 звеньев, вертлюгов 5 и концевых скоб 6.

Рис 3.11. Комплектация якорной цепи без разделения на смычки

Рис 3.12. Комплектация якорной цепи (сварной)

Рис 3.13. Комплектация якорной цепи (литой)

О б щ и е з в е н ь я (рис. 3.14, 3.15) составляют в основном всю якорную цепь. Размеры общих звеньев при одном и том же калибре якорной цепи одинаковы и не зависят от способа изготовления.

Рис. 3.14. Общее и увеличенное звено без распорки

Рис 3.15. Общее и увеличенное звено с распоркой

У в е л и ч е н н о е з в е н о — общее звено следующего, большего калибра. Оно увеличено только по отношению к калибру якорной цепи, в которую вводится.

С о е д и н и т е л ь н о е з в е н о предназначено для соединения отдельных частей якорной цепи. Соединительные звенья делают разъемными и изготовляются двух типов: кованые — для сварных якорных цепей (рис. 3.16) и литые — для литых якорных цепей (рис. 3.17).

Рис 3.16. Соединительное звено кованое

Рис 3.17. Соединительное звено литое

К о н ц е в о е з в е н о ставится только на концах двух смычек: якорной и коренной. Оно предназначено для крепления якорной цепи к концевой скобе и для соединения якорной цепи с машинкой отдачи якорной цепи. Концевое звено может быть с распоркой (рис. 3.18) или без нее (рис. 3.19).

Рис 3.18. Концевое звено с распоркой

Рис 3.19. Концевое звено без распорки

К о н ц е в а я с к о б а (рис. 3.20) устанавливается на конце якорной цепи и служит для соединения якорной цепи со скобой якоря. При соединении якорной цепи к якорю штырь концевой скобы заводится за скобу якоря.

Рис 3.20. Скоба концевая

В е р т л ю г и служат для предотвращения скручивания якорной цепи, включаются в коренную и якорную смычки, причем штырь вертлюга должен быть обращен к промежуточной смычке. Вертлюги изготовляются двух типов: кованые (рис. 3.21) — для сварных якорных цепей и литые (рис. 3.22) — для литых якорных цепей.

Рис 3.21. Вертлюг кованый

Рис 3.22. Вертлюг литой

Крепление якорной цепи к корпусу корабля осуществляется с помощью машинки отдачи или жвака-галса.

М а ш и н к а о т д а ч и я к о р н о й ц е п и (рис. 3.23). На обухе, жестко связанном с корпусом цепного ящика, верхним (на рисунке) штырем закреплена скоба, нижним — гак; скоба и гак находятся в зацеплении. Гак с заложенным за него концевым звеном якорной цепи выводится из зацепления скобой с помощью специальной гайки, насаженной на винт. Поступательное движение гайке сообщается от ручного привода через винт, проходящий через корпус и сальник.

Рис. 3.23. Машинка отдачи якорной цепи: 1 — корпус; 2 — винт; 3 — гайка; 4, 5 — штыри; 6 — гак; 7 — скоба; 8 — обух; 9 — сальник

Ж в а к а — г а л с (рис. 3.24) — отрезок якорной цепи из общих звеньев. Он с помощью концевой скобы крепится к обуху цепного ящика; второй конец жвака-галса с помощью концевого звена и глаголь-гака крепится к коренной Смычке якорной цепи. Жвака-галс должен быть такой длины, чтобы при полностью вытравленной якорной цепи его глаголь-гак находился между палубным клюзом и шпилем.

Рис. 3.24. Жвака-галс: 1 — глаголь-гак; 2 — концевое звено; 3 — общие звенья; 4 — концевая скоба; 5 — обух

Маркировка якорной цепи. Для определения количества вытравленной якорной цепи через каждые 20 ж, начиная от скобы якоря, на распорки звеньев накладываются марки из отожженной проволоки. Для облегчения распознавания маркированных звеньев их окрашивают:

20 м — одно красное звено с маркой; 40 м — два красных звена с марками; 60 м — три красных звена с марками; 80 м — четыре красных звена с марками; 100 м — пять красных звеньев с марками; 120 м — одно белое звено с маркой; 140 м — два белых звена с марками; 160 м — три белых звена с марками; 180 м — четыре белых звена с марками; 200 м — пять белых звеньев с марками; 220 м — одно красное звено с маркой и т. д.

Вперед Оглавление Назад