Подбор кранцев и демпферов, конструирование схем размещения.

При проектировании систем судовых демпферов (отбойников) в соответствии с данными зарубежных фирм используется схема, приведенная на рисунке 1. В соответствии с этой схемой, расчет параметров демпфера начинается со сбора исходных данных, в которые входят, тип конструкции причала, данные судна, вид и способ причаливания, расположение и условия эксплуатации причала.

Тип конструкции причала определяет его жесткость при соприкосновении с судном, проницаемость для воды при сближении с бортом судна (пирс на сваях - полностью проницаемый, массивная стенка - полностью непроницаемая), форму и длину причальной линии, которая определяет возможность размещения на ней ОУ.

Данные судна состоят из параметров, необходимых для расчета энергии причаливания, таких как водоизмещение (входит в формулу расчета энергии); осадка, длина и коэффициент полноты водоизмещения (необходимы для определения коэффициента энергии навала). Так же необходимо знать длину прямолинейной поверхности судна, на которую опираются некоторое количество ОУ при стоянке судна.

Вид и способ причаливания определяет то, с каким количеством и под каким углом соприкасается судно в первый момент процесса швартовки.

Расположение и условия эксплуатации причала учитывают возможные непредусмотренные обычным расчетом природные воздействия на судно в процессе швартовки и стоянки, такие как порывы ветра, течения, волновое воздействие.

На основании перечисленных исходных данных выбирается скорость причаливания (по эмпирическим рекомендациям). При этом должна приниматься во внимание безопасность причала и судна, а так же влияние продолжительности швартовки на последующие операции. После выбора обоснованной скорости причаливания вычисляется энергия навала судна (швартовки) для обычных условий направленная перпендикулярно причальной линии.

После вычисления энергии навала судна определяются коэффициент безопасности, который зависит от точности определения нагрузки, приближенности расчетных схем, ответственности сооружения и объекта, на котором установлены ОУ. Обычно значение коэффициента безопасности составляет 1,5- 2,0.

Умножением коэффициента безопасности на значение энергии навала судна вычисляется предельная энергия.

Конструкции причальных сооружений

Конструкции причальных сооружений оказывают большое влияние на процесс эксплуатации демпферов, как в части их расчета, так и возможности подвески и схемы расположения. Конструкция причала будет зависеть в значительной степени от местной практики, геологии и материалов.

Свайные эстакады - достаточно распространенная конструкция причалов. Вертикальные сваи менее дорогие по сравнению с другими конструкциями, но они более восприимчивы к нагрузкам, так что для их оборудования необходимы ОУ с пониженной реакцией.

Палы - типично используются для нефтеналивных причалов, Ро-Ро судов и прочих, где непрерывная причальная линия не требуется. Они включают вертикальные и/или наклонные сваи с тяжелым бетонным ростверком. Поскольку нагрузки распределены по относительно немногим сваям, реакция ОУ является критической и определяет нагрузку на сваи. Где палы разработаны как упругие конструкции (с вертикальными сваями), упругая жесткость конструкции может быть использована для поглощения части энергии швартовки.

Массивные конструкции причалов - более приемлемы в регионах с небольшими приливно-отливными колебаниями  и где имеются большие объемы разработанных местных материалов. Сила реакции демпферов для этих конструкций менее важна, чем для палов, но, поскольку эти конструкции часто приспосабливают под широкий диапазон размеров судов (с разной энергией навала и разным радиусом носового закругления борта), отбойники должны иметь мертвую точку и иногда соответствующий стопор в центре, чтобы избежать контакта между бетонной конструкцией причала и судном.

Конструкции из шпунтовых свай - по их взаимодействию с отбойниками, лежат где-то между свайными палами и массивными конструкциями. Где приливно-отливные изменения являются небольшими, отбойники устанавливаются непосредственно на бетонную надстройку. В случае больших приливно-отливных колебаний, может быть необходимо установить демпферы непосредственно или через кронштейны к шпунтовым сваям. Даже при принятых допусках забивки шпунта, поверхность для установки демпфирующих устройств может быть далеко от ровной поверхности. Более трудно располагать отбойники  на шпунтовых сваях Z-образного профиля, поскольку шпунтовые замки идут во внешнюю сторону. Наиболее ответственны соединения в районе низкой воды около ватерлинии (или под водой), производство сварки на этих горизонтах сложно и дорого.

Классификация и особенности судов 

Ниже рассмотрены наиболее распространенные типы судов и их особенности, влияющие на способ причаливание и требования к отбойным устройствам.

Судно Генгруз

Предпочтительны малые зазоры между корпусом судна и причалом, чтобы минимизировать вылет кранов.

Большая разность осадки в пустом и нагруженном состояниях.

Может занимать причал длительное время.

Каботажные грузовые суда могут причаливать без помощи буксиров.

Судно Балкер

Должен находиться близко к причалу для облегчения погрузки.

Может возникать необходимость в перемещении судна вдоль причала для смены   загружаемого трюма.

Большая разность осадки в пустом и нагруженном состояниях.

Необходимо обеспечить низкое давление на борт, если нет привальных брусьев.

Судно типа Po-Po

Оборудованы собственными погрузочными рампами - как правило, с кормовыми, поворотными или боковыми воротами.

Большие скорости причаливания параллельно и/или перпендикулярно причалу.

Возможна плохая маневренность на низких скоростях.

Часто случаются столкновения при причаливании кормой.

Привальные брусья самых разных форм, размеров и в разном состоянии.

Судно Контейнеровоз

Из-за большого развала бортов существует риск столкновения с береговыми   конструкциями.

Из-за большой ширины требуются краны с большим вылетом.

Некоторые суда оборудованы одним или несколькими рядами привальных брусьев.      

При больших углах причаливания существует риск столкновения бульбообразного носа с передними сваями причальных сооружений.

Необходимо обеспечить низкое давление на борт, если нет привальных брусьев.

Судно Танкер

Необходимо исключить риск возгорания от искры или трения.

Большая разность осадки в пустом и нагруженном состояниях.

Необходимо обеспечить низкое давление на борт.

Каботажные танкеры могут причаливать без помощи буксиров.

Судно Пассажирского типа

Малое изменение осадки в нагруженном и пустом состоянии.

Белые или светлые борта легко пачкаются.

Из-за большого развала бортов существует риск столкновения с береговыми конструкциями.

Необходимо обеспечить низкое давление на борт, если нет привальных брусьев.

Судно Газовоз

Необходимо исключить риск возгорания от искры или трения.

Малая осадка даже при полной загрузке.

Необходимо обеспечить низкое давление на борт.

Единственный класс судов, использующий специальные отдельные терминалы.

Манифолд не обязательно находится посередине судна.

Судно Паром

Требуется быстрое обслуживание.

Причаливание на большой скорости, часто кормой.

Интенсивное использование причала.

Привальные брусья самых разных форм, размеров и в разном состоянии.

Причаливание без помощи буксира.

Способы причаливания судов

Ниже приведены основные способы причаливания с указанием диапазона изменения параметров характеризующих каждый из приведенных способов. Необходимо отметить, что приведенные примеры являются наглядным примером частных случаев способов причаливания.

Условные обозначения:

Расчет энергии причаливания

Кинетическую энергию причаливающего судна необходимо погасить при помощи соответствующей отбойной системы. Для этого, как правило, используют общепризнанные методы, описанные в последующих пунктах.

Определение нормальной энергии причаливания (EN)

В большинстве случаев энергия причаливающего судна не превышает нормальной энергии причаливания (ЕN). При расчете следует рассматривать самое неблагоприятное сочетание таких параметров, как водоизмещение судна, его скорость, угол причаливания, а также различные коэффициенты. Необходимо также учитывать ряд дополнительных факторов, таких как частота использования причала, ограничения, связанные с приливами, опыт персонала, тип пристани, преобладающие ветры и течения. Нормальная энергия, которую должен поглотить отбойник, рассчитывается по следующей формуле:

где Wa - водоизмещение швартующегося судна (т);

g - ускорение свободного падения (9,8 м/сек );

VB - скорость причаливания судна в момент контакта с демпфером (м/сек);

Cm - фактор эффективной массы (присоединенной массы воды);

Ce - коэффициент эксцентриситета;

Cc - коэффициент конфигурации причала;

Cs - коэффициент податливости;

Sf - коэффициент безопасности.

Найдем все необходимые величины:

1. Коэффеициент присоединенной массы                                2. Коэффициент эксцентриситета

где: B - ширина судна (м);                                            где: к - размер радиуса продольной циркуляции судна (м);

       D - осадка судна в полном грузу (м),                            R - расстояние от ЦТ судна до точки контакта с отбойником (м);

                                                                                          ? - угол между R и вектором скорости реального движения судна

3. Размер радиуса продольной циркуляции судна                 4. Коэффициент полноты водоизмещения

где:  Сb - коэффициент полноты водоизмещения                           где:  LBP - длина между перпендикулярами судна (м);

         LBP - длина между перпендикулярами судна (м);                          Wa - водоизмещение судна (т);

                                                                                                            D - осадка в полном грузу (м);

                                                                                                            B - ширина судна (м);

                                                                                                           ?- удельный вес морской воды в данном месте(т/м)

5. Коэффициент конфигурации причала

Коэффициент конфигурации причала Сс, определяется частью энергии причаливания, которая поглощена эффектом подушки воды между приближаю­щимся судном и стенкой причала. Для данного коэффициента с учетом подкильного запаса Kc принимаются следующие значения:                     

Причал открытой конструкции Сс=1

 Частично закрытый причал

набережная с подпричальным откосом

Для закрытого причала типа

больверк, массивная стенка

6.Коэффициент податливости

Обычно реко­мендуется принимать Cs =0,9 (при деформации демпферов меньше либо равной 150 мм). Для предельного случая максимальных скоростей и большой деформации демпферов (больше 150 мм) принимают Cs =1,0.

7.Коэффициент безопасности

Коэффициент безопасности Sf по мнению британских специалистов дол­жен иметь довольно значительную величину и перекрывать возможную неточ­ность метода и непредвиденные обстоятельства при швартовке. Величины коэф­фициента безопасности, рекомендуемые в британском стандарте, приведены в таблице:

Коэффициенты безопасности по стандарту BS6349 

После нахождения всех коэффициентов, происходит вычисление нормальной энергии причаливания. После чего согласно схеме определяется шаг и схема навески отбойных устройств.

Определение схемы навески и шага размещения демпфирующих причальных устройств

При навале судна на причал происходит контакт борта судна и, как правило, нескольких демпферов. То на сколько демпферов одновременно наваливается борт судна, зави­сит от шага навески демпферов, способа причаливания и радиуса закругления бортовой плиты корпуса судна. Согласно рекомендациям фирм производителей резиновых отбойников, максимальный шаг установки  может быть вычислен по следующей формуле;

где: S - шаг установки отбойников (м);

      RB - радиус закругления носовой плиты швартующегося судна (м);

       Pu  - высота отбойника от поверхности бетона надстройки в несжатом состоянии (м);

        - величина полной деформации отбойника (м);

       С~ 0,05-0,2 м  - запас между бортом судна и поверхностью надстройки при полном сжатии отбойника, учитывающий          непредусмотренные обстоятельства.

Эта формула определяет максимальное расстояние между демпферами, при кото­ром закругление борта судна пройдет между ними настолько, что будет касаться поверхности надстройки.

Радиус закругления носовой плиты судна обычно не известен, но в соответствии со стандартными теоретическими чертежами судна данный радиус является функцией общих  измерений корпуса судна. Так радиус закругления носовой плиты определяется по формуле;

Таким образом, произведя расчет по приведенной выше методике можно определить необходимое количество и тип демпферов, зная месторасположение и тип причала и судов, которые требуется обслуживать.