Распределение грузов и запасов

Введение.

Правильно загрузить судно – значит обеспечить его безопасное плавание при одновременном максимальном экономическом эффекте. Расчет грузового плана – серьезная инженерная работа с большим количеством решений, из которых надо выбрать оптимальное для данных условий. При этом само понятие «оптимальное» не всегда может быть однозначным. В одном случае – это наиболее полное использование грузоподъемности или грузовместимости судна, в другом – получение максимального дохода, в третьем – сохранение судном каких– либо заранее заданных характеристик мореходных качеств и пр. Выработать и рекомендовать все возможные на практике способы достижения оптимальной загрузки судна невозможно. Многочисленность конструктивных типов транспортных судов, широкая номенклатура перевозимых грузов и бесконечное количество возможных их сочетаний, разнообразие направлений и условий перевозок требуют творческого подхода к составлению грузового плана в каждом конкретном рейсе. Большую помощь в деле оптимизации загрузки окажет изучение грузовых планов по прошлым рейсам. Такой материал на- до систематически накапливать, анализировать положительные и отрицательные качества грузовых планов уже выполненных рей- сов. Особенно это важно для линейных и специализированных судов. При составлении грузового плана необходимо знать правила перевозки конкретных грузов. Извлечения из этих правил, необходимые для расчетов, приведены в книге. Для более детального знакомства с ними полезно обратиться к таким руководствам: 4–М. т.1. Общие положения по перевозке грузов и пасса- жиров. т2. Перевозка генеральных грузов. 5–М (МОПОГ). Перевозка опасных грузов. 6–М. Перевозка продовольственных грузов. 7–М. Общие и специальные правила перевозки наливных грузов. 8–М. Общие и специальные правила перевозки навалочных грузов. Кроме того, существует ряд международных документов: - Кодекс безопасной практики перевозки твердых навалочных грузов; - Конвенция СОЛАС, гл. VI; "Эквивалент–69" – Правила перевозки зерна; - Кодекс безопасной практики перевозки палубных лесогрузов; В приложении I перечислены руководящие документы по перевозке грузов, действующие в Украине в настоящее время. Постоянная и вдумчивая работа над поиском путей оптимизации загрузки судов — обязательное условие получения высоких доходов и обеспечения безопасности плавания. Хорошим помощником в этом служит современная вычислительная техника, позволяющая во много раз сократить трудоемкие ручные расчеты. Приведенные в книге основные сведения о возможностях и способах применения такой техники позволят читателю быстрее и лучше ее использовать. Приступая к расчету грузового плана, надо всегда помнить о необходимости удовлетворения двух, иногда противоположных, требований: с одной стороны – увеличение загрузки, с другой – обеспечение безопасности. Это понимали уже в древности, о чем свидетельствует эпиграф к этой книге.

Характеристика портов.

Порт Санкт-Петербург.- Морской порт расположен в Невской губе Финского залива и устьевой части реки Нева. Навигация в морском порту осуществляется круглогодично морской порт имеет грузо-пассажирский постоянный многосторонний пункт пропуска через гос. границу Р.Ф. Судоходство в морском порту осуществляется  в следующих гидрометеорологических условиях скорость течения в устье реки Невы при уровне моря, равном среднему многолетнему уровню составляет 1,5-3 узла: постоянное течения 0.4 узла в северной части Невской губы и 0.2 узла в южной части Невской губы направлен, на запад скорость его может увеличиваться до 1.5 узла. Толщина ледового покрова в период ледокольной проводки судов достигает 80-90 сантиметра, преобладают ветра юго-западного и западного направления. Морской порт является местом убежища для судов в штурмовую погоду.

Порт Бремен.-Порт расположен на реке Везер в 67 милях от моря и в 34 милях выше Бремерхафена являющегося; аванпортом Бремена. В промышленно-торговой гавани 19 установок для навалочных грузов от 3.5 до 18 т. 2 углепогрузочных от 45 до60 т. 17 кранов от 3 до10 т. несколько насосных станций для минеральных масел.

Краткая характеристика плавания судна в рейсе.

Финский Залив.- Площадь Финского залива — 29,5 тыс. км². Длина залива от полуострова Ханко до Санкт-Петербурга — 420 км, ширина от 70 км в горле до 130 км в самой широкой части (на меридиане острова Мощный), а в Невской губе она уменьшается до 12 км. Финский залив мелководен. Профиль дна уменьшается по направлению от горла к вершине. Особенно резкое изменение происходит близ Нарва-Йыэсуу, из-за чего это место называют Нарвской стенкой. Средняя глубина — 38 м, максимальная глубина 121 м, глубина Невской губы — 6 м и менее, а в береговой полосе — до 1 м. По дну Невской губы для прохода судов проложен морской канал. В связи с большим притоком пресной воды из рек, особенно из Невы (2/3 всего стока), вода залива имеет очень небольшую солёность (от 0,2 до 9,2 ‰ у поверхности и от 0,3 до 11,0 ‰ у дна). Средняя температура воды зимой около 0 °C, летом 15—17 °C на поверхности и 2—3 °C у дна. Залив замерзает с конца ноября до конца апреля (в тёплые зимы может не замерзать круглый год). Замерзание начинается в восточной части залива и постепенно распространяется на запад. Характерны сильные ветровые волнения и нагоны воды при западных ветрах, приводящих к наводнениям.

Северные берега Финского залива — возвышенные и извилистые, фьордно-шхерные с редкими крупными заливами (Выборгский) и полуостровами (Ханко, Порккала)

Южные берега — подтопленные, вдоль всего берега проходит Балтийско-Ладожский глинт высотой до 40 м.

Балтийское море.- Балтийское море находится в пределах материкового шельфа. Средняя глубина моря 51 метр. В районах отмелей, банок, около островов наблюдаются небольшие глубины (до 12 метров). Имеется несколько котловин, в которых глубины достигают 200 метров. Средняя температура в январе -11.5 градусов на севере на юге до -2.5 градусов, с июля 15 и 17 градусов. Годовая сумма осадков на севере: 500-600 мм. на юге 600-800 мм. Зимой, осенью и весной частые туманы. Площадь равна 419 тыс. км2, объем — 21,5 тыс км3, средняя глубина — 51 м, наибольшая глубина — 470 м.  Климат Балтийского моря морской умеренных широт с чертами континентальности. Как и в других морях северного полушария поверхности циркуляция вод Балтийского моря имеет общий циклонический характер. Поверхностные течения формируются в северной части моря в результате слияние вод выходящих из Ботнического и Финского заливов, Скорость постоянного течения Балтийского моря очень невелика и равно примерно 3-4 м/с. Иногда увеличивается до 10-15м/с. Преобладающие в море ветровые течения особенно интенсивные осень и зимой а во время сильных штормов их скорость может достигнуть 100-150м/с. Балтийское море в отдельных районах покрывается льдом. Раньше всего в начале ноября лед образуется в северно-восточной части.

Северное море.-  Северное море расположено в северо-восточной части Атлантического океана. Вместе с заливом Скагеррак площадь Северного моря составляет 565 тыс. км². Северное море относительно мелководное: его средняя глубина составляет 95 м. В южной части моря встречаются отмели, слой воды над которыми не превышает 40 м; под воздействием ветров и сильных морских течений они постоянно перемещаются, что весьма осложняет навигацию. Характерная черта донного рельефа Северного моря — резкая смена глубин и обширные отмели. Над крупнейшей из них,  Доггер-банкой у северных берегов Англии, глубина составляет всего 15-30 м. Температура поверхностных вод в феврале (минимум) колеблется от 2 °C в проливе Скагеррак до 7,5 °C на северо-западе, а в августе (максимум) — от 12,5 °C до 18 °C соответственно; это, в частности, обусловлено воздействием тёплого Северо-Атлантического течения, которое попадает сюда из Норвежского моря. Сереное море имеет очень большое транспортное значения именно здесь находится главный перекресток морских дорог мира, пролегают основные маршруты сообщения между Европой и другими континентами, а порты побережья обрабатывают более 20% всего морского грузопотока планеты.

Река Везер.-  Река Везер протяжённостью около 451 км. Протекает по четырем федеральным землям. Гессен, Северный Рейн, Нижний Саксания и Бремен и впадает в Северное море.

Характеристика груза.

 Обычно в литературе к генеральным грузам относят товары, упакованные в ящики, кипы, тюки, бочки, барабаны, мешки, бидоны, бутыли, корзины и т. д. Генеральные грузы можно классифицировать по многим признакам: массе отдельного грузового места его линейным размерам, режимам хранения, способу перевозки и перегрузки, физике химическим свойствам и т. д.

Перевозка генеральных грузов осуществляется на основе «Общих и специальных правил перевозки грузов», том 1 и «Правил безопасности морской перевозки генеральных грузов», том 2 — тарифное руководство «4-М». В соответствии с этими правилами генеральные грузы разделены по категориям и группам в зависимости от их тары, упаковки и характера самого груза. Кроме общих правил перевозки на некоторые виды генеральных грузов разработаны отдельные правила перевозки, например:

1.   Металлопродукция: прокатный профильный металл; металл в чушках;

— проволока в бухтах; прутковый металл в связках; блюмсы, слитки, заготовки, слябы, изложницы; трубы металлические разных диаметров; ленточный металл в рулонах; металл в изделиях и металлолом; рельсы, шпунт, балки; металлоконструкции и оборудование.

2.   Подвижная техника: подвижная техника на гусеничном ходу и на колесном ходу.

3.   Железобетонные изделия и конструкции (ЖБИК): балки, шпалы, колонны, сваи стойки ЛЭП, опоры для светильников, плиты, панели, блоки, фундаменты, форменные конструкции, блоки зданий и сооружений, напорные трубы и кольца, лестничные марши и прочие детали.

4.   Грузы, сформированные в пакеты, — цемент в мешках, хлебные грузы в таре удобрения, фанера и плиты ДСП в пачках и целый ряд других грузов.

5.   Тяжеловесные и крупногабаритные грузы.

6.   Натуральный каучук и латекс.

7.   Тарно-штучные грузы — штучные грузы в упаковке: — картонные коробки, ящики, мешки, кипы, тюки.

Катно-бочковыё грузы: бочки и барабаны деревянные, металлические и пластмассовые; барабаны с кабелем; автопокрышки, мотки, и бухты упакованные; рулоны корзины.

8.   Гранит и мрамор в плитах и глыбах.

9.   Лесные грузы.

Барабаны с кабелем целесообразно размещать в просвете люка. Если партия груза большая, барабаны размещают по всему трюму, укладывая на образующую, и раскли­нивают для предотвращения подвижки. Барабаны с тросом укладывают на торец. Вы­сота барабанов с кабелем и тросом при укладке их на торец не должна превышать трех ярусов, но такую укладку целесообразно делать только в просвете люка.

Транспортные характеристики тарно-штучных грузов должны быть представлены грузоотправителем в форме «Информации о грузе», со­держащей, кроме прочего, допустимую высоту штабелирования и порядок формирования устойчивого штабеля.

Обеспечение сохранности груза.

Для сохранности перевозимых на судне грузов важное значение имеет исправно действующая система вентиляции грузовых трюмов:естественная, искусственная или сочетание той и другой. 

Действенным средством предупреждения порчи и повреждений грузов, перевозимых морем, является: постоянное изучение работниками портов, пароходств и экипажами судов свойств различных грузов, требований, предъявляемых к их упаковке, таре, складированию, хранению, перегрузке, перевозке и мерам по сохранности; строгое соблюдение правил о приеме грузов к морской перевозке в исправной, прочной таре и упаковке, соответствующих ГОСТам и Техническим условиям, обеспечивающих грузу полную сохранность при перегрузке, перевалке и перевозке.

В рейсе необходимо вести регулярный прием сводок и прогнозов погоды и волнения моря с тем, чтобы не допустить попадание судна в зону с волнением, превышающим принятое к учету при расчете крепления грузов.

При невозможности уклониться от такого волнения необходимо принять все меры к герметизации корпуса судна и, при необходимости, произвести проверку крепления грузов с соблюдением мер безопасности. Спуск в грузовое помещение должен быть разрешен только после проверки отсутствия в грузовом помещении токсичных и вредных факторов, представляющих опасность для жизни и здоровья.

При проверке состояния грузов необходимо обращать внимание на:

а) смещение грузов;

б) ослабление систем крепления;

в) расшатывание конструкций тары и их деформацию;

г) возможность динамических контактов грузовых мест друг с другом и с конструкциями корпуса;

д) перераспределение нагрузок, возникающих в результате выключения из работы деталей крепления, прокладок и оказывающих неблагоприятное действие на прочность конструкций судна, груза и его крепление;

е) повреждение груза;

ж) отпотевание груза и конструкций судна;

з) другие условия и обстоятельства, могущие оказать неблагоприятное действие на состояние груза и его качество.

При обнаружении недостатков следует принять меры по их устранению и при необходимости произвести дополнительное крепление грузов (обтяжку найтовов, подбивку и фиксацию клиньев гвоздями, установку дополнительных прокладок и т.д.). Результаты проверки состояния грузов должны быть зафиксированы в судовом журнале.

Меры по предотвращению потери плавучести, остойчивости судна и смещения грузов:

а) в штормовых условиях должны быть закрыты все входы и другие отверстия, через которые вода может проникнуть внутрь корпуса или надстройки, рубки и т.д.;

б) бортовые иллюминаторы нужно содержать в исправном состоянии, в штормовых условиях они должны быть надежно закрыты;

в) шпигаты должны быть очищены и находиться в рабочем состоянии;

г) число частично заполненных цистерн на судне должно быть минимальным;

д) не начинать балластировку, особенно в штормовых условиях плавания, не произведя расчетов остойчивости и влияния на нее принимаемого балласта;

е) танки, кроме расходных, в которых имеются свободные поверхности, по возможности, следует запрессовать до начала балластировки;

ж) принимать балласт одновременно только в один танк или в одну пару танков, если прием в один вызовет заметный крен;

з) начинать балластировку нужно с заполнения танка, свободная поверхность в котором даст наименьшую поправку к метацентрической высоте (как правило, концевые танки);

и) прямоугольные танки в средней части корпуса заполняются, как правило, последними;

к) прием балласта нужно вести с максимальной быстротой;

л) принимая балласт в какой-либо танк, не прекращать этой операции до его полной запрессовки; заполнение следующего танка следует производить после полной запрессовки предыдущего;

м) другие необходимые меры.

При возникновении крена следует немедленно уменьшить динамические нагрузки на судно, для чего:

а) уменьшить скорость хода;

б) привести судно носом против волны; однако при недостаточной остойчивости судна этой мерой следует пользоваться крайне осторожно, помня, что поворот даже на тихой воде может вызвать дополнительный крен судна;

в) в случае появления постоянного крена необходимо путем контрольной откачки из льял и днищевых танков убедиться, что причиной крена является смещение груза;

г) по возможности с принятием соответствующих мер предосторожности, приемом балласта добиться увеличения остойчивости и следовать на выход из штормовой зоны кратчайшим безопасным курсом;

д) полностью ликвидировать крен приемом балласта допускается только после выхода судна из штормовой зоны.

Основные сведения о судне:

Данные о парусности судна в грузу при осадке 3,75 м

Данные о грузовых помещениях

Расчет ходового времени производится по формуле:

T_x = S /V:24, (1.1)

где S – расстояние между портами;

V – скорость хода судна.

Т_х =1735/16.668/24=4.3суток

Расчет необходимых запасов на рейс произведем по следующим формулам:

- необходимое количество топлива определяем по формуле:

P_т = K_зт·q·t_x,(1.2)

где К_зт – коэффициент запаса топлива К_зт = 1,1;

q – норма расхода топлива на ходу;

t_x – время судна в ходу.

Р_т = 1,1·5,64·4.3=26.677т

Для исключения влияния свободных поверхностей жидкости заполним левую бортовую цистерну основного запаса топлива и расходную цистерну  вместимостью 27.795 т и 1.6 т полностью.

- запасы масла принимаем в количестве 5% от количества топлива:

Р_м = 0.05·Р_т,(1.3), Р_м = 0.05·27.795=1.4т

Для исключения влияния свободных поверхностей жидкости заполним основную цистерну запаса масла вместимостью 5.695 т полностью.

- запасы пресной воды определим по формуле:

P_в = q·Ч_эк·t_x, (1.4)

где q – количество воды приходящееся на одного человека экипажа в сутки;

Ч_эк – количество членов экипажа.

Р_в= 0,1·15·4.3=6.45

Для исключения влияния свободных поверхностей жидкости заполним кормовую цистерну пресной воды вместимостью 13.8 т полностью.

Итого судно на отход будет иметь 13.8 т пресной воды.

Сумму всех запасов найдем по формуле:

Р_зн=Р_т+Р_м+Р_в,(1.5)

Р_зн = 26.677+1.4+13.8=41.877т

Распределение грузов и запасов

Запасы топлива размещаем в первую очередь в расходных цистернах, расположенных в районе машинно-котельного отделения (МКО), танках двойного дна и в последнюю очередь в топливно-балластных танках. Танки, как правило, заполняем полностью, чтобы исключить влияние свободной поверхности жидких грузов на остойчивость. Цистерны пресной воды заполняем полностью.

Расчёт положения центра тяжести принятых запасов производим в табличной форме.

Таблица 1.1- Распределение запасов

Запасы и их размещение	Р  места  в тоннах	Прием запаса	Х	Z	Mx	Mz
Цистерна основного запаса топлива	27.795	27.795	-42	3.3	-1167.39	91.7
Расходная цистерна ГД	1.6	1.6	-39,97	7,0	-63.9	11.2
Цистерна основного запаса масла	5.695	5.695	-43	0.5	-244.8	2.8
Кормовая цистерна пресной воды	13.8	13.8	-53	4.7	-731.4	64.8
Итого	47.29	47.29	-45.3	3.3	-2143.59	159.3

При частичной загрузке трюмов (когда Z

(1.7)

Где     Vi – объем, занятый грузом: Vi = Р ∙ щ, м^3;

S – площадь трюма, м²;

Р – масса груза, т;

 – удельный погрузочный объем груза, м³/т;

h_дн− возвышение днища трюма над основной плоскостью, м.

Распределяем груз по трюмам, используя данные грузовых помещений

Таблица 1.2-Распределение груза

Грузовые помещения	S трюма М2	киповая грузовмест. м3	Масса груза Тонны	Х	Z	Mx	Mz
Трюм 1	206.8	664	322.3	32	1.7	10313.6	547.9
Трюм 2	246.9	793	385	15	1.7	5775	654.5
Трюм 3	249.1	800	388.3	-4	1.7	-1553.2	660.1
Трюм 4	231.3	743	360.6	-24	1.7	-8654.4	613
Итого		3000	1456.2	4.03	1.7	5881	2475.5

На основании выполненного распределения запасов и грузов составляем таблицу сводных данных и расчета водоизмещения с указанием координат центра тяжести судна

Таблица 1.3-Расчет водоизмещения

Статьи  Нагрузки	Масса  (т)	Плечи  (м)		Моменты (тм)
		Х	Z	Mx	Mz
Судно перед Загрузкой	1286	-9.85	4.72	-12667.1	6069.9
Судовой Запас	48.89	-45.3	3.3	-2143.59	159.3
Перевозимый Груз	1456.2	4.03	1.7	5881	2475.5
Итого	2791.09	-3,19	3.11	-8929,69	8704.7

Для водоизмещения судна после загрузки D = 2791.09 т и плотности воды g_и=1,0 т/м³ по грузовой шкале определяем среднюю осадку судна после загрузки Т`_ср.

Для средней осадки T_cp = 2.35 м из информации по остойчивости для капитана (приложение 1) определяем значение величин:

Т _ср=2.35м     – средняя осадка по грузовой шкале при g = 1,0 т/м³;

Х _с=-0,6м    – абсцисса центра величины;

r=6.2м             – поперечный метацентрический радиус;

R=400м       – продольный метацентрический радиус;

Z _c=1.25м       – аппликата центра величины;

где D – водоизмещение судна в грузу;

H – продольная метацентрическая высота;

H = R+Z _c – Z _g,

где Z _g – аппликата центра тяжести.

Н=400+1,25-3.11=398,14м

М=(D×H)/(100×110)

М=(2791,09×398,14)/(100×110)=101,02  тм/см

Определение дифферента судна после загрузки:

d=D·(X _g-X _c)/M·100

где X _g – абсцисса центра тяжести судна.

d =2791,09·(-3,19-0,6)/101,02·100=-1м

После загрузки судно получило дифферент на корму. Рекомендуется иметь дифферент на корму в пределах от 0 до -0,5 м. Все судовые запасы находятся в кормoвой части судна, поэтому при движении судна расход судовых запасов приведёт к увеличению дифферента на нос. Кроме того, для уменьшения заливаемости судна при движении на встречном волнении необходимо иметь дифферент на корму. Однако необходимо помнить, что для судов проекта 1557 осадка кормой не должна превышать 4,1 м, иначе будет нарушено требование к высоте остаточного надводного борта при затоплении машинного отделения. Полученные расчеты дифферента не удовлетворяют требованию, поскольку дифферент для начала рейса составляет 1 м на корму. Поскольку, из-за большого УПО судно имеет значительный недогруз, можно уменьшить значение дифферента приемом балласта в носовые танки.

Нам нужно уменьшить дифферент на 0,5 м; по формуле 1.9 определяем величину необходимого дифферентующего момента.

М^’ = 50 ∙ M = 50∙101,02 = 5051 Нм

По данным грузовых помещений находим подходящий по величине момента балластный танк, подходит носовая балластная цистерна 11-23 шп.

На основании выполненного распределения запасов и грузов составляем таблицу сводных данных и расчета водоизмещения с указанием координат центра тяжести судна.

Для водоизмещения судна после загрузки D = 2881,09 т и плотности воды g_и=1,0 т/м³ по грузовой шкале определяем среднюю осадку судна после загрузки Т`_ср.

Для средней осадки T_cp = 2.40 м из информации по остойчивости для капитана (приложение 1) определяем значение величин:

Т _ср=2.40м     – средняя осадка по грузовой шкале при g = 1,0 т/м³;

Х _с=-0,6м    – абсцисса центра величины;

r=6.2м             – поперечный метацентрический радиус;

R=400м       – продольный метацентрический радиус;

Z _c=1.25м       – аппликата центра величины;

где D – водоизмещение судна в грузу;

H – продольная метацентрическая высота;

H = R+Z _c – Z _g,

где Z _g – аппликата центра тяжести.

Н=400+1,25-3.04=398,21м

М=(D×H)/(100×110)

М=(2881,09×398,21)/(100×110)=104,3  тм/см

Определение дифферента судна после загрузки:

d=D·(X _g-X _c)/M·100

где X _g – абсцисса центра тяжести судна.

d =2881,09·(-1,66-0,6)/104,3·100=-0,62м

Составление диаграммы.

Расчет начальной метацентрической высоты производится по формуле:

h = Zm – Zg

где Zm – аппликата метацентра;

Zg – апликата центра тяжести.

Zm = Хc + r

Zm = - 0,6+6,2=5,6

Рассчитываем поперечную метацентрическую высоту:

h= Zm – Zg = 5,6 – 3,04 = 2,56 м