Движение судна проекта №588 на участке 'Казань–Москва–Казань'

Движение судна проекта №588 на участке 'Казань–Москва–Казань'

ВВЕДЕНИЕ

Речной транспорт - важнейшее звено в транспортной системе страны. Основные задачи водного транспорта - своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение экономической эффективности его работы.

Интенсивное развитие речного транспорта требует от судоводителя большого мастерства в управлении судном и даже определённого таланта. Освоить сложную технику судовождения, научиться уверенно и безошибочно управлять судном - сложная задача, требующая большой любви к своему делу, много знать и уметь, применять свои знания на практике. На речных просторах появляются новые суда, отвечающие современным требованиям. Они оборудованы новейшими средствами автоматики и навигационным оборудованием.

Все эти изменения требуют от судоводителя не только мастерства, но и определенных знаний, в частности, в области экономики. Сочетание трудового, практического опыта и глубоких теоретических знаний позволит судоводителю достичь в своей сложной и разносторонней профессии мастерства.

В данной дипломной работе на примере маневрирования теплохода проекта № 588 выполнены расчеты характерных манёвров, которые позволяют судоводителю обеспечить процесс расхождения и шлюзования без создания аварийной ситуации. Дана теоретическая база и практические навыки.

Важным показателем при современной работе теплохода являются экономические показатели. Сокращение эксплуатационных расходов, повышение производительности труда - вот успех в современных условиях работы водного транспорта.

Цель дипломной работы состоит в изучении возможности безопасного движения судна проекта №588 на участке «Казань - Москва - Казань», в особенности во время прохождения канала им. Москвы.

Обеспечение безопасности плавания современных судов и составов на канале им. Москвы сопряжено с определенными трудностями. Незначительная ширина канала, насыщенность различными гидротехническими сооружениями, большое количество мостов с ограниченными размерами судоходных пролетов, жесткое мощение откосов канала - все это создает реальные трудности для судоходства.

Анализ показывает, что основными видами аварийных случаев на этом участке продолжают оставаться столкновения и удары - навалы судов и составов.

Чаще всего причинами аварийных случаев являются нарушение правил плавания, требований Уставов, недисциплинированность отдельных лиц экипажей судов. Однако нередко в ходе расследования выявляется явный недоучет особенностей искусственного водного пути, недостаточный практический опыт судоводителей по проводке судов и составов в стесненных условиях.

1. ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНА

судно плавание канал шлюз

Грузопассажирский винтовой теплоход типа «Родина» проекта № 588 с трехдечной надстройкой строился на судоверфи им. Матиас Тезен в городе Висмар Германской Демократической Республики. Назначение судна - перевозка пассажиров, их багажа и груза. Разряд судна по классу Речного Регистра - «О». Корпус изготовлен из стали, материал надстройки из гидронали. Система набора смешанная, имеется ледовое подкрепление для плавания в битом льду. На теплоходе установлено три полубалансирных руля площадью 2,46 м2 каждый. Для создания лучшей управляемости судна на маневрах в носовой части теплохода имеется подруливающее устройство.

Основные показатели:

Размеры судна габаритные:

длина - 95,8 м;

ширина - 14,3 м;

высота от основной линии (без мачты) - 16,7 м.

Размеры корпуса судна расчетные:

длина - 90 м;

ширина - 12 м;

высота борта - 4,3 м.

Скорость судна с грузом при осадке 2,4 м на глубокой тихой воде - 23,7 км/ч.

Коэффициент полноты при осадке 2,05 м:

ватерлинии - α = 0,775;

мидель - шпангоута - β = 0,86;

водоизмещения - δ = 0,57.

Главные двигатели:

марка - 6NVD48;

количество - 3;

мощность - 400 л.с.;

частота вращения - 275 об/мин;

система охлаждения - двухконтурная замкнутая;

пуск - сжатым воздухом.

Движетили:

тип - гребной винт;

количество - 3;

диаметр - 1,6 м;

шаг - 1,92 м;

дисковое отношение - 0,55;

число лопастей - 4;

направление вращения - у винтов среднего и левого - левое, у правого - правое;

материал винтов - латунь.

Рулевое устройство:

количество рулей - 3;

рулевая машина - электрическая с секторной передачей.

Исполнительный электродвигатель:

род тока - постоянный;

напряжение - 220 В;

мощность - 3,25 кВт;

частота вращения - 750 об/мин;

агрегат - система Г - Д.

Электродвигатель:

род тока - переменный;

мощность - 5,5 кВт;

частота вращения - 1420 об/мин.

Генератор постоянного тока:

напряжение - 220 В;

мощность - 4 кВт.

Запасный привод - ручная рулевая машина с валиковым приводом.

Подруливающее устройство:

насос - четырехлопастной;

диаметр колеса - 0,7 м;

электродвигатель - М3Н;

мощность - 50 кВт;

частота вращения - 480 об/мин.

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА

.1 Состав участков района плавания

Район перехода «Москва - Казань», рассматриваемый в данной дипломной работе, состоит из нескольких участков, в которые входят:

Канал имени Москвы (от Северного порта);

Иваньковское водохранилище;

Угличское водохранилище;

Рыбинское водохранилище;

Горьковское водохранилище;

Река Волга от Горьковского гидроузла до п. Октябрьский;

Чебоксарское водохранилище;

Куйбышевское водохранилище.

2.2 Канал имени Москвы (от Северного порта)

.2.1 Водно-транспортная характеристика

Канал имени Москвы является основной водной магистралью соединяющей реку Москва с Волгой. Судоходство по каналу было открыто 15 июля 1937 года. Канал является комплексным гидротехническим сооружением, обеспечивающим водоснабжение Москвы, обводнение рек, протекающих через столицу, и водотранспортную связь московского промышленного района с единой глубоководной системой Европейской части России.

Все сооружения на канале оснащены передовой техникой. Насосные станции и гидроэлектростанции канала полностью автоматизированы и управляются с одного диспетчерского пункта. Шлюзы на водных путях Управления канала им. Москвы, входящие в единую глубоководную систему, имеют полезную длину камер 290 метров и ширину 30 метров.

С постройкой плотин на канале образовались водохранилища: Химкинское, Клязьминское, Учинское, Пестовское, Икшинское, Иваньковское. Общая площадь водохранилищ 327 км2, полный объем 1,46 км3. Протяженность канала им. Москвы от реки Москва (причал Щукино) до Иваньковского гидроузла (причал Большая Волга) составляет 124 км.

Канал имеет два склона - южный и северный, между которыми расположен водоразделительный бьеф.

Водоразделительный бьеф ограничен шлюзами № 7 (г. Химки) и № 6 (пос. Икша). Его протяженность 50 км .Этот участок канала включает в себя Химкинское, Клязьминское, Учинское, Пестовское, Икшинское водохранилища, через которые проходят 25 км трассы канала.

Вода на водоразделительный бьеф перекачивается насосными станциями из Иваньковского водохранилища. В реку Москва вода поступает через Сходненскую ГЭС и шлюзы южного склона. Северный склон канала между Икшинским и Иваньковским водохранилищами имеет протяженность 74 км. На нем находятся пять шлюзов (№№ 6; 5; 4; 3; 2). Все шлюзы однокамерные, с напором около 8 метров каждый. Грунт на канале им. Москвы состоит преимущественно из супеси, торфа, глины. Берега укреплены камнем, железобетонными плитами и вертикальным железобетонным шпунтом.

2.2.2 Условия плавания

Судоходство по водохранилищным участкам обычно не представляет судоходных затруднений, т. к. они не имеют больших открытых площадей. Однако следует иметь в виду, что на мелководных участках судовой ход проходит в пределах прорезей. При движении по водоразделительному бьефу судоводителям необходимо соблюдать осторожность, т. к. здесь расположены места массового отдыха и наблюдается интенсивное движение судов на подводных крыльях, катеров, яхт, моторных и гребных лодок.

Скорость движения по каналу, за исключением водохранилищ водоразделительного бьефа, ограничена (в соответствии с особенностями движения по судоходным путям Московского бассейна).

В районе канала преобладают западные и северо-западные ветра, повторяемость которых 17 - 19 %. Самые ветренные месяцы - май, сентябрь, октябрь.

Осадков в районе трассы канала выпадает в среднем 550 мм в год. Иногда наблюдаются кратковременные ливни, резко ухудшается видимость даже днем. Число дней с туманами за навигацию в среднем составляет 4 - 5 дней в месяц. Чаще всего в августе - ноябре. Питание канала осуществляется в основном за счет перекачки воды и лишь 10 % за счет стока в бассейн водозабора. В навигацию по всей трассе канала поддерживается проектный уровень воды с незначительными колебаниями из - за неравномерного выпадения осадков.

Течение в канале слабое, только на подходах к шлюзам северного склона оно составляет около 1 км/ч.

Ледостав в канале наступает в середине ноября. Вскрытие ото льда в основном происходит в начале апреля с помощью ледоколов.

Гарантированные габариты канала: глубина - 4 м, ширина - 55 м, радиус закругления - 1000 м.

Ограничения по высоте - 13,5 м, по осадке - 3,6 м.

2.3 Иваньковское водохранилище

.3.1 Водно-транспортная характеристика

Иваньковское водохранилище образовалось в результате создания в 1937 году Иваньковского гидроузла. Водохранилище и гидроузел являются неотъемлемыми элементами канала им. Москвы: водохранилище питает водой судоходный канал, частично обеспечивает водой Москву.

Подпор от гидроузла распространяется вверх по реке Волге, выше города Тверь. Для транзитного судоходства представляет интерес участок водохранилища от гидроузла до г. Тверь протяженностью 115 км.

Ложе водохранилища образовано песчаными, гравенистыми и глинистыми грунтами, встречаются также крупные камни - одинцы. Берега водохранилища преимущественно низкие, изрезаны заливами, длина его достигает 120 км, максимальная ширина 4 км.

2.3.2 Условия плавания

По ветроволновым условиям плавания Иваньковское водохранилище относится к разряду «Р» судоходных путей. Максимальная высота волн не превышает 1,1 м. Ледостав на водохранилище устанавливается с 6 ноября по 4 декабря, а очищение от льда происходит с 10 апреля по 7 мая.

Судовой ход по Иваньковскому водохранилищу от г. Тверь до гидроузла пролегает по старому затопленному руслу р. Волга, поэтому глубины не лимитируют судоходство, по оси судового хода они увеличиваются с 5 до 16 м.

Однокамерный однониточный шлюз Иваньковского гидроузла считается первым шлюзом канала им. Москвы.

2.4 Угличское водохранилище

.4.1 Водно-транспортная характеристика

Угличский гидроузел является второй ступенью Волжского каскада.

Гидроузел создал подпор на участке р. Волги от г. Углича до Иваньковского гидроузла. Окончательное наполнение Угличского водохранилища завершилось в 1943 году. Гидроузел и водохранилище предназначены в основном для удовлетворения потребностей энергетики и водного транспорта. До образования водохранилища этот участок р. Волги был неблагоприятным для судоходства, это исключало возможность плавания крупнотоннажных судов и составов.

Угличское водохранилище имеет длину 143 км и максимальную ширину 5 км. Относительно небольшая ширина водохранилища объясняется тем, что на этом участке р. Волга протекала в узкой долине. Подъем воды в результате подпора гидроузла не вызвал большого затопления поймы. Ложе водохранилища образовано песчаными и глинистыми грунтами, встречаются крупные камни - одинцы.

По гидрометеорологическим условиям Угличское водохранилище относится к разряду «Р» судоходных путей. Лишь при ветрах, совпадающих по направлению с наибольшим разгоном волн, на приплотинном участке водохранилища образуются волны высотой 1,2 - 1,3 м. Ледостав на водохранилище проходит с 1 ноября по 11 декабря, очищение от льда - с 5 апреля по 7 мая. Вследствие применения ледоколов навигация часто начинается на 10 дней раньше даты очищения ото льда и заканчивается на 20 дней позже начала ледостава.

По путевым условиям Угличское водохранилище серьезных трудностей для судоходства не представляет. На всем его протяжении судовой ход пролегает по затопленному руслу р. Волги. Поэтому глубина на оси судового хода от Иваньковского гидроузла к Угличскому постепенно увеличивается с 5 до 20 м.

Угличское водохранилище может быть разделено на три характерных участка. На протяжении 40 км от нижнего бьефа Иваньковского гидроузла Угличское водохранилище не вызвало затопления речной поймы. Ширина акватории здесь колеблется от 300 до 600 м, судовой ход

занимает 60 - 70 % ширины акватории. Следующие 60 км водохранилища - это участок с островами, подтопленный поймой. Ширина водохранилища увеличивается здесь до 2 км. Уклонение за пределы судового хода сопряжено с угрозой посадки судна на мель. На последнем, приплотинном, участке пойма затоплена, ширина водохранилища достигает 5 км.

2.4.2 Условия плавания

Угличское водохранилище расположено в относительно узкой до-лине р. Волги. По сложности управления судами и составами судоводители делят его на два участка: верхний и нижний.

Верхний участок - от г. Дубна до г. Калязин протяженностью 93 км характеризуется небольшой шириной и только в районах затопления устьев рек Нерли и Жабни ширина водохранилища увеличивается. Особенностью этого участка является большое число судоходных рек, впадающих в водохранилище: Дубна, Хотча, Медведица, Нерль, Кашенка, Жабня. Районы впадения этих рек в водохранилище и являются наиболее сложными для судоходства.

Кроме того, наличие переправ, двух мостов (в г. Кимры и в устье р. Кашинка), большого числа крупных населенных пунктов создает определенные сложности в судоходстве.

Нижний участок Угличского водохранилища - от г. Калязин до г. Углич - характеризуется большими разливами и глубинами, но движение судов и составов здесь возможно только по бывшему руслу р. Волги. На кромках судового хода и на затопленной пойме имеется множество затопленных строений и фундаментов, представляющих большую опасность для судоходства.

Сложными для судоходства на нижней части Угличского водохранилища следует считать Калязинскую излучину, участок от с. Прилуки до с. Красное и район Угличского грузового порта. В Калязинской излучине необходимо избегать приближения к каменистой правой кромке судового хода, следить за возможным появлением судов с р. Жабня.

2.5 Рыбинское водохранилище

.5.1. Водно-транспортная характеристика

Рыбинское водохранилище расположено на границах Тверской, Вологодской и Ярославской областей. Рыбинский гидроузел был введен в эксплуатацию в 1941 году, однако наполнение водохранилища до нормального подпорного уровня произошло лишь в 1947 году. Основное значение Рыбинского водохранилища состоит в решении энергетических и транспортных задач.

На водохранилище благоприятные условия для судоходства на р. Волге от г. Рыбинск до г. Углич и на нижней Шексне. Эти два направления являются составными частями соответственно канала им. Москвы и Волго-Балтийского водного пути им. В.И. Ленина.

Рыбинское водохранилище образовано в результате затопления поймы участка р. Волги и устьевых рек Мологи, Шексны, Согожи и др. Это придало водохранилищу очертания озеровидного бьефа с островами и берегами, изрезанными заливами.

Подпор по р. Волге распространился на 110 км до Угличского гидроузла. При НПУ максимальная глубина водохранилища достигает 30 м, а средняя глубина - 5,6 м.

По гидрометеорологическим условиям Рыбинское водохранилище относится к водохранилищам с озерными условиями плавания. По данным многолетних наблюдений на водохранилище преобладают ветры западного, юго - западного и южного направлений. На участке г. Рыбинск - г. Череповец волны высотой 2 м зафиксированы при ветрах северного, восточного и южного направлений скоростью 20 м/с.

К зоне Рыбинского водохранилища условно относят и примыкающие к нему магистральные пути рек, находящиеся в подпоре. С учетом этого следует рассматривать три характерных участка: р. Волга (от Угличского гидроузла до п. Коприно), р. Шексна (от Шекснинского гидроузла до устья) и собственно озерная часть водохранилища.

На находящемся в подпоре участке р. Волги судовой ход пролегает в основном русле реки. От нижнего бьефа Угличского гидроузла к озерной части Рыбинского водохранилища глубины на оси судового хода увеличиваются от 4 до 12 м, ширина русла - от 500 м до 2,0 км, появляются острова. Этот участок несложен для судоходства.

2.5.2 Условия плавания

По условиям плавания Рыбинское водохранилище делится на озерную и речную части.

Озерная часть водохранилища является своеобразным связующим звеном в единой глубоководной системе. Здесь проложены четыре основных судовых хода: №№ 62; 63; 64; 65.

Направление течения на каждом из них совпадает с направлением судового хода.

Из четырех основных судовых ходов Рыбинского водохранилища наиболее интенсивное движение судов отмечается на участках № 63 и 65. По судовому ходу № 65 от порта Углич до населенного пункта Коприно (речная часть водохранилища) наиболее сложными для судовождения являются районы порта Углич, пристани Мышкино и железнодорожной станции Волга.

После выхода из Угличского шлюза в нижний бьеф суда движутся нижним подходным каналом, а затем круто поворачивают влево для следования по Рыбинскому водохранилищу к населенному пункту Золоторучье. У Золоторучья справа и слева оборудованы рейды для ожидания шлюзования и других технических операций, а поэтому скорость здесь должна быть ограничена.

У железнодорожной станции Волга водохранилище пересекает железнодорожный мост. Мост имеет два судоходных пролета. Здесь право-бережная дамба перекрывает часть живого сечения водохранилища, что вызывает рост скорости течения в пролете моста в 2 раза по сравнению со скоростью на подходе к нему, наблюдаются прижимные течения направленные к левобережному устою моста. Выше, в непосредственной близости от судоходных пролетов находятся устои старого моста. Для исключения навала на них судов и составов необходимо обеспечить движение строго по оси пролета параллельно направлению течения.

Вахтенные начальники судов перед выходом в озерную часть Рыбинского водохранилища и при плавании в нем должны обеспечить прием прогноза погоды, штормовых предупреждений и путевой информации.

2.6 Горьковское водохранилище

.6.1 Водно-транспортная характеристика

Горьковское водохранилище образовано в результате перекрытия р. Волги в районе г. Городец подпорными сооружениями Горьковского гидроузла. Водохранилище имеет длину 440 км, его подпор распространился вверх по реке до Рыбинского гидроузла. Таким образом, Иваньковский, Угличский, Рыбинский и Горьковский гидроузлы образовали верхнюю (северную) часть Волжского каскада водохранилища. Максимальная ширина водохранилища 14 км, максимальная длина - 22 км.

Наиболее неблагоприятными для судоходства следует считать ветер северного направления. При скорости ветра 15 и 20 м/с в озерной части водохранилища образуются ветровые волны высотой 1,6 и 2,1 м. Однако их повторяемость весьма мала - такие периоды составляют не более 1 % продолжительности навигации. Несмотря на это, в озерной части водохранилища имеются убежища для отстоя судов во время шторма.

Ледостав на водохранилище проходит с 7 ноября по 6 декабря, а очищение ото льда с 18 апреля по 7 мая. Средняя толщина льда составляет около 65 см.

По путевым условиям на Горьковском водохранилище можно выделить четыре характерных участка.

На протяжении 55 км ниже Рыбинской ГЭС - речные условия плавания. Относительно узкий судовой ход пролегает в русле р. Волги, его ширина около 500 м. Глубина по оси судового хода изменяется от 4 до 6 м. На этом участке имеется 16 перекатов. Однако из - за небольшого подпора и в результате выполненных ранее дноуглубительных работ перекаты не имеют явно выраженных гребней и побочней. Название «перекат» в данном случае является лишь уточнением района плавания.

Следующий участок длиной около 270 км немногим отличается от рассмотренного. Здесь отсутствуют перекаты. Водохранилище и судовой ход расположены в основном русле реки. Ширина русла увеличивается с 750 до 1500 м , появляются острова. Глубины по оси судового хода по мере увеличения подпора возрастают с 4,5 до 12 м.

Относительно короткий участок длиной около 25 км соединяет речную часть водохранилища с озерной. Здесь в районе устьев рек Желваты и Елнати появляются острова, затоплена пойма.

Озерная часть водохранилища длиной 80 км принципиально отличается от трех верхних участков. В озерной части имеется несколько судовых ходов, они пролегают над поймой и затопленным руслом реки. Это обуславливает значительные перепады глубин с 5 до 20 м. В этой части водохранилища условия плавания приближаются к озерным.

2.6.2 Условия плавания

Речная часть Горьковского водохранилища, начинающаяся в нижнем бьефе Рыбинского гидроузла, характеризуется сложной судоходной обстановкой, особенно на отрезке пути Рыбинский шлюз - порт Ярославль.

Наиболее сложен для судовождения перекат Петровский. Он сформировался в устье р. Шексны и на правой кромке судового хода по р. Волге, имеет мощную каменистую высыпку, к которой направлено свальное течение.

Ниже судового хода № 61 расположен плесовый участок протяженностью 6 км. На нем справа и слева имеются причалы Рыбинского порта, оборудованы многочисленные рейды, здесь построен Рыбинский автодорожный мост. От нижней границы рейдов Рыбинского порта начинается серия сложных перекатов с каменистым ложем. Учитывая сложность этого района для судовождения (малые габаритные размеры судового хода, большую интенсивность движения судов, в том числе и поперек судового хода), особенности движения и маневрирования на судовых путях Московского бассейна вводят здесь ограничение скорости судов.

Скорость должна быть снижена на всем протяжении судового хода от населенного пункта Парижская Коммуна до пристани Волга.

Акватория порта от железнодорожного моста до устья р. Которосль является районом повышенной сложности плавания. В этом районе ниже автодорожного моста вдоль правого берега находится причальный фронт Ярославского речного вокзала с большим пассажиропотоком.

Согласно Особенностям движения и маневрирования судов по судоходным путям Волжского бассейна участки акваторий портов в районе пассажирских причалов и переправ, а также другие места с интенсивным движением судов относятся к районам повышенной сложности плавания.

Вместе с тем запрещается подход при движении вниз пассажирских судов к причалам речного вокзала г. Ярославля без оборота.

Через населенный пункт Некрасовское проходит условная граница между речной и озерно-речной частями Горьковского водохранилища. Верхний участок озерно-речной части Горьковского водохранилища от пункта Некрасовское до порта Кострома характеризуется значительными разливами, множеством затопленных и подтопленных островов. Габаритные размеры судового хода здесь достаточны для безаварийного плавания судов. Особенностью участка от населенного пункта Хопылево до порта Кострома является частое появление плотного тумана, при котором движение судов и составов ограничивается. На подходе к порту Кострома судоводитель должен учитывать, что у пристани Коминтерн могут появиться суда, выходящие из левобережного притока р. Костромы, а у п. Селище через водохранилище проходит линия электропередач.

На акватории Костромского порта от старого русла р. Костромы до автодорожного моста судам и составам запрещается прекращать движение и маневрирование в случаях, не связанных с подходом к пассажирским причалам, постановкой на рейд и обеспечением безопасности плавания. В этом районе следует остерегаться столкновения с судами, выходящими из старого русла р. Кострома, а также маневрирующих в районе пассажирских причалов у левого берега.

В Особенностях движения и маневрирования предусмотрена установка плавучих навигационных знаков, выгораживающих зону для маневрирования судов на акватории причалов. Заходить в эту зону могут только пассажирские суда и суда, имеющие особое разрешение.

От устья р. Елнать начинается озерная часть Горьковского водохранилища и перед выходом в нее необходимо предварительно по судовой радиостанции получить прогноз погоды.

В озерной части Горьковского водохранилища навигационного оборудования вполне достаточно для безаварийного плавания судов и составов. Однако несколько затруднительных мест усложняют судоходство. В районе Загнетинского створа на основной судовой ход могут выйти суда из р. Елнать, а левая кромка судового хода представляет собой затопленный яр. Напротив населенного пункта Мальгино судовой ход искревлен. У пристани Юрьевец правый коренной берег круто изгибается с северо-запада на юг (вправо). Следует вести судно у коренного берега от Мальгино до Юрьевца, мимо Юрьевца до населенного пункта Гатилиха. У г. Юрьевец на основной судовой ход выходят суда слева из устьев рек Немды и Унжи, здесь работают переправы Селянцево - Юрьевец и Юрьевец - Осиновые Горы. Для судоводителя согласование действий по УКВ - радиосвязи, со всеми рядом находящимися судами является здесь основой обеспечения безопасности плавания.

При одновременном подходе к аванпорту судов из водохранилища и выходе судов с акватории аванпорта преимущественное право проследования предоставляется судну, выходящему из аванпорта.

2.7 Река Волга от Горьковского гидроузла до поселка Октябрьский

.7.1 Водно-транспортная характеристика

Участок р. Волги от Горьковского гидроузла до п. Октябрьский длиной 72 км состоит из двух частей: Горьковский гидроузел - устье р. Оки и устье р. Оки - п. Октябрьский, протяженностью соответственно 56 и 16 км. Выделение данного участка для самостоятельного рассмотрения обусловлено специфическими и исключительно сложными условиями судоходства.

В верхней части рассматриваемого участка р. Волги Горьковская ГЭС - г. Нижний Новгород длиной немного более 50 км расположено 16 перекатов. Перекаты разделяются короткими плесовыми лощинами. Для поддержания судоходных условий на перекатах участка длительное время ежегодно ведутся большие дноуглубительные работы. В связи с ежегодным удалением из судоходных прорезей наносов и отвалом их за кромки судового хода русло р. Волги претерпело изменения. Здесь весьма незначительна разница в глубинах на плесовых лощинах и перекатах, иногда элементы переката - побочни не имеют типичных для реки очертаний.

В результате дноуглубительных работ естественное русло р. Волги на этом участке стало принимать очертания искусственного русла.

Стесненный судовой ход и сложный гидрологический режим на этом участке р. Волги создают серьезные трудности в судоходстве.

В нижней части короткого участка г. Н. Новгород - п. Октябрьский расположены четыре переката. Значительную часть участка занимают рейды речного порта г. Н. Новгород. Регулярные дноуглубительные работы и здесь несколько трансформировали очертания перекатов, сгладили различия перекатами и плесовыми лощинами. Участок серьезных затруднений для судоходства не представляет.

2.7.2 Условия плавания

При промежуточной отметке Чебоксарского водохранилища участок р. Волги между Горьковским и Чебоксарским гидроузлами по сложности проводки по нему судов и составов подразделяются на три характерных отрезка:

нижний бьеф Горьковского гидроузла - п . Октябрьский;

п. Октябрьский - нас. пункт Просек (это участок, на котором подпор

от плотины в разных местах появляется по разному, но еще встречается достаточно много перекатов);

нас. пункт Просек - г. Новочебоксарск (это участок со значительным подпором, условия плавания на котором озерные либо близкие к озерным).

Перекаты на отрезке пути от г. Городец до Верхнего Парашинского переката имеют каменистое ложе, а у кромок судового хода много рейдов, огрудков, водозаборов и других препятствий.

Верхней границей Горьковских рейдов принято считать Верхний Ревякский перекат. С этого пункта вступают в действие все правила и требования к судоводителям по проследованию акваторий крупных портов. Однако каждый порт имеет свои особенности. Так, акватория Горьковского порта от Стрелки до Волжской лестницы является районом повышенной сложности плавания.

Нижней границей Горьковских рейдов считается Нижнее-Подновский перекат. Выше переката у острова Подновский на акватории Горьковского порта в навигационный период устанавливается нефтестанция, где можно провести бункеровку.

2.8 Чебоксарское водохранилище

.8.1 Водно-транспортная характеристика

Чебоксарское водохранилище образовалось в 1980 году в результате перекрытия р. Волги в районе г. Новочебоксарск. Проектом было предусмотрено наполнение водохранилища в два этапа. Однако второй этап наполнения с дополнительным подъемом уровня воды на 5 м отклонен. Современное состояние водохранилища соответствует первому этапу наполнения. Длина водохранилища 263 км, максимальная ширина 13 км.

В связи с относительно небольшими размерами водохранилища и волногасящим эффектом затопленной поймы высота волн при скорости ветра 10 м/с достигает всего 1 м, а при скорости 20 м/с приближается к 1,5м.

На протяжении 70 - 80 км ниже п. Октябрьский водохранилище характеризуется речными условиями плавания, его ширина колеблется от 0,5 до 2 км. На следующих 50 - 60 км пойма местами затоплена, появляются острова, ширина водохранилища увеличивается до 5 км. В районе устьев рек Суры и Ветлуги разливы значительно увеличивают ширину водохранилища. Оно принимает характер, типичный для водохранилищ на равнинных реках.

2.8.2 Условия плавания

Верхний речной участок Чебоксарского водохранилища представляет собой чередование перекатов с плесовыми лощинами.

На нижнем участке водохранилища населенный пункт Просек - г. Новочебоксарск протяженностью 180 км наблюдаются большие разливы, габаритные размеры судового хода больше гарантированных, много затопленных и подтопленных островов, яров и оврагов.

От пристани Бармино до населенного пункта Фокино правый коренной берег изобилует каменистыми образованиями, к нему приближаться нельзя.

Крутой изгиб судового хода влево создает трудности в оценке судоходной обстановки в районе г. Васильсурск. Здесь судоводителю необходимо согласовать свои действия по УКВ - радиосвязи со всеми рядом находящимися судами. У причалов г. Васильсурск часто маневрируют пассажирские суда, а ниже причалов правый коренной берег изобилует каменистыми образованиями вплоть до Сумских рейдов, оборудованных у населенного пункта Хмелевка.

В порту Козьмодемьянск у дежурного диспетчера следует получить прогноз погоды, т. к. на участке Козьмодемьянск - Новочебоксарск условия плавания озерные. Наиболее сложным участком озерной части Чебоксарского водохранилища является отрезок пути от г. Козьмодемьянск до пристани Ильинка. Здесь судовой ход проложен между затопленными и подтопленными островами, ярами, мелями, вдаль от коренных берегов. Поэтому единственным средством ориентировки остаются навигационные знаки. Створы на этом переходе выставлены на подтопленных островах и плохо просматриваются.

Подход всех судов к причалам Чебоксарского порта, находящимся в заливе реки Чебоксарка, осуществляется только по разрешению диспетчера порта. Транзитные суда выходят из залива, как правило, задним ходом.

2.9 Куйбышевское водохранилище

.9.1 Водно-транспортная характеристика

Куйбышевское водохранилище является самым крупным на р. Волге. Оно образовано подпорными сооружениями Куйбышевского гидроузла, построенного в г. Тольятти в 1958 году. Подпор водохранилища распространился по р. Волге до Чебоксарского гидроузла и по р. Каме до Нижнекамского гидроузла. После наполнения длина водохранилища по р. Волге составляла 580 км, максимальная ширина - 30 км и глубина 39 м. После перекрытия р. Волги Чебоксарским гидроузлом длина водохранилища снизилась до 490 км. Значительный подпор до гидроузла вызвал большие затопления поймы реки. С учетом конфигурации коренных берегов реки водохранилище приобрело форму 5 - 6 больших разливов, соединенных между собой суженными участками.

На Куйбышевском водохранилище наблюдается неблагоприятный для судоходства волновой режим. Наибольшее волнение на акватории водохранилища наблюдается при ветрах северного и южного направлений.

Куйбышевское водохранилище (по р. Волге) можно условно разделить на три характерных участка. На верхнем участке, протяженностью 55 км, начиная от Чебоксарской ГЭС водохранилище имеет типичный речной характер: ширина русла колеблется от 0,8 до 1,5 км, глубина на оси судового хода от 4,5 до 12 м. При наполненном водохранилище здесь наблюдается относительно небольшой подпор. В условиях сработки восстанавливаются условия, близкие к речным. Судовой ход пролегает в основном русле реки.

2.9.2 Условия плавания

От шлюзов № 17 и № 18 Чебоксарского гидроузла суда следуют вниз нижним подходным каналом вдоль правого коренного берега, а затем отклоняются по ходу влево к средней части русла в обход дамбы и водозабора, расположенных выше причального фронта Чебоксарского порта. Здесь и ниже, в Новинской воложке, скорость судов ограничена, т. к. у левой кромки судового хода оборудованы специализированные рейды для судов, ожидающих шлюзование.

Судоводителям надо иметь в виду, что при выходе из подходного канала слева от работающей ГЭС может действовать сильное прижимное течение, направленное к правой кромке судового хода. За этой кромкой встречаются затопленные железобетонные изделия, арматура, оставленные строителями.

От затона им. Бутякова до Казанского автодорожного моста у населенного пункта Набережные Моркваши участок характеризуется значительной извилистостью судового хода, большим числом затопленных островов, частыми пересечениями основного судового хода переправами.

Для обеспечения безаварийной работы судна на этом участке судоводитель должен учитывать: работу переправы г. Волжск - г. Козловка, выход судов на основной судовой ход из Лопатинской воложки от пассажирской пристани Волжск и слева от причалов Зеленодольского судостроительного завода, работу переправы г. Зеленодольск - п. Нижние Вязовые (ниже Красного железнодорожного моста), наличие пеньков и затопленных кустов на кромках судового хода при движении между островами Васильевский, Коса, Свияжские.

В границах Казанских рейдов (между населенными пунктами Печищи - Ключищи) движение судов и составов должно осуществляться с предельной осторожностью.

Акватория гавани Казанского порта является районом повышенной сложности плавания, все суда на акваторию выходят только снизу. Заход в аванпорт, а также подход к причалам регулируется диспетчером движения. Прибывшие сверху суда должны делать оборот для входа в районе рейда пассажирских судов. Грузовые, буксирные, пассажирские четырехпалубные и другие суда выходят из гавани у нижней головы волнолома, пассажирские суда, кроме четырехпалубных, выходят по дополнительному судовому ходу, по бывшему руслу р. Казанки, т. е. через верхнюю голову волнолома. Через порт Казань проходит условная граница между речной и озерно-речной частями водохранилища (Волжского направления). К озерно-речной части Куйбышевского водохранилища относят участок от порта Казань до устья р. Камы. Особенность его по сравнению с речной частью водохранилища заключается в том, что габаритные размеры судового хода здесь больше гарантированных и, начиная от С. Ключищи, плавучие навигационные знаки выставлены по оси судового хода.

3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРНЫХ МАНЕВРОВ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ШЛЮЗОВ

.1 Процесс проводки судна при прохождении гидроузла

В связи с интенсивным использованием гидротехнических сооружений на водных магистралях страны, большое место в практике судовождения занимает выполнение маневров в процессе шлюзования. Управление судном при шлюзовании требует от судоводителя достаточного опыта, внимательности и понимания характера, величины сил и моментов, действующие на судно в различные периоды этой операции. Сложность рассматриваемой операции является следствием стесненных габаритов, а также наличие ветра и течения.

Процесс проводки судна через шлюз включает в себя:

.Ввод судна с основного судового хода в подходной канал.

.Движение в подходном канале или стоянка на швартовых у стенки шлюза.

.Ввод в камеру шлюза и ошвартовки.

.Опускание или подъем судна.

.Вывод судна из шлюза.

3.2 Ввод судна в камеру шлюза

Ввод судна в камеру шлюза производится по разрешению вахтенного начальника шлюза, переданного по УКВ - радиосвязи и зеленого разрешительного сигнала светофора ближнего действия.

При отсутствии ветра, рис. 1, ввод судна в камеру шлюза осуществляется вдоль причальной стенки и в непосредственной близости от нее и особой сложности маневрирования не составляет. При вводе судна в камеру шлюза особенно учитываются инерционные характеристики, чтобы правильно выбрать скорость захода и момент начала торможения судна в камере шлюза. Заход затруднен при наличии ветра (отвального или навального). При этом необходимо учитывать направление истинного ветра, т.к. от этого зависит правильность выбора того или иного маневра.

Рис. 1

При ветре, рис. 1, движение судна производится с ветровым углом дрейфа и это увеличивает ширину ходовой полосы. При определенных значениях угла дрейфа судно не может войти в камеру шлюза без навала на причальную стенку или входные палы. В данном случае приходится увеличивать скорость захода в камеру, чтобы уменьшить угол дрейфа.

При попутно - навальном ветре, во избежание навала, целесообразно подводить судно к стенке носом так, чтобы его ДП совпадала с направлением ветра, а затем в непосредственной близости от стенки разворачивают его вдоль стенки и подают швартовы. При встречно - навальном ветре ближе к стенке подводят корму, а носовую часть направляют на ветер. Ввод судна в шлюз при отвальном ветре является очень сложным маневром. Для избежание аварии необходимо увеличить скорость захода. Если ветер сильный, то двигаться вдоль стенки не удастся. В этом случае после получения разрешения на вход двигаться под углом к стенке с раскаткой кормы. В этом случае для смягчения удара используются мягкие кранцы и другие амортизирующие средства.

3.3 Определение допустимого угла ветрового дрейфа

Допустимый угол ветрового дрейфа найден из условия возможности проводки судна по участку ограниченной ширины в габаритах.

Определим допустимый угол дрейфа при заходе в камеру шлюза. Допустимый угол дрейфа определим по выражению [1]:

αв. доп = .(1)

Рис. 2

С учетом величины запаса bз по ширине в шлюзе, который принимается по Правилам плавания по ВВП равным 0,5 м со стороны каждого борта:

αв. доп = ,(2)

где bгаб - ширина камеры шлюза, bгаб = 30 м;- габаритная ширина судна, B = 12 м;- габаритная длина судна, L = 90 м;

αв. доп = ;

αв. доп = 10,8°.

Допустимый угол наносится на график (см. рис. 3). Область графика αв < αв. доп соответствует невозможности движения при данных ветровых условиях.

3.4 Определение показателей управляемости судна при ветре

При оценке управляемости судна в зависимости от ветра принято считать его управляемым, если оно имеет заданный угол αр перекладки руля может двигаться прямым курсом с необходимой скоростью при наиболее неблагоприятном ветре.

Угол ветрового дрейфа αв определяется по формуле [1]:

αв = - А + ,(3)

гдеA = ;(4)

Б = ,(5)

где W - скорость кажущегося ветра, м/c;в - скорость движения судна при действии ветра, м/с;

Сув - коэффициент боковой составляющей аэродинамической силы;

 - относительное отстоящие точки приложения силы Rву от ЦТ судна.

 = 0,25 + (ℓп / L) - (gw / 2 π),(6)

где ℓп - отстояние центра парусности от ЦТ судна, ℓп = + 1,1 м;- угол кажущегося ветра;

 - относительное отстояние руля от ЦТ судна.

= ℓк / L = 45 / 90 = 0,5 , (7)

где ℓк - отстоящие руля от ЦТ судна, ℓк = 45 м;

ρв - плотность воздуха, ρв = 0,00122 т/м3;

ρ - плотность воды, ρ = 1,0 т/м3;о - площадь погруженной части диаметрального батокса.

о = L • T • бg = 90 • 2,2 • 0,9 = 178,2 м2, (8)

где Т - осадка судна расчетная, Т = 2,2 м;

бg - коэффициент диаметрального батокса, бg = 0,9.

С21, С23, С31 - безразмерные коэффициенты гидродинамических сил на корпусе судна определяются по формулам [1]:

С21 = 3,14 (Т / L) (0,63 / )5/2 (L / 6 B)1/3 - 0,032; (9)

С23 = 1,35 (Т / В)1/2 (0,63 / )3/2 - 0,029;(10)

С31 = 1,67 (Т / L) - 0,56  + 0,43 ,(11)

где  - коэффициент продольной остроты судна.

 = δ / β = 0,57 / 0,86 = 0,66.

Определим величину коэффициентов:

С21 = 3,14 (2,2 / 90) (0,63 / 0,66)5/2 (90 / 6 • 12)1/3 - 0,032 = 3,14 • 0,024 • 0,890 • 1,077 - 0,032 = 0,04;

С23 = 1,35 (2,2 / 12)1/2 (0,63 / 0,66)3/2 - 0,029 = 1,35 • 0,428 • 0,933 - 0,029 = 0,51;

С31 = 1,67 (2,2 / 90) - 0,56 • 0,66 + 0,43 = 1,67 • 0,024 - 0,37 + 0,43 = 0,1;

А =  = 0,235;

Б =  = 0,023.

Рассчитаем угол ветрового дрейфа для gw = 30° и соотношение W / Vв = 1:

= 0,25 + (1,1 / 90) - (30 / 360) = 0,179;

Сув = 1,1 sin 30° = 0,55;

αв = - 0,235 + = - 0,235 + = 0,018;

αв = 1,0°.

Расчеты угла ветрового дрейфа для gw = 30°; 60°; 90°; 120°; 150° и соотношение скоростей W / Vв = 1; 2; 3; 4; 5 сводим в табл. 1.

Таблица 1 - Расчет угла ветрового дрейфа при различных gw и W / Vв

По результатам расчета строим график зависимости αв= ƒ(gw; W/Vв), по которому по которому определяем направление кажущегося ветра, соответствующее максимальному углу дрейфа. Такое направление получило название опасного направления по углу дрейфа (см. рис. 3).

По известному значению угла ветрового дрейфа можно определить потребный угол перекладки руля по формуле [1]:

αр = ВСув  + С αв.(12)

В этой формуле для судов с рулем:

В = ;(13)

С = ,(14)

где  - относительный коэффициент упора винта определяется по формуле [1]:

Рис. 3 - График зависимости αв= ƒ(gw; W / Vв)

 = kр / Sо ,(15)

где kр = μр Sр rv2 Zр,(16)

где Zр - число рулей, ед.;- коэффициент влияния корпуса и винта на скорость потока, обтекающего руль;р - площадь пера руля, м2;

μр - угловой коэффициент наклона кривой подъемной силы при αa = 0

Значение μр определяем по формуле [1]:

μр = ,(17)

где λр - относительное удлинение руля.

λр = hр / ℓр,(18)

где hр - высота руля, м;

ℓр - длина руля, м.

р = 1,2 Dв = 1,2 • 1,6 = 1,9 м,(19)

где Dв - диаметр винта, м.

ℓр = Sр / hр = 2,46 / 1,9 = 1,3 м;(20)

λр = 1,9 / 1,3 = 1,46 м;

μр =  = 2,32.

Значение rv определяем по формуле [1]:

rv = (1 - ψ) [1 + (S1 / 2 Sр) (1 - 0,0125 σр) ()],(21)

где ψ - коэффициент попутного потока;- площадь руля, обтекаемая потоком от винта, м2;

σр - коэффициент нагрузки винта по упору.

Значение ψ можно определить по следующей формуле (44) [1]:

ψ = 0,11 + (0,16 / x) δ x ,(22)

где δ - коэффициент полноты водоизмещения;- объемное водоизмещение, м3;- коэффициент для винтов, x = 2.

V = L • B • T • δ = 90 • 12 • 2,2 • 0,57 = 1354,32 м3;(23)

ψ = 0,11 + (0,16 / 2) 0,572 = 0,178;

σр = ,(24)

где Рв - упор винта, кН, Рв = 33,0 кН;р 1 - скорость подтекания воды к винту, м/с;р - площадь диска винта, м2.

р 1 = V0 (1 - ψ) = 6,94 (1 - 0,178) = 5,7;(25)р = π Dв2 / 4 = 3,14 • 1,62 / 4 = 2;(26)

σр =  = 1,02;= (1 - 0,178) [1 + (1 - 0,0125 • 1,02)(- 1)] = 0,97;р = 2,32 • 2,46 • 0,972 • 3 ≈ 16,11;

= 16,11 / 178,2 = 0,09.

Далее определяем коэффициенты В и С для судов с рулями:

В =  = 0,129;

С =  -  = - 1,191.

Определяем потребный угол перекладки αр органа управления для gw = 30°, 60°, 90°, 120°, 150° при W / Vв = 1; 2; 3; 4; 5, результаты сводим в табл. 2.

Таблица 2 - Потребный угол перекладки органа управления при различных W / Vв

По данным табл. 2 строим график зависимости αр = ƒ(gw; W/Vв) для теплохода пр. № 588 (см. рис. 4).

3.5 Вывод судна из камеры шлюза

После выравнивания уровня воды в камере шлюза и верхнем бьефе, открытия ворот и зеленом свете светофора, отдаются швартовы, и судно

Рис. 4 - График зависимости αр = ƒ(gw; W / Vв)

начинает выходить из шлюза. При отсутствии ветра этот процесс не составляет сложности и состоит в том, чтобы постепенно отвалиться от стенки и двигаться по оси канала.

При наличии бокового ветра, выход из камеры осуществляется на повышенной скорости, обеспечивающей лучшую управляемость судном.

Вывод из камеры шлюза судов с повышенной площадью парусности в условиях значительных ветров, часто бывает весьма затруднительным.

При сильном навальном ветре выход судна из камеры шлюза можно произвести несколькими способами:

Отклонение судна от стенки шлюза и двигаться на повышенной скорости.

Движение вперед, скользя по наветренной стенке шлюза и последующим отклонением у конца стенки.

3.6 Расчет инерционных характеристик судна на глубокой воде

С понятием инерционных характеристик связано выполнение следующих маневров: разгон, выбег, и торможение. Инерционные характеристики зависят от массы судна, скорости его движения, сопротивления воды и упора двигателей.

Расчет пути и времени разгона, выбега и активного торможения выполняется в следующей последовательности.

Определяются вспомогательные величины, такие как коэффициент присоединенных масс, который находится по формуле:

К1 =  (0,18 + 2,88 ) (0,624 + 0,72 δ) =(27)

= 2 • 2,2 / 90 (0,18 + (2,88 (12 / 90)2)) (0,624 + 0,72 • 0,57) = 0,0117.

Упор движителей при работе на задний ход определяется по выражению:

з.х. = ,(28)

где n0 - номинальная частота вращения гребного винта, об/мин;р, kм - коэффициенты, соответственно упора и момента винта при ра-

боте на швартовых, определяемые по графику (рис. 40) [1], в зависимости от шагового отношения винта H1 / Dв;р - мощность, подводимая к гребному винту, Nр = 0,95 Nе, кВт.

з.х. = = 121,4 кН.

Далее находим вспомогательные величины:

А = С10 / (2 В • δ (1 + К1)) ,(29)

В = Pз.х / (m (1 + К1))

где m - масса судна, т; m = 1354,32 т;

С10 - коэффициент сопротивления жидкости движению корпуса на

прямом курсе, определяемый по выражению:

С10 = 2 R0 / (ρ • L • Т • V02),(30)

где R0 - сопротивление воды движению корпуса на глубокой воде при скорости V0, кН.

С10 = 2 • 79 / (1 • 90 • 2,2 • 6,942) = 0,0166;

А = 0,0166 / (2 • 12 • 0,57 (1 + 0,0117)) = 0,0012;

В = 121,4 / (1354,32 (1 + 0,0117)) = 0,0886.

Определяем параметры разгона судна по выражениям:

ℓр = 1,165 / А = 1,165 / 0,0012 = 970,8 м,(31)р = 1,470 / (А • V0) = 1,470 / (0,0012 • 6,94) = 177 сек.

Определяем параметры выбега судна по выражениям:

ℓв = 2,3 / А,(32)в = 9,0 / (А • V0)

Для маневра ППХ - СТОП:

ℓв = 2,3 / 0,0012 = 1916,7 м;в = 9,0 / (0,0012 • 6,94) = 1080,7 сек = 18,00 мин.

Аналогично находим параметры выбега для маневра со среднего хода (Vх = 5,2 м/с) и с малого хода (Vх = 3,47 м/с).

Тогда

Сср10 = 0,0295;См10 = 0,0663;

Аср = 0,0021;Ам = 0,0048.

Для маневра ПСХ - СТОП:

ℓв = 2,3 / 0,0021 = 1095,2 м;в = 9,0 / (0,0021 • 5,2) = 824 сек = 13 мин 42 сек.

Для маневра ПМХ - СТОП:

ℓв = 2,3 / 0,0048 = 479,2 м;в = 9,0 / (0,0048 • 3,47) = 540 сек = 9,00 мин.

Определяем параметры активного торможения судна по выражениям:

ℓт = ℓп + ℓа ,(33)т = tп + tа

где ℓп - путь, проходимый судном за время tп определяется по формуле (36), м;п - продолжительность первого периода торможения (время, необходимое для реверса движетелей для полного хода, tп = 40 сек);

ℓа, tа - соответственно путь и время активного торможения, определяются по выражениям:

ℓа = ℓn | 1 + |,(34)а =  arc tg

где Vп - скорость движения в начале второго периода торможения, опре-деляемая по формуле:

п = Vзад. / (1 + А • Vзад. • tп),(35)

где Vзад. - скорость движения судна при заданном ходе, м/с.

ℓп = (1 / А) ℓn | 1 + А • Vзад. • tп |.(36)

Рассчитываем время и путь активного торможения для маневра ППХ - ПЗХ:

п =  = 5,22 м/с;

ℓп =  ℓn | 1 + 0,0012 • 6,94 • 40 | = 239,6 м;

ℓа =  ℓn | 1 + | = 130,7 м;а =  arc tg  = 54 сек;

ℓт = 239,6 + 130,7 = 370,3 м;т = 40 + 54 = 94 сек.

В таком же порядке рассчитываем время и путь активного торможе-ния для маневров ПСХ - ПЗХ и ПМХ - ПЗХ, результаты расчетов сводим в табл.3.

Таблица 3 - Инерционные характеристики судна при движении на глубокой воде

4. ДВИЖЕНИЕ СУДНА В КАНАЛЕ

.1 Особенности движения судна в канале

Движение в канале создает дополнительные трудности в управлении судном. В первую очередь это относится к судам в грузу.

Поэтому очень важно для обеспечения безопасности движения иметь правильное представление об особенностях движения судна и действия на него сил в условиях ограниченного фарватера.

По сравнению с глубокой водой при движению по фарватеру, ограниченному по глубине и ширине, наблюдаются следующие особенности:

.Увеличение сопротивления воды и, как следствие, снижение скорости движения при том же режиме работы двигателей;

.Значительное увеличение просадки корпуса судна, а также дифферента на корму;

.Увеличение сил гидродинамического взаимодействия при расхождении и обгоне;

.Увеличение сил гидродинамического взаимодействия при движении судна вблизи откоса канала, и как следствие, увеличение рыскливости судна.

Причина возникновения указанных особенностей - более интенсивное, по сравнению с открытыми плесами, сжатие потока, что приводит к изменению поля скоростей движения жидкости вокруг судна и перераспределению гидродинамических давлений на подводной части корпуса судна. Резко изменяются и инерционные характеристики судна. Поэтому судоводителю необходимо знать безопасную скорость движения в канале, заходы в шлюз и инерционные качества судна в таких условиях плавания.

4.2 Расчет безопасной скорости движения судна в канале

Значение безопасной скорости Vбез зависит от коэффициента стесненности живого сечения в канале корпусом судна nк, который определяется по формуле:

к =  = 0,081 ,(37)

где Ω x - площадь погруженной части мидель - шпангоута судна, м2;

Ωо - площадь живого сечения канала, м2.

Ω x = В • Т • β = 12 • 2,2 • 0,86 = 22,7 м2.

Площадь живого сечения канала рассчитываем для канала им. Москвы:

Ωо =  • Hк =  • 4,0 = 280 м2,(38)

где ВК 1 - ширина верхней поверхности канала им. Москвы;

ВК 2 - ширина по дну канала;

НК - глубина канала.

Безопасная скорость одиночного судна в канале определяется по выражению:

без = a (1 - nк) (1 - )0,25, (39)

где  - соотношение осадки судна к глубине в канале;= 17 - для судна в грузу.

без = 17 (1 - 0,081) (1 - )0,25 = 12,8 км/ч.

Расчет безопасной скорости расхождения и безопасного траверзного расстояния выполним с судном такого же проекта № 588.

к =  =  = 0,162, (40)

где Ωх 1 - площадь погруженной части мидель - шпангоута собственного судна, м2;

Ωх 2 - площадь погруженной части мидель - шпангоута встречного судна, м2.

 = 17 (1 - 0,162) (1 - 2,2 / 4)0,25 = 11,7 км/ч;

∆b = , (41)

А = a (1 - Т / Н)0,25 = 17 (1 - 2,2 / 4)0,25 = 13,92. (42)

∆b =  = 11,6 м.

Расчет производим для глубины канала Н = 4,0 м; Н = 5,0 м, результат сводим в табл. 4.

Таблица 4 - Безопасные скорости и траверсные расстояния при движении и расхождении теплохода проекта № 588 с теплоходом проекта № 588 на канале

4.3 Расчет безопасной скорости захода в шлюз

Как показывает практика шлюзования, в настоящее время основной резерв в ускорении шлюзования состоит в уменьшении времени на маневровые операции судов (заход в шлюз, выход из шлюза, движение и маневрирование в подходном канале), которая зависит от многих факторов (внешних условий, типа судна, опыта судоводителя и т. п.). Однако основным фактором ускорения и обеспечения безопасности маневра при прочих равных условиях является правильный выбор скорости судна.

Величину скорости захода в камеру шлюза можно определить по формуле:

= (0,97 К2 - 1,62 К + 0,74) ,(43)

где К - коэффициент стесненности;

К = Ω x / Ω к ,(44)

где Ω к - площадь поперечного сечения камеры шлюза;

Ω к = Вк • Нп ,(45)

где Вк - ширина камеры шлюза, м;

Нп - глубина на пороге шлюза, м.

Ω к = 30 • 4 = 120 м2;

К = 22,7 / 120 = 0,189;

 = (0,97 • 0,1892 - 1,62 • 0,189 + 0,74) • = 2,93 м/с.

4.4 Расчет скорости движения судна на канале

Определяем вспомогательный коэффициент F по выражению:

= 5 .(46)

Далее определяем величину падения скорости движения в канале по формуле:

=  .(47)

После этого определяется скорость движения в канале при заданном режиме работы движетеля:

кан = Vзад • .(48)= 5 = 2,2;

= = 0,69;

Vкан = 6,94 • 0,69 = 4,79 м/с.

Расчет производим для полного, среднего и малого хода, и для Нк = 4,0 м, Нк = 5,0 м. результаты расчетов сводим в табл. 5.

Таблица 5 - Скорость движения судна на канале

4.5 Расчет инерционных характеристик судна при движении судна на канале

Определяем вспомогательные коэффициенты К1, Р3х, А, В, по формулам: (27), (28), (29), (30).

Далее рассчитываем путь и время разгона, выбега и активного торможения согласно формул: (31), (32), (33), (34), (35), (36) для полного, среднего и малого хода и глубины канала Нк = 4,0 м, Нк = 5,0 м. Результаты расчетов сводим в табл. 6, табл. 7 и табл. 8.

Таблица 6 - Параметры разгона судна на канале

Таблица 7 - Параметры выбега судна на канале

Таблица 8 - Параметры активного торможения судна на канале

По результатам таблиц строим графики зависимости скорости от времени для разгона, выбега и активного торможения при Нк = 4,0 м, смот-ри рис. 5 и рис. 6.

Рис. 5 - График зависимости скорости судна

от времени при разгоне и активном торможен при движении на канале(Т/Н=0,5).

Рис. 6 - График зависимости скорости судна от времени при выбеге при движении на канале (Т/Н = 0,55)

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ВАХТЕННОМУ НАЧАЛЬНИКУ

.1 Особенности движения судов в канале

По сравнению с движением судов на открытых плесах, при движении в канале наблюдаются следующие особенности:

увеличение сопротивления воды и, как следствие, снижение скорости движения при том же режиме работы движетелей судна;

увеличение просадки корпуса судна, а также дифферента на корму;

увеличение сил присоса и отталкивания при движении судна вблизи берегового откоса канала и, как следствие, рыскливости судна;

увеличение размеров волны, приводящее к интенсивному размыву береговых откосов канала.

Причина возникновения указанных особенностей - более интенсивное по сравнению с открытыми плесами сжатие потока, что приводит к изменению поля скоростей движения жидкости вокруг судна и перераспределению гидродинамических давлений на подводной части корпуса судна.

При малых начальных скоростях движения судна в канале соотношение между его скоростью и сопротивлением такое же, как и на открытых плесах при глубокой воде. Но, начиная с некоторой скорости судна, рост сопротивления происходит заметно интенсивнее. Наконец судно достигает такой скорости, что дальнейшее увеличение оборотов главных двигателей (увеличение мощности, подводимой к движетелю) не приводит к заметному увеличению скорости, привычному на глубокой воде. В этом случае говорят, что судно достигло первой критической скорости движения в канале (на мелководье). Внешним признаком достижения этой скорости является появление резко выраженной так называемой береговой, или спутной, волны. Движение с такой скоростью не экономично, потому что приводит к перерасходу топлива, перегрузке двигателей и, как следствие, более быстрому их износу.

Кроме того, движение на такой скорости опасно, т.к. происходит резкое возрастание просадки, и судно может коснуться дна.

Безопасные приемы управления судном в канале не могут быть выработаны или, во всяком случае, достаточно быстро усвоены без правильного представления физических процессов, происходящих при движении судов в канале, при взаимодействии их во время расхождения и обгона. Только в этом случае судоводитель может сознательно управлять судном и предвидеть последствия этого управления. В дальнейшем приемы управления судном при движении в канале рассматриваются параллельно с рассмотрением физических процессов, происходящих при этом.

5.2 Особенности взаимодействия и маневрирования судов при встречах и обгонах в канале

Расхождение и обгон в канале безопаснее осуществлять на прямо-линейных участках. Отсюда следует, что требуется заранее договориться об этом со встречным или обгоняемым судном по УКВ - радиосвязи и в дальнейшем регулировать скорость хода так, чтобы расхождение или обгон произошло в намеченном месте.

Процесс встречи и обгона на канале можно условно разделить на четыре этапа:

движение по оси канала с момента подачи сигнала на расхождение до момента начала уклонения к тому или иному откосу канала;

уклонение к откосу канала;

движение вдоль откоса до момента сближения по траверзу носовых образований судов при расхождении или до момента сближения по траверзу носа или кормы судов при обгоне;

движение судов параллельными курсами и выход на траекторию движения вдоль оси канала после расхождения или обгона.

Перед началом маневрирования при расхождении и обгоне необходимо убавить скорость движения по трем причинам. Во-первых, это позволяет иметь резерв мощности, а значит и резерв маневрирования на случай необходимого их увеличения в процессе управления судном при дальнейшем его движении вдоль откоса канала. Во-вторых, всякое движение по криволинейной траектории (а при уклонении к откосу канала такое уклонение неизбежно) связано с появлением центробежных сил инерции, значения которых прямо зависят от квадрата скорости. В-третьих, сбавление скорости будет полезным и для уменьшения дополнительных сил и моментов, появляющихся при движении вдоль откосов канала. При этом следует стремиться осуществить расхождение так, чтобы путь движения судна вдоль откоса канала был как можно меньше. Снижение скорости хода необходимо произвести заранее, еще при движении по оси канала, по той причине, что падение скорости судна происходит постепенно. В том случае, если снижение скорости будет осуществлено непосредственно во время отклонения к откосу канала, то скорость судна не успеет упасть и желаемого эффекта маневр не даст. Уклонение к откосу канала следует выполнять по возможно более пологой траектории, это связано опять же с уменьшением значений центробежных сил инерции, которые обратно пропорционально зависят от радиуса кривизны траектории.

Движение вдоль откоса канала характеризуется тем, что по сравнению с движением по оси канала нарушается симметричность обтекания корпуса судна. Как правило, в носовой оконечности судна с борта находящегося близко к откосу канала, образуется повышение уровня свободной поверхности воды. Затем уровень вдоль этого борта падает и становится ниже, чем у противоположного, особенно эта разница становится значительной в кормовой части судна. Наличие разностей уровней

свободной поверхности воды с бортов судна приводит к перераспределению давлений вдоль корпуса судна по сравнению с симметричным обтеканием при движении по оси канала.

Характерным является то, что в носу судна возникают силы отталкивания от откоса канала, а корме - силы присасывания. Причем, как показывает опыт, кормовые силы присасывания будут тем больше, чем больше скорость судна и чем меньше расстояние между его бортом и откосом канала.

Момент от кормовых сил присасывания стремится развернуть судно носом в сторону оси канала. Судоводителям следует обращать особое внимание на момент выравнивания судна параллельно откосу канала после отклонения от оси. На описанную картину при этом «накладывается» еще раскат кормы в сторону откоса канала.

В этот момент может пригодиться резерв мощности для увеличения рулевой силы и создания достаточного усилия, направленного в сторону оси канала. Это может быть достигнуто кратковременным увеличением оборотов двигателя.

Иногда для того, чтобы обеспечить требуемую пониженную скорость движения вдоль оси канала приходится переходить на работу одной машиной. В этом случае правильнее будет продолжать работать машиной, находящейся с борта, обращенного к оси канала.

К моменту сближения носовых оконечностей при расхождении суда должны двигаться параллельными курсами. В первоначальный момент нахождения носовых оконечностей судов на траверзе происходит их отталкивание. Это связано с взаимодействием областей повышенного давления в носовых оконечностях. Судоводитель должен быть готов к этому, заранее переложить рулевой орган с борта, обращенного к оси канала, на некоторый угол на противоположный борт. Эта перекладка руля довольно кратковременна, потому что по мере входа судна в «зону влияния» друг на друга, т. е. по мере сближения миделевых сечений корпусов начинают увеличиваться силы присасывания, обусловленные увеличением скорости протекания и понижением уровней воды между корпусами.

Момент от этих сил до положения, когда миделевые сечения судов окажутся на траверзе, будет стремиться развернуть суда в направлении друг к другу. Причем наибольшего значения этот момент достигает непосредственно в положении носа судна на траверзе миделя встречного судна. Соответственно этому следует осуществлять перекладку рулевого органа на борт, противоположный встречному судну. При дальнейшем сближении миделевых сечений судов момент, разворачивающий суда носом друг к другу, будет уменьшаться, и в положении, когда миделевые сечения будут находиться на траверзе, он будет примерно равен нулю.

В дальнейшем при удалении миделевых сечений друг от друга момент от сил присасывания изменит свое направление и будет стремиться сблизить кормы судов. Значение его будет возрастать до момента сближения миделя судна с кормой встречного судна. После этого момент указанного направления будет уменьшаться.

Непосредственно в момент нахождения кормовых оконечностей расходящихся судов на траверзе на них будут кратковременно действовать силы отталкивания.

При обгоне наиболее ответственным, как и при расхождении, является третий этап, когда происходит движение судов параллельными курсами с момента нахождения на траверзе носа обгоняющего судна и кормы обгоняемого судна до момента, когда на траверзе будут находиться нос обгоняемого судна и корма обгоняющего судна. При этом также можно выделить несколько характерных моментов.

Прежде всего, момент сближения носа обгоняющего судна с кормой обгоняемого характеризуется появлением гидродинамических сил отталкивания кормы и носа друг от друга. Моменты этих сил будут действовать таким образом, что нос обгоняющего судна будет стремиться отклониться к ближайшему откосу канала, а нос обгоняемого судна - в сторону обгоняющего.

Как только нос обгоняющего судна начинает проходить траверз кормы обгоняемого и далее входить в «зону действия» корпуса обгоняемого судна, начинают расти силы присасывания на корпусах обоих судов. Направлены они так, что стремятся сблизить нос обгоняющего судна с кормой обгоняемого. Моменты этих сил действуют так, что нос обгоняемого судна стремится развернуться в сторону ближайшего откоса, а нос обгоняющего - в сторону кормы обгоняемого. При этом момент на обгоняющем судне по направлению будет складываться с моментом, стремящемся развернуть это судно в сторону оси канала. По мере дальнейшего входа обгоняющего судна в «зону действия» обгоняемого моменты указанных направлений будут возрастать до выхода носа обгоняющего судна на траверз миделя обгоняемого. В дальнейшем моменты будут уменьшаться, а точки приложения сил присоса приближаться к миделевым сечениям судов. Затем в момент нахождения миделей судов на траверзе моменты, связанные с силами присоса на корпусах судов, становятся равными нулю.

При дальнейшем продвижении обгоняющего судна вперед точки приложения сил присоса перемещаются соответственно у обгоняющего судна в корму от миделя и у обгоняемого - в нос от миделя. Соответственно с этим меняются и направления моментов от этих сил. На обгоняющем судне он действует так, что стремится развернуть нос судна в сторону ближайшего откоса канала, на обгоняемом - в сторону обгоняющего судна. По значению моменты указанных направлений растут до положения кормы обгоняющего судна на траверзе миделя обгоняемого. Затем по значению эти моменты начинают уменьшаться и становятся равными нулю, когда корма обгоняющего судна проходит траверз носа обгоняемого. Непосредственно после этого положения на носовой оконечности обгоняемого судна и кормовой обгоняющего возникают силы отталкивания как результат взаимодействия областей повышенных гидродинамических давлений. Моменты этих сил направлены так, что обгоняющее судно стремится развернуться в сторону оси канала, а обгоняемое - в сторону ближайшего откоса канала.

При обгоне перекладка рулевого органа должна осуществляться в сторону, обратную указанным направлениям моментов обгоняющего и обгоняемого судов. Во всяком случае судоводитель должен быть готов к такой перекладке. Часто для увеличения рулевого усилия необходимо прибегать к кратковременному пуску машин на повышенный режим работы, т. е. использовать тот запас управляемости, который был создан предварительным снижением скорости судна перед обгоном. Необходимо отметить, что как расхождение так и обгон в канале рассмотрены выше без учета действия бокового ветра или ветра направленного под некоторым углом к оси канала. Ясно, что при действии бокового ветра следует учитывать усилия аэродинамической силы, возникающей на надводной части корпуса судна. Значения эти усилий и их направления зависят от скорости ветра, площади парусности и ее расположения по длине корпуса судна.

Обычно паспортных данных о поведении судна под действием ветра нет. Поэтому при движении на открытых плесах в ветреную погоду судоводители должны проводить наблюдения и определять качества судна при действии ветра и различной осадке. Эти знания помогут судоводителям безопасно маневрировать в стесненных условиях плавания, в том числе и при плавании по каналам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной дипломной работе рассмотрен вопрос безопасной и эффективной проводки теплохода проекта № 588 по маршруту «Казань - Москва - Казань» с подробным рассмотрением и расчетами участка канала им. Москвы. Она охватывает всю совокупность маневров, которые судоводителю последовательно приходится выполнять, как на открытых участках рек, так и при движении по каналу с непосредственным шлюзованием и сопутствующими операциями.

Сделан анализ путевых и гидрометеорологических условий в районе плавания, что позволит оценить характер сил, действующих на судно. Работа содержит теоретические расчеты на всех этапах шлюзования. Представлены графики, которые можно использовать для оценки управляемости судна при прохождении гидроузла в условиях ветра.

Наиболее опасные направления по углу дрейфа для теплохода проекта № 588 составляет 73° к диаметральной плоскости. Допустимый угол дрейфа при заходе в шлюз составляет 10,8°, при больших углах нос судна упирается в одну стенку камеры шлюза, а корма в другую и наступает потеря управляемости.

Даны рекомендации судоводителям по безопасному маневриро-ванию судов в каналах.

Литература

1. Соляров Н.Ф., Белоглазов В.И., Тронин В.А. Управление судами и составами. - М.: Транспорт, 1983. - 296 с.

. Атлас единой глубоководной системы РСФСР, т.2., 1988.

. Клементьев А.Н., Токарев П.Н., Тиханов В.И., Трифонов В.И. Управление судами и безопасность плавания. - Н.Новгород: ВГАВТ.  2002. - 56 с.

. Владимиров Н.Н., Щепетов И.А., Белоглазов В.И. Лоция. - М.: Транспорт, 1984. - 352 с.

. Рекомендации по маневрированию судов при шлюзовании. - М.: Транспорт, 1977. - 56с.

. Движение и маневрирование судов на каналах и пропуск их через шлюзы. - М.: Транспорт, 1968. - 80 с.

. Фролов Л.Н., Шмелев Н.П. Лоция ЕГС.

. Клементьев А.Н., Токарев П.Н., Сандаков Ю.А. Методические указания по выполнению дипломных работ. - Н.Новгород: ВГАВТ. 1998. - 20 с.

. Клементьев А.Н. Особенности движения и маневрирования судов в зоне судоходных гидросооружений.- Н.Новгород, 1997. - 50 с.

. Справочник судоводителя речного флота. Под ред. Г.И. Ваганова. - М.: Транспорт, 1983. - 399 с.