Транспортные характеристики и основные свойства груза. Регламентация перевозки грузов. Принцип распределения груза по грузовым отсекам с целью сохранения продольной прочности судна (формула). Допустимое количество груза (по массе) в трюме (формула). Порядок перевозки навалочных и наливных грузов

Цель работы. Ознакомление с методикой формирования пакетов из сортового металла сложной геометрической формы.

Общие указания. К сортовому металлу относятся: прямоугольные и круглые заготовки, уголок, швеллер, двутавр, тавр, шпунт, рельсы, и другие фасонные профили, арматурная сталь, трубы диаметром до 200 мм.

Многие виды сортового металла имеет сложную геометрическую форму и при их перевозке и хранении возможно наличие больших пустот между отдельными грузовыми местами. Для рационального использования перегрузочной техники и транспортных средств, а также для уменьшения пустот сортовой металл часто пакетируют (формируют связки). При таком пакетировании габаритные объемы отдельных грузовых мест значительно перекрывают друг друга. Поэтому удельный объем пакета (связки) сортового металла намного меньше, чем сумма объемов отдельных грузовых мест ее составляющих. При загрузке связок на судно уменьшение объема можно учесть при помощи коэффициента трюмной укладки, который в свою очередь учитывает коэффициент формы груза. Значение такого коэффициента трюмной укладки, как правило, меньше единицы.

Значение коэффициента формы сортового металла, в свою очередь, изменяется в зависимости от количества грузовых мест, составляющих связку, и их взаимного расположения. Таким образом, при постоянном удельном объеме места единицы сортового металла, могут быть получены разные значения УПО.

При формировании связки, составляющие его грузовые места, должны быть уложены так, чтобы габаритный объем связки был наименьшим. При формировании связки количество грузовых мест в ней определяется рекомендуемой массой связки или желательными размерами.

Масса связки зависит от массы одного профиля, которая в свою очередь определяется размерами и материалом, из которого изготовлен профиль. В большинстве справочной литературы приводится масса погонного метра (q). Масса погонного метра используется в том случае, когда масса каждого метра всего профиля (или другого изделия) одинакова по всей его длине.

Сечение связки должно приближаться к квадрату, так как связка, имеющая большую высоту, будет неустойчива при укладывании, а большую ширину – будет «разрушена» (смята) при перегрузке. Допускается отклонение от квадратного сечения связки, обусловленное конкретными размерами профилей и ограничениями по массе связки.

При формировании связок необходимо учитывать последовательность укладки отдельных профилей в связку. То есть при формировании связки, она не должна развалиться (должна быть устойчивой) до момента ее скрепления (увязки).

В работе рассматриваются некоторые виды сортового профиля (уголок, двутавр, швеллер). Для формирования связки основное значение имеют следующие характеристики профиля: ширина (b), высота (h), толщина (d), внешний вид (рис. 20).

Рис. 20. Сечения профилей

В работе принимается, что толщина профиля d одинаковая по всему профилю. Для равнобокого уголка задается только одна величина h (b = h). При формировании связки, зазоры между отдельными профилями равны 1 мм. Масса связки должна быть от 2 до 3 т, допускается отклонение не более 25 %.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом, для каждого вида профилей (предлагается два вида) выписываются значения h, b, d, ℓ, q.

Для каждого вида профиля определяем длину ℓ_м, ширину b_м, высоту h_м (мм) и массу g_м (кг):

ℓ_м = ℓ; b_м = b; h_м = h; g_м = q × ℓ_м,

где q – масса одного погонного метра профиля, кг/м.

Далее, по методике приведенной ранее (см. лаб. раб. 1), рассчитывается удельный объем места (U_м) каждого заданного вида профиля.

Формирование связок производим для каждого вида профиля отдельно. Для точности расчетов при формирования связок, значения b, h и d выражаются в миллиметрах.

Формирование связки из уголка.

Формирование связки производится с учетом последовательности укладки, поэтому уголок поворачивается и укладывается в другом положении (рис. 21, а), чем было указано ранее (рис. 20).

Такое расположение уголка правомочно, так как V_м не изменится, а ширина связки b_с при этом будет равна значению «с» (рис. 21, б).

Так как стороны уголка (b и h) расположены под углом в 90°, воспользуемся теоремой Пифагора для определения значения «с», мм:

Рис. 21. Последовательность формирование связки уголка

.

Сформированная связка должна иметь форму квадрата в сечении (приближаться к ней) поэтому принимаем, что высота связки (h_с) равна ее ширине (b_с).

Определяем сколько уголков (количество уголков (n)) поместится в связку такого размера, и какая будет масса (g_с) такой связки.

Сначала рассматриваем ситуацию когда количество уголков по ширине связке n_b равно единице (n_b = 1), тогда h_с = b_с = с.

Из рис. 21, б видно, что сами уголки располагаются не сразу на поверхности опоры (пола), а имеется определенный зазор (Dh). Поэтому сначала определим эту величину.

Высота прямоугольного треугольника (Dh) делит гипотенузу (с), пропорционально величинам катетов (b и h) (рис. 21, а).

Если треугольник равнобедренный (b = h), то гипотенуза (с) делится пополам мм:

с_b = с_h = с / 2.

Если треугольник неравнобедренный (b ¹ h), то гипотенуза (с) делится пропорционально величине соответствующих катетов, мм:

с_b = c × b / (b h) или с_h = c × h / (b h).

Зная величины катета с_b (с_h) и гипотенузы b (h), определяем значение величины второго катета (Dh), мм:

или .

Тогда высота связки, которая остается для размещения уголков составит h_с – Dh. Каждый уголок по высоте занимает место равное сумме толщины уголка (d) и величины зазора между ними (1 мм). Исходя из этого, определяем количество уголков в связке по высоте (n_h), шт.:

n_h = (с – Dh) / (d 1);

дробное значение n_hокругляется до целого числа.

Определяем общее количество уголков в связке, шт.:

n = n_b × n_h.

Далее определяем массу связки (g_с), т:

g_с = n × g_м.

Полученная масса сравнивается с допустимой, при этом возможно следующие ситуации:

масса связки больше 3,75 т. В этом случае количество уголков по высоте уменьшается, до тех пор, пока g_с не станет меньше 3,75 т;

масса связки больше 1,5 т но меньше 3,75 т. В этом случае количество уголков по высоте не меняется;

масса связки незначительно меньше 1,5 т. В этом случае количество уголков по высоте увеличивается, до тех пор, пока g_с не станет больше 1,5 т;

масса связки значительно меньше 1,5 т. В этом случае количество уголков в связке по высоте и ширине пересчитывается.

В первых трех случаях расчет количества уголков n в связке на этом заканчиваем и переходим к определению размера связки. Если количество уголков менялось (первая и третья ситуации), то n_h и g_суточняется.

Пересчет количества уголков производится в следующей последовательности.

По ширине связки располагаем два уголка (n_b = 2) (рис. 21, в), тогда с учетом зазора между двумя стопками уголков в 1 мм получим, мм:

h_с = b_с = (2 × с 1).

Тогда количество уголков по высоте составит, шт.:

n_h = ((2 × с 1) – Dh) / (d 1).

После чего повторяется расчет n и g_с.

При ширине связки в три уголка (n_b = 3), шт.:

n_h = ((3 × с 2) – Dh) / (d 1) и т. д.

Перерасчет, с увеличением ширины связки, продолжается до тех пор, пока масса связки станет допустимой.

Приступаем к определению размеров связки – длины (ℓ_с), ширины (b_с) и высоты (h_с), мм:

ℓ_с = ℓ_м;

b_с = с × n_b (n_b – 1) × 1;

h_с = Dh (d 1) × n_b.

Рассчитываем коэффициент формы (К_ф):

К_ф = (b_с × h_с) / (b_м × h_м × n).

Находим коэффициент трюмной укладки (К_тр) для полученной связки. Для этого находим (b_с h_с) в метрах и определяем значение К_тр по графику (рис. 19). Рассчитываем коэффициент трюмной укладки с учетом формы груза К¢_тр и УПО связки (U).

Формирование связки из двутавровой балки (швеллера).

При формировании связки из профилей такой конфигурации взаимное расположение отдельных мест может быть произвольным. При этом необходимо только, чтобы объем сформированной связки был наименьшим. Примеры наиболее типичного взаимного расположения отдельных профилей приведены на рис. 3.

При формировании связки необходимо, кроме соблюдение квадратного сечения, чтобы количество профилей по ширине (n_b) было одинаковое во всех рядах по высоте. При формирования связки, после скрепления (увязки), ее можно переворачивать (менять высоту и ширину) при условии устойчивости связки и в таком положении. Формирование можно производить сразу в перевернутом виде, подразумевая кантовку связки после скрепления (см. связка двутавровой балки рис. 22).

Рис. 22. Пример схемы связки двутавра и швеллера

Для формирования связки рассчитаем предварительно необходимое количество профилей (n¢), исходя из массы 2 т, шт.:

n¢ = 2 / g_м.

Исходя из n¢ и соотношения ширины (b_м) и высоты (h_м) профиля определяется их пространственное расположение и формируется связка. В случае необходимости n¢ может быть изменено.

Далее определяются окончательное количество профилей (n), размеры связки (b_с, h_с) с учетом зазоров между профилями в 1 мм как по ширине, так и по высоте связки. После этого, по методике описанной ранее, рассчитываются и определяются значения g_с, К_ф, К_тр, К¢_тр, U.

В протоколе приводятся схематичное изображение полученных связок. Схема связки должна быть такой, чтобы по ней можно было определить количество профилей по ширине и высоте, а также взаимное расположение профилей в связке (рис. 21 и 22).

Цель работы. Ознакомление с практическими методами определения количества массового груза по разности водоизмещения судна.

Общие указания. Определение массы большинства навалочных грузов на судне часто сопряжено с определенными трудностями. Наиболее распространенным и относительно простым методом определения количества груза на судне является определение по разности объемного водоизмещения, или, как часто говорят, по осадке судна. Масса судна , равная массе воды , вытесняемой судном , называется весовым водоизмещением. Поскольку водоизмещение судна изменяется в зависимости от степени его загрузки, любому значению осадки соответствует определенное водоизмещение. Суть метода заключается в определении водоизмещения загруженного и порожнего судна, а разность между этими значениями составит искомую массу груза.

Для определения массы грузов по разности водоизмещения в груженом и порожнем состояниях, суда снабжены специальными грузовыми шкалами или таблицами грузового размера. По ним, в зависимости от величины погружения (осадке), определяется водоизмещение судна.

При плавании судов в пресных водах или в водах с другой соленостью к шкалам и таблицам применяются соответствующие поправки.

При определении массы грузов следует учитывать изменение переменных запасов (топлива, смазочных масел, пресной воды, балласта, хозяйственных и фекальных вод и т. п.), которое происходит во время выполнения грузовых операций. Для этой цели суда снабжены калибровочными таблицами топливных, масляных, водяных и балластных цистерн.

В калибровочных таблицах для каждого танка представлены замеры уровней жидкости и соответствующие им объемы жидкости. Замеры уровней жидкости в балластных танках выполняются через замерные трубы при помощи рулетки с лотом. По судовым калибровочным таблицам для замеренных уровней находится объем жидкости для каждого балластного танка. При помощи ареометра находится плотность жидкости в каждом танке. Масса жидкости в балластном танке определяется путем перемножения объема и плотности жидкости в данном танке. Эта операция производится для каждого танка с балластной водой. Общее количество балласта определяется суммированием значений массы жидкости по каждому танку. Аналогичным образом определяется количество пресной воды. В том случае, если расчет количества запасов топлива дополнительно не заказан, то массы тяжелого топлива (мазута), дизельного топлива и смазочного масла принимаются по заявлению судовой администрации.

Водоизмещение судна состоит из массы корпуса порожнего судна, массы переменных запасов и массы груза (если судно загружено). Водоизмещение судна определяется в зависимости от его средней осадки Т_ср. Для определения осадок на носу (FP), на корме (AP) и на миделе (середине) судна делают их замеры по правому и левому борту. Рассчитывают средние осадки на носу Т_н, на корме Т_к и на миделе Т_Ä с поправками, связанными с несовпадением марок углубления и перпендикуляров, а также прогибом судна.

Для снятия осадок с борта судна используются нанесенные на борта судна в носу, в корме и в районе мидель-шпангоута цифры, называемые марками углубления. Марки углубления могут быть нанесены в дециметрах (метрическая система) или в футах (английская система). В случаях, когда марки углубления не нанесены на корпус судна, измеряется высота надводного борта от линии главной палубы до зеркала воды и вычитается из высоты борта судна, измеряемой от киля до главной палубы.

Снятие осадки носом, на миделе, кормой производится с обоих бортов судна с максимально возможной точностью с причала и / или катера. При волнении моря необходимо определить среднюю величину амплитуды омывания водой каждой марки углубления, которая и будет являться фактической осадкой в данном месте. При волнении рекомендуется пользоваться специальными приборами для снятия осадок. В настоящее время разработан ряд таких устройств, которые используются на практике. После измерения осадок по левому и правому бортам в носу, в корме и в районе мидель-шпангоута рассчитывается средняя осадка носом, кормой и на миделе:

Т = (Т^п Т^л) / 2.

В расчетах используются осадки на перпендикулярах и на мидель-шпангоуте. Однако марки углублений, как правило, не совпадают с перпендикулярами, а иногда и с мидель-шпангоутом. Поэтому для исключения ошибки вводится поправка к средним осадкам носом, кормой и на миделе (если необходимо):

DH = f × d / LBM; Т_н = Т_н ± DH;

DK = а × d / LBM; Т_к = Т_к ± DK;

DM = m × d / LBM; Т_Ä = Т_Ä ± DM,

где d – дифферент судна – разность средних осадок кормой и носом, м. Дифферент на корму имеет положительный знак;

f– расстояние от носовых марок углубления до носового перпендикуляра;

а– расстояние от кормовых марок углубления до кормового перпендикуляра;

m– расстояние от марок углубления на миделе до мидель-шпангоута;

LBM – расстояние между марками углубления (длинна судна между перпендикулярами).

В практике существует много методик для определения (расчета) средней осадки судна (Т_ср). Наиболее распространенной формулой для определения средней осадки судна для сюрвейерских расчетов является следующая:

Т_ср = (Т_н 6 × Т_Ä Т_к ) / 8.

По грузовой шкале (табл. 9) (кривым элементов теоретического чертежа) или с помощью гидростатических таблиц по средней осадке определяется водоизмещение D_о.

Гидростатические таблицы (грузовая шкала) рассчитаны для судна на ровном киле. Водоизмещение судна, имеющего дифферент, будет отличаться от соответствующего средней расчетной осадке водоизмещения, взятого из таблиц. Поэтому необходимо применить поправки на дифферент:

D₁ = 100 × u × LCF× d / LBM;

D₂ = 50 × d² × (dM/dz) / LBM,

где u – число тонн на 1 см осадки. Которое характеризует, какое количество тонн необходимо загрузить (выгрузить) на судно, чтобы его осадка изменилась на 1 см;

LCF – смещение центра тяжести площади ватерлинии от мидель-шпангоута, м. Смещение центра тяжести площади ватерлинии (LCF) от миделя в корму считается положительным , в нос – отрицательным;

dM/dz – разница в моменте, изменяющем дифферент на 50 см выше и ниже средней расчетной осадки.

Знак первой поправки получается алгебраически, а второй – всегда положительный.

Сумма двух поправок дает общую поправку на дифферент к водоизмещению:

D = ±D₁ D₂.

Определяется водоизмещение с учетом поправки на дифферент:

.Грузовая шкала

Таблица 9

D₁ = D_о D.

Когда фактическая плотность морской воды отличается от той, для которой рассчитано водоизмещение в гидростатических таблицах (1,025 т/м³), необходимо ввести поправку на плотность. Фактическая плотность определяется при помощи ареометра. Отбор пробы морской воды осуществляется с обоих бортов судна в районе мидель-шпангоута с глубины равной половине осадки судна на момент отбора. Скорректированное на фактическую плотность морской воды водоизмещение определяется по формуле:

D = D₁ × r_ф / 1,025.

Определив водоизмещение в начале (D_п) и в конце (D_г) грузовых работ, рассчитываем количество груза, с учетом переменных запасов:

G = (D^г – g_г) – (D^п – g_п),

где D^г, D^п – водоизмещение судна в груженом и порожнем состоянии (определяется по грузовой шкале);

g_г, g_п – суммарное количество переменных запасов в груженом и порожнем состояниях.

При тщательных замерах, суммарная ошибка определения количества груза по осадке может составить порядка 0,5% массы груза.

В данной работе рассматривается сокращенный расчет.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем значения осадок каждого борта, и объем запасов на начало и по окончании (конец) грузовых работ.

Сначала производятся расчеты на начало грузовых работ.

По заданной осадке носом правого (Т_н^п) и левого (Т_н^л) борта определяем среднюю осадку носом Т_н, м:

Т_н = (Т_н^п Т_н^л) / 2.

По осадке на миделе правого (Т_Ä^п) и левого (Т_Ä^л) борта – среднюю осадку на миделе Т_Ä, м:

Т_Ä = (Т_Ä^п Т_Ä^л) / 2.

По осадке кормой правого (Т_к^п) и левого (Т_к^л) борта – среднюю осадку кормой Т_к, м:

Т_к = (Т_к^п Т_к^л) / 2.

По полученным средним осадкам, рассчитываем среднюю осадку всего судна Т_ср, м:

Т_ср = (Т_н 6 × Т_Ä Т_к) / 8.

По грузовой шкале (табл. 9) определяем водоизмещение судна D_о. Для этого на шкале осадок грузовой шкалы находим значение Т_ср и ближайшее к нему значение осадки, для которой на грузовой шкале указано численное значение водоизмещения. Обозначим эту осадку – Т¢, а соответствующее ей водоизмещение – D¢_о.

Если Т_ср и Т¢ не совпадают, то определим разницу (DТ) между расчетным значением осадки (Т_ср) и табличным (Т¢), см:

DТ = Т_ср – Т¢.

Тогда водоизмещение D_о определяется из выражения, т:

D_о = D¢_о DТ × ,

где – среднее число тонн на 1 см осадки. Значение определяется как среднее между u, определенными для Т_ср и Т¢.

Если Т_ср и Т¢ совпадают, то D_о = D¢_о.

Рассчитываем дифферент судна (d), м:

d = Т_к – Т_н.

Так как в работе задано, что dM/dz = 0, то значение D₂ не учитываем и рассчитываем D = D₁, т:

D = 100 × u × LCF× d / LBM,

где u определяется по грузовой шкале для значения Т_ср.

Определяем водоизмещение с учетом поправки на дифферент, т:

D₁ = D_о D .

Так как в работе задано, что r_ф = 1,025, то D = D₁.

Расчет на начало работ закончен, принимаем D_п = D

Повторяем аналогичные расчеты для окончания (конец) грузовой обработки судна и принимаем D_г = D.

Аналогично обозначаются и суммарное количество переменных запасов в груженом (конец) (g_г) и порожнем (начало) (g_п) состояниях.

В конце работы определяем массу груза по осадке судна, с учетом изменения переменных запасов, т:

G = (D_г – g_г) – (D_п – g_п).

Цель работы. Изучение способов укладки генеральных грузов при формировании пакетов на стандартных поддонах.

Общие указания. Большинство грузов в мелкой таре хранят и перерабатывают в портах в пакетированном виде. Наиболее часто пакеты формируются на стандартных поддонах типа П4В и 2П2В. Поддон П4В имеет размеры 1200х800х150 мм, массу – 18 кг и грузоподъемность (G) – 1,0 т. Поддон 2П2В – 1600х1200х180 мм, массу – 80 кг и G – 2,0 т.

Для определения оптимального размещения мест на поддоне в двух измерениях (длина и ширина) руководствуются соотношением линейных размеров места груза и поддона, а также принятыми способами укладки мест груза на поддоне.

При формировании пакета можно сформулировать определенные правила:

груз не должен выступать за кромку поддона или этот выступ должен быть не более чем 50 мм (в других источниках 10 или 30 мм);

незагруженная площадь поддона должна быть минимальная по размеру.

На практике проблем с размещением грузов, как правило, не возникает. Грузы укладываются и, при необходимости, смещаются до тех пор, пока не получится нужные размеры пакета. Для многих грузов используются заранее разработанные схемы укладки, которые приводятся в рабочих технологических картах (РТК).

При теоретическом размещении выступ груза на 50 мм обеспечивает фактическое увеличение на большую величину из-за наличия зазоров между отдельными местами. Большее увеличение размеров выступа грузов на поддоне не целесообразно, т. к. затрудняет перегрузку пакета средствами механизации. В любом случае необходимо стремится к тому, чтобы груз не выступал за кромку поддона. При наличии выступа груза за края поддона, он должен быть одинаковым по противоположным сторонам (по длине или по ширине). Поэтому, исходя из первого правила, максимальные допустимые размеры груза могут быть 1300х900 мм на поддоне П4В и 1700х1300 мм на поддоне 2П2В.

В свою очередь, незагруженность поддона ведет к нерациональному использованию перегрузочной техники и складских площадей. Наличие большой незагруженной площади на поддоне усложняет, а иногда препятствует загрузке складов и транспортных средств, делает штабель неустойчивым. Грузы должны располагаться по поддону равномерно, особенно при наличии свободного пространство на нем. Неравномерность загрузки также может привести к неустойчивости пакета и штабеля.

Пакет, как трехмерный предмет, также характеризуется значением его третьего измерения – высоты (h_п). Высота пакета с одной стороны ограничена максимально допустимой высотой H_max , а с другой стороны высотой, определяемой максимальной массой пакета G_max.

Т. о., к ранее указанным правилам можно добавить следующие:

высота пакета не должна превышать максимально допустимой;

масса пакета не должна превышать максимально допустимой.

Максимально допустимая высота H_max, определяется из возможности загрузки пакета в крытый железнодорожный вагон. Высота дверного проема большинства крытых вагонов не превышает 2,0 м. При загрузке пакетов необходимо учитывать зазоры в 0,1 м сверху и снизу пакета. Такие зазоры позволяют свободно перемещать пакет, не цепляясь за конструкции вагона, что обеспечивает целостность пакета и сохранность груза. Проведя элементарные расчеты, получим H_max = 1,8 м.

Максимальная допустимая масса пакета определяется его грузоподъемностью. Т. е. количество слоев груза по высоте не должно создать такое общее количество грузовых мест на поддоне, суммарная масса которых будет превышать паспортную грузоподъемность поддона. Поэтому масса пакета с поддоном не должна превышать его грузоподъемности , т. е. можно принять G_max = G.

При размещении грузов на поддоне не допускается кантовка (переворачивание) грузовых мест, т. е. длина должна оставаться длиной, ширина – шириной, высота – высотой.

Формирование пакетов выполняется в два этапа. На первом этапе определяется количество и пространственное расположение грузовых мест на поддоне в первом слое, а на втором – количество слоев в пакете по высоте.

Порядок выполнения работы. В соответствии с вариантом определяем наименование, вид тары, габаритные размеры (длина ℓ_м, ширина b_м, высота h_м) и массу места g_м.

Сначала размещаем грузы на поддоне в первом слое.

К рассмотрению предлагаются грузы прямоугольной и круглой формы в плане. При их размещении необходимо придерживаться первых двух правил.

Рассмотрим размещение грузов прямоугольной формы.

Располагаем груз длинной стороной по длинной стороне поддона, а короткой, соответственно, по короткой.

Определяем, какое количество мест поместится по длине поддона. Для этого допустимую длину соответствующего пакета делим на длину грузового места, шт.:

П4В: n_ℓ = 1300 / ℓ_м; 2П2В: n_ℓ = 1700 / ℓ_м.

Определяем соответствующее количество мест по ширине поддона. Для этого допустимую длину соответствующего пакета делим на длину грузового места, шт.:

П4В: n_b = 1300 / b_м; 2П2В: n_b = 1700 / b_м,

дробное значение n_ℓ и n_b отбрасывается.

В масштабе рисуется прямоугольник (рис. 23) соответствующего размера (1300х 900 мм и 1700х1300 мм), который по длине и ширине разделяется линиями на соответствующее число частей (n_ℓ и n_b).

Рис. 23. Размещение грузов на поддонах

Потом располагаем наоборот, длинной грузового места (ℓ_м) по ширине поддона, а шириной (b_м) по длине. Находим соответствующие значения n_ℓ и n_b, приводим рисунки.

Тот вариант, при котором на поддоне помещается большее количество мест (n_p), является оптимальным и принимается к дальнейшим расчетам. При этом надо учитывать тип используемого поддона.

Критерий для выбора типа поддона можно сформулировать так: если на двух поддонах П4В помещается больше мест (n_р) чем на одном 2П2В, то выбирается поддон П4В и наоборот. Например, поддон П4В лучше, чем 2П2В так как 4 4 > 6 (рис. 23, б). Если количество мест совпадает, то к дальнейшему рассмотрению принимается любой из поддонов. Например, поддон П4В и 2П2В одинаковы так как 6 6 = 12 (рис. 23, а).

Далее рассчитываем размеры груза на поддоне, м:

ℓ_г = ℓ_м × n_ℓ или ℓ_г = b_м × n_ℓ;

b_г = b_м × n_b или b_г = ℓ_м × n_b.

Если ℓ_г или b_гблизко к габаритным размерам поддона, то рассмотрение дальнейших вариантов не целесообразно.

Если ℓ_г или b_гменьше соответствующих размеров поддона, то рассматриваются другие варианты пространственного размещения груза на поддоне. Некоторые из возможных вариантов представлены на рис. 24.

Рис. 24. Схемы размещения прямоугольных грузов

Т. о. находится такой вариант размещения, который минимизирует пустое место на поддоне (см. второе правило пакетирования на поддоне). Для проверки возможности такого размещения суммируется длина (ℓ_м) и ширина (b_м) грузового места (несколько ℓ_м или b_м) и эта величина сравнивается с соответствующими допустимыми размерами.

Рассмотрим размещение грузов цилиндрической формы.

На поддоны грузы в форме цилиндра устанавливаются на торец, и при их размещении часть габаритных размеров отдельных грузовых мест может перекрывать друг друга (рис. 25, а).

Рис. 25. Схемы размещения цилиндрических грузов

Рассчитываем значения n_ℓ, n_b, ℓ_г и b_г.

При кратности размеров поддона и грузов (дробные части n_ℓ и n_b очень близки или равны целой части) проблем не возникает, и цилиндрические грузы размещаются так же как прямоугольные (рис. 25, б). При таком размещении габаритные размеры отдельных грузовых мест не пересекаются. Для обеспечения равномерности загрузки поддона часть груза может смещаться в противоположные стороны или располагается по диагонали (рис. 25, в).

Когда на поддоне остается достаточно много свободного места (ℓ_г или b_г меньше размеров поддона), то рассматривается другая схема расположения. При этом габаритные размеры мест будут пересекаться. При пересечении габаритных объемов отдельных мест, габаритные размеры груза на поддоне (ℓ_г или b_г) тем меньше, чем больше расстояние между двумя рядом стоящими грузовыми местами (рис. 25, г). При этом возможны различные варианты взаимного расположения и количества груза на поддоне (рис. 25, д).

Более точным, но трудоемким методом размещения в этом случае является геометрические построения с использованием чертежных инструментов (циркуля, треугольника и т. п.). Тогда в масштабе рисуется прямоугольник соответствующего размера (1300х900 мм и 1700х1300 мм). От углов к центру производятся построения и, в виде кругов соответствующего радиуса, размещаются грузовые места.

В работе можно воспользоваться приближенным методом. Для этого используется следующие взаимоисключающие (или одно или другое) зависимости:

при плотном расположении грузовых мест первого ряда друг к другу и размещении второго ряда в углубления первого без изменения длины, общая ширина составит 0,85 максимальной ширины;

при расположении рядов грузов так, что бы ширина пакета не изменялась, общая длина составит 0,9 максимальной.

Тогда размеры груза на поддоне составят, м:

ℓ¢_г = 0,9 × ℓ_м × n¢_ℓ или b¢_г = 0,85 × b_м × n¢_b,

где n¢_ℓ и n¢_b – соответственно предположительное число мест по длине и ширине.

Если полученное значение ℓ¢_г (b¢_г) не превышает допустимого, то:

ℓ_г = ℓ¢_г или b_г = b¢_г;

n_ℓ = n¢_ℓ или n_b = n¢_b.

Если полученное значение ℓ¢_г (b¢_г) больше допустимого, то соответствующее значение n¢_ℓ (n¢_b) уменьшается и расчет повторяется.

Найдя для каждого варианта оптимального размещения груза на поддоне и выбора типа поддона, определяем количество мест в первом (нижнем) слое груза n_p (шт.) и габаритные размеры пакета в плане ℓ_пxb_п (м). Размер пакета (ℓ_пxb_п) равен габаритному размеру поддона, если груз на поддоне не выступает за кромки поддона (меньше поддона). Если груз выступает (больше поддона), то габаритный размер пакета равен габаритному размеру груза. В работе приводятся все расчетные схемы формирования пакетов, с указанием значения n_р (см. рис. 23 – 25).

Далее рассчитываем для каждого груза по очереди число слоев груза в пакете по высоте.

Для этого определяем число слоев (рядов) по высоте, исходя из максимальной массы пакета n_h‘, шт.:

n_h‘ = (G_max – g_под) / (g_м × n_р).

По максимально допустимой высоте пакета определяем число слоев (рядов) по высоте n_h», шт.:

n_h»= (H_max – h_под) / h_м.

Значения n_h‘ и n_h» равны целой части результата деления, т. к. число слоев не может быть дробным.

Ограничивать высоту может n_h‘ или n_h», или оба одновременно, тогда искомое число слоев (рядов) по высоте пакета n_h, шт.:

n_h = min{n_h‘; n_h»}.

Габаритную высоту пакета h_п определяем из выражения, м:

h_п = n_h × h_м h_под.

Цель работы. Изучение практических методов определения количества навалочного груза в штабелях правильной геометрической формы.

Общие указания. Навалочные грузы хранятся в штабелях разной геометрической формы, но наиболее распространены штабели правильной геометрической формы.

На рис. 26 представлен внешний вид штабелей навалочных грузов в виде правильных геометрических фигур (конус (а), пирамида (б), призма (в), клин (г), обелиск (д)).

Рис. 26. Виды штабелей навалочных грузов

Все штабели, кроме призмы и обелиска получаются при свободной отсыпке груза. Призма образуется при формировании штабеля межу двумя вертикальными стенками. Обелиск представляет собой усеченный клин, и штабель в виде обелиска формируют при ограничении высоты складирования груза. Ограничение высоты складирования может быть обусловлено техническими возможностями складских площадей (нагрузкой) и перегрузочного оборудования или транспортными характеристиками груза.

Конус, пирамида и призма являются элементарным геометрическими фигурами, а клин и обелиск – составными. Клин определяется как сумма объемов призмы (длиной ℓ и шириной А) и пирамиды со стороной основания А (рис. 26, г). Обелиск определяется как сумма объемов параллелепипеда (длиной ℓ, шириной b и высотой H), двух призм (шириной А, одна длиной ℓ, другая длиной b) и пирамиды со стороной основания А (рис. 26, д).

На практике размеры основания клина (длину L и ширину А) и обелиска (длину L и ширину B) можно непосредственно определить измерениями. Определение высоты обелиска H не представляет сложности, так как она заранее известна, так как отсыпка (формирование штабеля) осуществлялась на эту высоту. Тогда объем клина определяется как разница объемов призмы (длиной L и шириной А) и пирамиды (со стороной основания А). Объем обелиска – как разница объема параллелепипеда (длиной L, шириной B и высотой H) и двух призм (шириной А, одна длиной L, другая длиной B), плюс объем пирамиды (со стороной основания А). Объем пирамиды надо плюсовать, так как при вычитании объемов одной, а потом другой призмы, объем пирамиды отнимался два раза.

При загрузке транспортных средств, часто встает вопрос о количестве груза находящегося в порту. Т. е. возникает необходимость решения вопроса о том, необходимо или нет завозить дополнительно в порт груз для обеспечения полной загрузки транспортных средств.

В порту исходные данные для расчетов получают путем измерения рулеткой размеров основания штабелей, угломером – угла естественного откоса a. Насыпная масса определяется по нормативным документам или при помощи мерного ящика. Затем по полученным данным определяется объем штабеля V и, используя насыпную массу g, рассчитывается количество груза Q.

Объем штабеля правильной геометрической формы можно определить с помощью номограммы или расчетным способом, с использованием известных в геометрии формул.

Номограмма (рис. 27) позволяет быстро, просто и с достаточной точностью определять объемы геометрических тел правильной формы. Номограмма состоит из 9 логарифмических шкал, расположенных на 5 осях:

первая шкала – диаметр конуса; длина стороны пирамиды; ширина призмы (клина) – обозначается 1 и А;

вторая шкала – длина окружности конуса – обозначается 2 и S;

третья шкала – объем пирамиды – обозначается 3 и V_п;

четвертая шкала – объем конуса – обозначается 4 и V_к;

пятая шкала – площадь сечения призмы – обозначается 5 и С;

шестая шкала – объем призмы – обозначается 6 и V_пр;

седьмая шкала – высота штабеля – обозначается 7 и Н;

восьмая шкала – длина призмы и тангенс угла естественного откоса – обозначается 8, L и tga;

девятая шкала – угол естественного откоса – обозначается 9 и a.

Линия, проведенная через две точки на двух любых осях, дает возможность определить все остальные элементы.

Когда значение исходных данных больше чем на шкалах 1 и 2, то они уменьшаются в 10 раз, а результат (объем) увеличивается в 1000 раз.

Исключение составляет призма, при уменьшении в 10 раз по шкале 1, а объем увеличивается в 100 раз. Это объясняется тем, что объем получается не сразу, а через промежуточный результат С (площадь). Если исходные данные больше чем на шкале 8, они уменьшаются в 10 или 100 раз, а результат (объем) увеличивается в соответствующее количество раз.

Принципы уменьшения и увеличения можно сформулировать так:

если уменьшалась одномерная величина (длина) по шкале 1 и 2, а получена сразу трехмерная величина (объем), то объем штабеля увеличивается на коэффициент уменьшения (число) в третьей степени;

если уменьшалась одномерная величина по шкале 1, а получена сразу промежуточная двухмерная величина (площадь), то объем штабеля увеличивается на коэффициент уменьшения во второй степени;

если уменьшалась одномерная величина по шкале 8, то объем штабеля (другая величина) увеличивается на этот коэффициент уменьшения.

В работе отдельно для каждого вида штабеля при определении по номограммам приводится:

название вида штабеля;

необходимые для расчета исходные данные;

значение (объем) снятое с номограммы, коэффициент увеличения (если он нужен), итоговый результат (объем);

все промежуточные значения, снятые с номограммы (если они есть).

Значения с номограммы снимаются с максимально возможной точностью.

Расчетный метод более точный, но требует сложных (с применением вычислительной техники) и трудоемких расчетов и знания формул расчета объемов геометрических фигур.

В работе отдельно для каждого вида штабеля при определении расчетным методом приводится:

название вида штабеля;

необходимые для расчета исходные данные;

итоговая расчетная формула и результат (объем).

Значение тангенса угла естественного откоса a снимаются со шкалы 8 напротив значения a шкалы 9 с максимальной точностью.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем угол естественного откоса (a) штабелей, их наименование (вид), размеры и насыпную массу.

Рис. 27. Номограмма для определения объемов штабелей

Определяем объемы штабелей при помощи номограммы (рис. 27).

Конус. Откладываем S на шкале 2 и a на шкале 9, соединяем прямой (линейкой или другим ровным предметом) эти точки. На пересечении этой прямой линии со шкалой 4 снимаем значение объема V_к, м³.

Пирамида. Откладываем А на шкале 1 и a на шкале 9, соединяем прямой эти точки. На пересечении этой прямой линии со шкалой 3 снимаем значение объема V_п, м³.

Призма. Откладываем А на шкале 1 и a на шкале 9, соединяем прямой эти точки. На пересечении этой прямой линии со шкалой 5 снимаем промежуточное значение С. Соединяем это значение С прямой линией со значением L на шкале 8 и на шкале 6 определяем (снимаем) значение объема V_пр, м³.

Клин. Находим, по ранее приведенным алгоритмам, объемы призмы с шириной А и длиной основания L (V_пр), и пирамиды с основанием А (V_п). Объем клина определяем как разность этих объемов, м³:

V_кл = V_пр – V_п.

Обелиск. Откладываем H на шкале 7 и a на шкале 9, соединяем прямой эти точки. На пересечении этой прямой линии со шкалой 1 снимаем значение А. Далее находим, по ранее приведенным алгоритмам, объемы призмы с шириной А и длиной основания L (V_пр^L), призмы с шириной А и длиной основания B (V_пр^B) и пирамиды с основанием А (V_п).

Объем обелиска определяется из следующего выражения, м³:

V_об = L × B × H – V_пр^L – V_пр^B V_п.

Определяем объемы штабелей грузов расчетным способом, м³:

Конус V_к = 0,00423 × S³ × tga;

Пирамида V_п = 1/6 × A³ × tga;

Призма V_пр = 1/4 × A² × tga × L;

Клин V_кл = 1/4 × A² × tga × L – 1/6 × A³ × tga;

Обелиск V_об = L×B×H – 1/4×A²×tga×(L B) 1/6×A³×tga,

где A = 2 × H / tga.

Рассчитываем массу груза в каждом виде штабеля для каждого способа расчета, т:

Q_шт = V_шт × g.

В конце работы определяем погрешности методов. Для этого рассчитываем отклонение массы груза DQ в штабеле каждого вида, определенное по первому Q₁ и по второму способу Q₂ (т). Определяем максимальную массу груза Q_max (т) и рассчитываем погрешность D, %:

DQ = ½Q₁ – Q₂½;

Q_max = max{Q₁; Q₂};

D = DQ × 100 / Q_max.

Цель работы. Ознакомление с практическими методами определения количества навалочного груза в штабелях произвольной формы и создаваемой грузом нагрузки.

Общие указания. В данной работе рассматривается хранение навалочных грузов в штабелях произвольной формы. Такая форма штабеля получается часто при: досыпке груза; формировании штабеля кранами, оснащенными грейферами; после забора (взятия) части груза из штабеля правильной геометрической формы.

Для определения количества груза, который хранится насыпью на складе порта или на открытой площадке, необходимо рассчитать объем насыпи груза и умножить его на известный объемный вес груза. Объем насыпи определяется с использованием методов маркшейдерской съемки (от немецкого mark – граница и scheiden – различать).

Маркшейдерская съемка – совокупность геометрических измерений и вычислений, необходимых для составления планов и решения различных геометрических задач. Маркшейдерская съемка должна выполняться на основе опорной геодезической сети. На основе имеющейся опорной сети на всей площади дополнительно закладывают и определяют пункты съемочного обоснования, с которых производят непосредственную съемку. Плановое положение пунктов съемочного обоснования должно быть определено с ошибкой не более 0,2 м , а высотное с ошибкой ± 0,1 м по отношению к пунктам опорной сети .

При маркшейдерских съемках широко используются геодезические методы и инструменты, такие как теодолиты. Теодолит – геодезический инструмент для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов. Теодолит состоит из вращающегося вокруг вертикальной оси горизонтального круга (лимба) с алидадой, на подставки которой опирается горизонтальная ось вращения зрительной трубы и вертикального круга.

Маркшейдер должен уметь правильно выбирать методы измерений с учетом характера объекта и требуемой точности съемки. Так избыточная точность съемки требует излишней затраты сил и времени маркшейдера.

Съемка для определения объемов производится наиболее распространенным на практике тахеометрическим способом. Тахеометрическая съемка – вид маркшейдерской съемки, при которой горизонтальные и вертикальные углы измеряются по кругам тахеометра (вид теодолита с дальномерным устройством), а расстояния до объектов – по его дальномеру. Основным объектом тахеометрической съемки являются характерные точки насыпи, которые определяют её контур. Различают неровности контура первого и второго порядка. Неровностями первого порядка считают отклонения контура от прямолинейной формы, образованные случайными вывалами контура. Неровности второго порядка образуют явно выраженные углы, в вершинах которых происходит поворот целых участков контура. Неровности первого порядка не оказывают влияния на величину площади контура насыпи и, поэтому нет необходимости фиксировать их на маркшейдерском плане. Неровности же второго порядка образуют контур и поэтому съемочные пикеты должны располагаться именно в углах, образующих эти неровности. Таким образом, расстояние между съемочными пикетами полностью зависит от прямолинейности контура насыпи. По результатам съемки при помощи транспортира и линейки выполняется масштабный план насыпи.

Объем штабеля произвольной формы определяется методом параллельных вертикальных разрезов, который заключается в том, что весь штабель разбивается параллельными плоскостями на ряд блоков и последующем расчете площадей этих сечений (рис. 28).

Рис. 28. Схема разрезов штабеля и сечений

Объем рассчитывается методом усреднения площадей соседних сечений. умножением их на расстояние между этими сечениями. Полученные объемы суммируются и дают значение объема насыпи груза.

В связи с тем, что при тахеометрической съемке определяют положение только характерных точек бровок и контур, образующийся на плане при соединении их отрезками прямых линий, представляет собой ломаный полигон, отличающийся от истинного контура бровок, при вычислении объемов по данным съемки допускают некоторую ошибку, называемую ошибкой репрезентативности.

Производя тахеометрическую съемку пикетов, неизбежно допускают ошибки в измерениях длины и углов, которые вносят дополнительную ошибку в изображение контура на плане, называемую погрешностью съемки. Кроме того, допускаются ошибки при наложении на план углов и длин с помощью транспортира и линейки, вызывающие дополнительную погрешность объема, называемую погрешностью наложения. Таким образом, погрешность объема, вычисленного по плану, составленному на основании тахеометрической съемки, есть сумма квадратов перечисленных выше погрешностей.

Ошибка объема, полученного по результатам тахеометрической съемки, в основном зависит от ошибок репрезентативности. Доля общей ошибки, зависящая от ошибок измерения углов и расстояний, сравнительно мала и не превышает в самых неблагоприятных случаях 1,5 – 2,0 %.

Альтернативой маркшейдерской съемки является следующий метод. На практике, точки, через которые проходят сечения, отмечаются колышками на верхнем ребре штабеля. Колышки располагаются через расстояния, определяемые формой и размером штабеля так, чтобы весь штабель был разбит на более или менее правильные геометрические фигуры. По каждому сечению от верхней точки к основанию штабеля натягивается и крепится проградуированный канат так, чтобы он был параллелен углу откоса этой части штабеля. При наличии точек перегиба в них закрепляется колышек, к которому крепится канат. По градуировке каната определяются длины участков, а с помощью угломера, углы под которыми натянут канат на каждом участке. После чего рассчитывается площадь каждого сечения, как сумма площадей элементарных участков, его составляющих.

Объем блока определяется как произведение половины суммы площадей сечений (F), которые его ограничивают, на расстояние между ними (L). Объем штабеля определяется как сумма объемов отдельных блоков составляющих штабель. По объему штабеля и насыпной массе (g) определяется масса груза в штабеле, а по наибольшей высоте определяется максимальная нагрузка, создаваемая грузом в данном штабеле. Высота штабеля определяется последовательным сложением приращения высот, рассчитанных на основании измерений.

В работе рассматривается упрощенный вариант расчета, когда штабель разбивается двумя сечениями (F₁ и F₂) на три части (рис. 29, а). Площадь сечений в крайних точках (F₀ и F₃) равна 0.

Рис. 29. План штабеля и схема сечений

Площадь каждого сечения (F₁ и F₂) состоит из элементарных геометрических фигур (рис. 29, б):

трех треугольников (первый со сторонами а₁, h₁, ℓ₁, второй – а₂, Dh, ℓ₂, третий – а₃, h₃, ℓ₃);

одного прямоугольника со сторонами а₂ и h₁ (h₃, если h₃ < h₁).

Если h₃ < h₁сечение (рис. 2, б) имеет вид зеркального отображения.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем:

по первому сечению – длины гипотенуз ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃ (м) и значения прилежащих углов a₁ и a₃ (°);

по второму сечению – длины гипотенуз ℓ₁, ℓ₂, ℓ₃ (м) и значения прилежащих углов a₁ и a₃ (°);

расстояния между сечениями – L₁, L₂, L₃, м;

насыпная масса – g, т/м³.

Сначала производим расчет по первому сечению.

Определяем длины катетов для первого и третьего треугольника, м:

а₁ = ℓ₁ × cosa₁; а₃ = ℓ₃ × cosa₃.

Рассчитываем высоту этих же треугольников, м:

h₁ = ℓ₁ × sina₁; h₃ = ℓ₃ × sina₃.

Определив высоты h₁ и h₃, можно определить высоту второго треугольника (Dh) как разность этих высот, м:

Dh = ½h₁ – h₃½,

значение Dh берется по модулю.

Катет этого треугольника определяем по теореме Пифагора, м:

а₂ = .

Катет а₂ этого треугольника является и стороной прямоугольника (см. рис. 2, б).

Рассчитываем площади треугольников, м²:

S₁ = 1 / 2 × а₁ × h₁; S₂ = 1 / 2 × а₂ × Dh; S₃ = 1 / 2 × а₃ × h₃.

Площадь прямоугольника определяем из выражения, м²:

S = а₂ × min{h₁; h₃}.

Определяем площадь сечения, м²:

F = S₁ S₂ S₃ S.

Полученная площадь – площадь первого сечения, поэтому F₁ = F.

После этого проводим аналогичные расчеты для второго сечения и полученную площадь обозначаем F₂ = F.

Определяем объемы трех сегментов (см. рис.2, а), м³:

V₁ = ((F₀ F₁) / 2) × L₁; V₂ = ((F₁ F₂) / 2) × L₂; V₃ = ((F₂ F₃) / 2) × L₃.

Объем всего штабеля равен сумме сегментов, м³:

V = V₁ V₂ V₃.

Определив объем штабеля V, и зная насыпную массу g, рассчитываем массу груза в штабеле, т:

Q = V × g.

Из всех высот первого и второго сечения находим максимальную, и определяем наибольшую нагрузку, создаваемую грузом в штабеле, т/м²:

Р = max{h_i} × g.

Цель работы. Ознакомление с практическими методами размещения штабелей навалочных грузов (на примере угля) в порту с соблюдением правил техники безопасности и противопожарных мероприятий.

Общие указания. При хранении угля в порту наибольшее распространение имеют штабели в форме клина и обелиска. Штабели в виде конуса, пирамиды и призмы встречаются намного реже и, особенно при больших грузопотоках, менее эффективны. Это обусловлено тем, что отводимая площадь под штабели грузов в виде этих фигур намного больше (из-за проходов и проездов), чем у обелиска или клина (при одинаковом количестве груза). Угол естественного откоса a угля в штабелях зависит от многих факторов и колеблется от 30 до 45°.

При размещении угля на складах необходимо определить длину L_шт, ширину B_шт и высоту H_шт штабеля.

Ширина штабеля определяется шириной площадки и величиной проходов между штабелем и конструкциями (зданиями, сооружениями, железнодорожными и подкрановыми путями, автомобильными дорогами и т. п.). Определены следующие минимальные (больше можно, меньше нельзя) величины при размещении навалочных грузов:

расстояние от оси железнодорожного пути до штабеля – 2,5 м;

расстояние от подкранового пути (головки рельса) – 2 м;

проходы между штабелями – 6 м.

Большинство кранов, используемых в порту, имеют ширину портала (расстояние между головками рельсов подкрановых путей) 10,5 м. Железнодорожные пути в порту имеют туже ширину, что и вся сеть железнодорожных путей Украины – 1520 мм.

Высота штабеля определяется ограничениями, связанными с:

использованием технической нормой нагрузки на пол склада;

транспортными характеристиками груза.

Техническую норму нагрузки (P_т) на первой площадке принимаем равной 6 т/м², на второй – 10 т/м². Если задана одна площадка то нагрузка (P_т) на ней соответствует величине первой площадки. Если заданы две площадки, то антрацит лучше размещать на второй.

Для угля основное ограничение по высоте определяется транспортными характеристиками, а именно склонностью к самовозгоранию. По условиям пожарной безопасности, в зависимости от марки угля и сроков хранения, определяются допустимые высоты его штабелирования (Правила МОПОГ).

В данной работе принимаем, что высота складирования углей по транспортным характеристикам:

антрацитов (марки, начинающиеся с буквы А) – не ограничена;

угля марки ПЖ, ПС – 3 м;

угля марки Т, Г, Д – 2 м.

Пространственное расположение конструктивных элементов на площадках следующее:

если задана одна площадка, она располагается между железнодорожными и подкрановыми путями (рис. 30);

Рис. 30. Схема расположения штабелей на одной площадке

если заданы две площадки, они разделяются подкрановым путем и ограничиваются железнодорожными путями (рис. 31).

Рис. 31. Схема расположения штабелей на двух площадках

Длина штабеля определяется шириной и высотой штабеля, его формой и величиной парии груза, подлежащей штабелированию.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем:

марку и количество (Q_шт) каждого вида угля, т;

количество и ширину (В_пл) площадки (площадок), м:

насыпную массу груза g, т/м³.

Так как необходимо определить линейные размеры штабеля, то сначала, по количеству груза для каждой марки угля определяем объем соответствующих штабелей, м³:

V_шт = Q_шт / g.

По заданию ширина двух площадок одинаковая (если заданы две), поэтому, рассчитав ширину штабеля на одной площадке, автоматически получаем ширину штабеля на второй.

Ширина штабеля В_шт рассчитывается как разность ширины площадки В_пл и расстояний от железнодорожных и подкрановых путей.

Так как минимальное расстояние от головки рельса подкранового пути 2 м, а от оси железнодорожного пути 2,5 м, то В_шт определяем из следующего выражения, м:

В_шт = В_пл – 2,0 – (2,5 – 1,52 / 2).

Для марок угля ПЖ, ПС, Т, Г, Д возможная высота отсыпки штабеля (H¢) задана, а для антрацитов (марка А) необходимо определить эту высоту, м:

H¢ = P_т / g.

Для каждой марки угля рассчитываем тангенс возможного угла отсыпки груза, при условии соблюдения необходимых высот штабелей:

tga = H¢ / (1/2 × В_шт).

Для штабеля каждой марки угля возможна одна из трех ситуаций:

1. Если tga < 0,5774 (a < 30°), то размещение груза в штабеле в виде клина (рис. 32, а – линия 1) не возможно, так как a не может быть меньше 30°. Это может быть, только если специально разравнивать штабель для снижения угла, но на практике это не применяется. Тогда необходимые данные для расчета длины штабеля (L) следующие:

a = 30° (повышаем до минимально возможного);

форма штабеля – обелиск (рис. 3, а – линия 2);

H= H¢; V_об = V_шт; B = В_шт;

рассчитываем сторону основания A:

A = 2 × H¢/ tga.

2. Если 0,5774 < tga < 1,0 (30° < a < 45°), то необходимые данные для расчета длины штабеля (L) следующие:

a – равен полученному расчетному значению;

форма штабеля – клин;

H= H¢; V_кл = V_шт; B = В_шт.

Рис. 32. Определение формы штабеля

3. Если tga > 1,0 (a > 45°), а это не возможно, так как a не может быть больше 45° (рис. 32, б – линия 1). Теоретически, при помощи различных дорогостоящих методов, возможно повышение a, но на практике это не применяется. При высоте отсыпки H¢ и фактическом значении a ширина штабеля В_шт будет больше расчетной. При этом не будут соблюдаться необходимые расстояния от головок рельсов до штабеля, и возможна вообще засыпка рельсов грузом, что недопустимо. Тогда необходимые данные для расчета длины штабеля (L) следующие:

a = 45° (понижаем до максимально возможного);

форма штабеля – клин (рис. 32, б – линия 2);

V_кл = V_шт; B = В_шт;

пересчитываем высоту H в сторону уменьшения:

H = B_шт × tga / 2.

Для определения длины штабелей L, используются расчетные формулы определения объемов штабелей в виде клина и обелиска (см лаб. раб. 5). Проведя не сложные преобразования расчетных формул, получим:

для клина: L = (V_кл 1/3 × H × B²) / (1/2 × B × H);

для обелиска: L = (V_об 1/2×A×B×H – 1/3×H×A²)/(B×H – 1/2×A×H).

В конце работы приводится схема размещения штабелей на складе, с указанием путей, проездов, проходов и всех размеров (рис. 30 и 31).

Цель работы. Ознакомление с методикой определения количества наливного груза в танке в зависимости от конкретных температурных условий и свойства груза.

Общие указания. Плотность наливных грузов зависит от температуры, поэтому одна и та же масса груза при разных температурах занимает разный объем, что может привести к разливу нефтепродуктов или нерациональному использованию емкости танков.

При наливе танки необходимо заполнить так, чтобы на переходе, при повышении температуры, объем нефтепродуктов не превысил объем танка и не было разлива. Разлив нефтепродуктов ведет к большим материальным потерям из-за уменьшения количества груза и штрафов за загрязнения окружающей среды.

С другой стороны, при максимальной температуре на переходе в танке не должно быть пустот, т. е. при загрузке танки должны быть заполнены до максимально возможной величины. Наличие недогрузки танков (пустот) приносит материальные потери (в меньшей степени, чем разлив), так как «перевозка воздуха» не оплачивается.

Т. о. необходимо прекратить загрузку танкера в определенный момент времени, когда его загрузка не превысила критических значений. Такая задача возникает только в том случае, когда груз вдальнейшем нагревается (из-за повышения температуры окружающей среды) и расширяется, т. е. при переходе из холодной зоны в более теплую. При переходе из теплой зоны в холодную, танкер просто загружается до своей грузоподъемности.

В любой случае танкер (отдельные танки) не загружается на весь свой объем, так как должен оставаться определенный свободный объем в расчете на расширение при «малом дыхании».

Для определения момента окончания загрузки танкера необходимо определить количество Q (объем V) груза, который будет загружаться в каждый танк. В свою очередь Q (V) груза зависит от уровня заполнения отдельных танков.

Для определения уровня налива груза в танке необходимо:

знать плотность (r) при наливе и при максимальной температуре;

знать коэффициент объемного расширения наливного груза;

иметь калибровочные таблицы танков;

иметь надежные приборы для определения уровня груза.

Температура на переходе определяется по гидрометеорологическим прогнозам или по справочной литературе (Атласу океанов).

Каждому значению объема в калибровочной таблице соответствуют значения высоты уровня груза и пустоты. Поэтому вместо калибровочных таблиц можно использовать соответствующие калиброванные шкалы уровнемеров.

В справочной литературе и в документах на груз, как правило, приводится плотность при 20°С (r₂₀). Для ряда грузов в нормативных документах приведены таблицы изменения плотности (объема 1 т) в зависимости от температуры. Но часто возникает вопрос определения (перерасчета) плотности для нужной температуры. Пересчет для нужной (расчетной) температуры производится по следующей формуле:

r_р = r b (t – t_р),

где r и r_р – соответственно плотность при известной и расчетной температуре, т/м³;

t и t_р – соответственно известная и расчетная температура, °С;

b – коэффициент объемного расширения груза, т/м³×град.

Коэффициенты объемного расширения наливных грузов b зависят от плотности, природы наливного груза и часто прилагаются к документам на груз.

Кроме того часто возникает отдельный вопрос о определении количества груза на танкере после его загрузки.

Количество груза, погруженного на борт танкера, как правило, определяется методом, согласно которому количество груза рассчитывают на основе определения объема и плотности груза. Для этого на каждом танкере имеются таблицы емкости грузовых танков, называемые иначе калибровочными. Таблицы рассчитываются по высоте уровня груза от кромки замерных трубок или от специальной отметки в смотровых глазках горловин грузовых танков. В последнем случае при замерах груза необходимо проверять, насколько плотно зажата крышка горловин танка, чтобы не допускать ошибок при замерах.

При помощи калибровочных таблиц объем груза определяют или замером пустот (ullages), или замером взлива (soundings). Замеры груза производят стальной рулеткой или метроштоком, на которых нанесены деления в сантиметрах и миллиметрах, либо специальной электронной рулеткой, позволяющей также измерять температуру груза.

Полученные в результате замеров значения пустот в каждом танке, а также значения температуры груза в каждом танке, используются в расчетах количества груза, погруженного на борт судна.

В отечественной практике температуру груза измеряют двумя способами: путем погружения термометра, вставленного в медный пенал, в середину высоты взлива груза в танке; путем измерения температуры в пробе груза, отбираемой согласно ГОСТ. Для точного определения температуры груза шкала термометра должна быть разбита на деления до 0,1 °С, так как на крупнотоннажном танкере при ошибке измерений температуры на 1 °С ошибка в определении количества груза может составить 10 – 20 тонн. Согласно сложившейся в международной практике методике для нефти при высоте взлива 3,5 метра и более замеры температуры производятся с пяти уровней. А именно, с одной десятой, трех десятых, пяти десятых, семи десятых и девяти десятых высоты взлива в танке. Если высота взлива меньше 3,5 метров, замеры производятся с трех уровней: одной шестой, трех шестых и пяти шестых высоты взлива. Все замеры температур выполняются с точностью до 0,1 °С, а затем усредняются.

В случае, когда по окончании погрузки у танкера имеется дифферент на корму или на нос, а также крен, необходимо ввести поправки на дифферент и крен к измеренным ранее пустотам. Поправки на дифферент и крен выбираются из судовых буклетов. А затем по откорректированным значениям пустот входят в калибровочные таблицы для определения значений объема груза в каждом танке. Помимо поправки на дифферент может быть ряд других поправок к значениям пустот, вводимых в расчет в зависимости от конструктивных особенностей каждого танкера. Так к ним относится поправка, учитывающая изменение положения точки отсчета пустоты по сравнению с используемой в калибровочных таблицах. Таким образом, эта поправка дает возможность продолжать пользоваться построечными калибровочными таблицами после конструктивных изменений.

Объем груза в каждом танке определяется по калибровочным таблицам, согласно откорректированным значениям пустот.

Очень трудно получить точное значение плотности на борту судна, особенно, если наблюдается температурное расслоение груза , т .е. температура груза по высоте изменяется. Достаточно представить себе трудности при определении плотности в танке размером 30х45х30 метров, с нижними слоями, погруженными в морскую воду и верхними слоями, нагретыми солнцем. В дополнение, танки могут подвергаться воздействию температуры соседних танков и их содержимого. Поэтому обычно у погрузочного терминала запрашивается официальная плотность продукта, который отбирается из берегового хранилища и анализируется, а затем используется во всех дальнейших судовых расчетах. Плотность, полученная у погрузочного и разгрузочного терминалов, конечно, будет отличаться, обычно при выгрузке это значение будет немного выше, вследствие некоторой потери легких фракций в процессе погрузки, во время рейса и при разгрузке. Такая разница в плотности непосредственно повлияет на измеренный вес, однако на измеренный объем груза эта разница мало повлияет. Так как температура груза в каждом из танков отличается, то соответственно и плотность груза в каждом танке будет отличаться, а также будет отличаться от официальной плотности груза при так называемой нормальной температуре (по ГОСТу за нормальную температуру принимается 20 °С).

Расчет количества нефти и нефтепродуктов, погруженных на борт, имеет некоторые особенности. Так перед определением количества груза необходимо, прежде всего, установить, имеется ли в танках вода. При обнаружении воды в танках определяют высоту взлива, а затем по калибровочным таблицам объем. В случае, когда судно имеет дифферент или крен, значения пустот должны быть откорректированы. При расчете количества погруженного груза найденный объем воды исключают из общего объема груза.

Когда получено значение количества груза, погруженного на борт необходимо сравнить это значение со значением количества груза, предоставленным погрузочным терминалом. Если есть расхождение между значением количества груза, рассчитанным на судне и полученным от терминала, необходимо провести исследование причин данного расхождения. Данная ошибка ликвидируется использованием специального поправочного коэффициента, называемого VEF (vessel’s experience factor).

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем:

номер заданного танка;

температуру груза при наливе (t_н), °С;

максимальную температуру груза на переходе (t_max), °С;

плотность груза по справочнику (r₂₀), т/м³.

В зависимости от плотности груза r₂₀ по табл. 10 определяем коэффициент объемного расширения b.

Для этого находим в табл. 10 строку с двумя значениями r, между которыми попадает заданное значение r₂₀, и, напротив, из колонки b выбираем его значение.

Таблица 10

Коэффициенты объемного расширения нефтепродуктов

Зная температуры при наливе t_н и максимальную на переходе t_max, рассчитываем плотность при наливе r_н и максимальной температуре r_max, т/м³:

r_max = r₂₀ b × (20 – t_max);

r_н = r₂₀ b × (20 – t_н).

По калибровочным таблицам танков (табл. 11) находим для заданного танка максимальный объем V^max, который может занять груз при t_max.

Для этого в табл. 11 находится заданный танк и в соответствующей колонке объема (емкости) выбирается максимальное (наибольшее) значение из всех приведенных.

Определяем расчетную массу груза Q^р при этой температуре, т:

Q^р = V^max × r_max.

Так как количество (масса) груза от температуры не зависит, то можем определить объем груза при наливе V^н, м³:

V^н = Q / r_н.

В калибровочной таблице находим (выписываем) табличный объем V^т (м³), значение которого наиболее близкое к рассчитанному объему V^н. Для этого в табл. 11 для заданного танка в колонке объема (емкости) находим два ближайших (соседних) объема, между которыми находится значение V^н. Сначала находим разницу между V^н и верхним значением, затем между V^н и нижним. То значение, разница между которым наименьшая, и будет V^т.

По строке, соответствующей V^т, определяем (выписываем) табличные значения:

высоты уровня груза h_у^т, м;

высоты пустоты h_п^т, м;

количество м³, которое надо залить (слить) в танк, чтобы уровень груза изменился на 1 см n, м³/см.

Определяем приращение рассчитанного объема к табличному DV, м³:

DV = V^н – V^т.

Так как V^т может быть как больше, так и меньше V^н, то значение DV может иметь как положительный, так и отрицательный знак.

Определяем приращение высоты налива, см:

Dh = DV / n.

Наличие отрицательного (положительного) знака у DV и Dh говорит о направлении действия:

если DV и Dh имеют положительный знак, то чтобы получить из V^т, h_у^т и h_п^трасчетные значения, к ним надо прибавить соответствующие приращение;

если DV и Dh имеют отрицательный знак, то чтобы получить из V^т, h_у^т и h_п^трасчетные значения, от них надо отнять соответствующие приращение.

Тогда значение высоты уровня груза (h_у) и пустоты (h_п) при наливе определяем из выражения, м:

h_у = (h_у^т Dh); h_п = (h_п^т – Dh).

При определении h_у и h_п следует обратить особое внимание на знак и размерность слагаемых (вычитаемых) величин.

Таблица 11

Калибровочные таблицы емкости танков

Цель работы. Выработка практических навыков определения параметров воздуха в конкретном помещении до, после и в процессе его вентиляции наружным воздухом.

Общие указания. Для обеспечения сохранности груза в грузовом помещении необходимо предотвратить возможность конденсации влаги на грузе, на ограждениях помещения, создать оптимальные температурно-влажностные условия для груза.

Универсальные сухогрузные суда и портовые склады общего назначения, как правило, не имеют специальных систем обработки вентиляционного (наружного) воздуха. Практически единственным средством регулирования тепло-влажностных параметров в грузовых помещениях является вентиляция их необработанным наружным воздухом.

Возможность и целесообразность вентиляции зависит от параметров наружного воздуха и их соотношения с параметрами системы «груз – трюм (склад) – воздух». Для решения любых вопросов связанные с состоянием такой системы необходимо оперативно и с достаточной точностью определять ее параметры. Наиболее динамичной составляющей этой системы является воздух, и определение его параметров имеет основное значение.

Основными приборами для определения параметров воздуха в помещениях являются термометры и гигрометры.

Гигрометр показывает относительную влажность воздуха (j), принцип его действия основан на изменении линейного размера волоса при изменении влажности. Он прост в обращении и использовании, но его периодически необходимо калибровать при помощи измерений относительной влажности психрометром.

Определение j при помощи психрометра основано на разности температур смоченного (влажного) и сухого термометров этого прибора. Эта разность обеспечивается за счет снижения температуры смоченного термометра из-за испарения влаги с его поверхности. Чем меньше j, тем интенсивней испарение и больше разность температур. Принцип действия психрометра основан на физических законах, поэтому точность его измерений зависит только от точности и качества его изготовления.

Для измерения температуры воздуха в основном используют жидкостные термометры. При использовании психрометра его не смоченный (сухой) термометр может также служить для измерения температуры воздуха.

Существует несколько диаграмм зависимости температуры, относительной влажности и точки росы, но наиболее удобно пользоваться t-t диаграммой влажного воздуха. Использование t-t диаграммы (рис. 33) позволяет определить точку росы, калибровать (проверять точность измерения) гигрометры, определять парциальное давление пара.

Поэтому основой для определения параметров воздуха по показаниям психрометра, является t-t диаграмма.

На поле диаграммы (рис. 33) под углом 45° проведены градуированные прямые (цена деления 1°С) насыщенного паром воздуха (j = 100 %). Параллельно им, через промежутки влево, нанесены наклонные прямые линии меньшого значения относительной влажности.

От этих градуированных линий через каждый градус проведены:

горизонтально влево – прямые линии температуры воздуха (сухого или обыкновенного термометра);

вверх и влево – кривые линии температур смоченного (влажного) термометра;

вертикально вверх и вниз – прямые линии, которые примыкают к замыкающим (ограничивающим) поле диаграммы сверху и снизу градуированным горизонтальными прямым линиям точек росы t. Точка росы (t) это такая температура, при которой достигается 100 % относительная влажность (воздух максимально насыщен паром) и начинается конденсация влаги (выпадает роса).

Ниже поля диаграммы расположена градуированная горизонтальная прямая линия парциального давления водяного пара (e, h).

Относительная влажность j = 100 % является пограничной, при которой начинается процесс конденсации. Относительная влажность не может быть более 100 %, и если температура воздуха или предмета меньше t, то происходит конденсация избыточной (более 100 %) влаги в воздухе или на предмете.

Конденсация влаги в воздухе происходит из-за наличия в нем микроскопических взвешенных твердых частиц различного происхождения. Такие частицы в воздухе являются центрами конденсации или кристаллизации (образование снежинок).

Влага из воздуха выпадает на поверхности предметов, которые имеет температуру равную или меньше t воздуха.

Все построения на t-t диаграмме производятся «мысленно» (не рисуются), так как любые построения и отметки пачкают диаграмму, что может привести ее в полную негодность для работы.

Значения с t-t диаграммы необходимо снимать с максимально возможной точностью.

Порядок выполнения работы. Работа состоит из пяти задач. В соответствии с заданным вариантом определяем для каждой задачи:

температуру сухого термометра психрометра t_c, °С;

Рис. 33. t-t диаграмма влажного воздуха

температуру влажного термометра психрометра, t_вл °С;

температуру воздуха снаружи (t_н) и в складе (t_ск), °С;

температуру ограждений склада (t_о) и груза (t_гр), °С;

относительную влажность воздух в помещении (j), %;

относительную влажность воздух снаружи (j_н) и в складе (j_ск), %;

пропорции воздуха снаружи (N_н) и воздуха в складе (N_ск).

Задача 1. При помощи психрометра определены температура сухого термометра t_с и смоченного (влажного) t_вл. На основании этих данных по t-t диаграмме необходимо определить относительную влажность j, точку росы t, упругость (парциальное давление) водяного пара в миллиметрах ртутного столба h и в миллибарах e.

Находим шкалу температур (наклонная градуированная прямая линия (рис. 34, а, линия 1)) на которой находятся оба значения – t_с и t_вл. От точки t_вл проводим кривую линию вверх налево (рис. 34, а, линия 3), а от точки t_с проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, а, линия 2) до пересечения линий t_с и t_вл.

Рис. 34. Пример порядка построений на t-t диаграмме

Когда точка пересечения t_с и t_вллежит на наклонной прямой линии (рис. 34, а, линия 4), находим величину j (%), как значение, указанное на этой линии. Если же точка пересечения t_с и t_влне лежит на наклонной линии, то величина j находится интерполяцией ближайших значений j, между которыми она находится. Т. е. мысленно проводится наклонная линия (рис. 34, а, линия 4), с необходимым значением j.

Из точки пересечения опускаем вертикальную линию (рис. 34, а, линия 5) до пересечения со шкалами t, h, e и снимаем их значения.

Задача 2. Заданы t_с (t_вл) и j, необходимо найти t, h, e.

Находим шкалу температур (рис. 34, а, линия 1) на которой находится значение t_с (t_вл).

Если задано t_вл, то от точки t_вл проводим кривую линию вверх налево (рис. 34, а, линия 3) до пересечения с наклонной прямой линией j (рис. 34, а, линия 4).

Если задано t_с, то от точки t_с проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, а, линия 2) до пересечения с наклонной прямой линией j (рис. 34, а, линия 4).

Из точки пересечения опускаем вертикальную линию (рис. 34, а, линия 5) до пересечения со шкалами t, h, e и снимаем их значения.

Задача 3. Определить, будет ли в грузовом помещении отпотевание, если его вентилировали днем воздухом с параметрами t_н и j_н, а ночью температура ограждений стала t_о, поверхности груза – t_гр.

Находим шкалу температур (рис. 34, а, линия 1) на которой находится значение t_н. От точки t_н проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, а, линия 2) до пересечения с наклонной прямой линией j_н (рис. 34, а, линия 4). Из точки пересечения опускаем вертикальную линию (рис. 34, а, линия 5) до пересечения со шкалой t и снимаем значение.

Для того чтобы сделать выводы сравниваем t_о и t_гр с t. Если t больше или равна одной или обеим сразу температурам в помещении (t_о и t_гр), то происходит выпадение влаги (отпотевание) на этом предмете (предметах). Если же t меньше – влага не выпадает.

Задача 4. Определить параметры смеси воздуха в складе (t_см, j_см, t_см, h_см, e_см) после вентилирования, если в процессе вентиляции смешали две части (N_н) наружного воздуха имеющего параметры t_н и j_н с тремя частями (N_ск) складского воздуха с параметрами t_ск и j_ск.

На t‑t диаграмме находим шкалу температур (рис. 34, б, линия 1) на которой находится значение t_н. От точки t_н проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, б, линия 2) до пересечения с наклонной прямой линией j_н (рис. 34, б, линия 3). Обозначим эту точкой буквой «А» (рис. 34, б).

Находим шкалу температур (рис. 34, б, линия 1) на которой находится значение t_ск. От точки t_ск проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, б, линия 2) до пересечения с наклонной прямой линией j_ск (рис. 34, б, линия 3). Обозначим эту точкой буквой «В» (рис. 34, б). Точки А и В могут меняться местами.

Эти точки соединяем прямой (рис. 34, б, прямая А – В), которую делим на пять частей (так как задана пропорция N_н = 2 к N_ск = 3, что в сумме составляет 5). От точки, характеризующей наружный воздух (А), откладываем две части (рис. 34, б, отрезок 5 линии А – В) и находим точку С, которая характеризует смесь. Откладывать необходимую пропорцию можно и от точки В. Тогда от точки, характеризующей складской воздух (В), откладываем три части (рис. 34, б, отрезок 6 линии А – В) и находим точку С.

Для точки С находим ближайшую наклонную прямую линию j (рис. 34, б, линия 3) и определяем величину j_см. От точки С проводим горизонтально направо прямую линию (рис. 34, б, линия 2) до пересечения с наклонной прямой шкалы температур (рис. 34, б, линия 1) на которой находится значение t_см. Из точки С опускаем вертикальную линию (рис. 34, б, линия 7) до пересечения со шкалами t, h, e и снимаем значения t_см, h_см, e_см.

Задача 5. Определить, будет ли происходить парообразование от смешивания наружного воздуха с воздухом в помещении, если заданы значения t_н, j_н и t_ск, j_ск, а отношение смешиваемых пропорций наружного воздуха N_н и воздуха в помещении N_ск.

На t‑t диаграмме находим шкалу температур (рис. 34, б, линия 1) на которой находится значение t_н. От точки t_н проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, б, линия 2) до пересечения с наклонной прямой линией j_н (рис. 34, б, линия 3). Обозначим эту точкой буквой «А» (рис. 34, б). Из точки А опускаем вертикальную линию (рис. 34, б, линия 7) до пересечения со шкалой е и снимаем значения е_н.

Находим шкалу температур (рис. 34, б, линия 1) на которой находится значение t_ск. От точки t_ск проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, б, линия 2) до пересечения с наклонной прямой линией j_ск (рис. 34, б, линия 3). Обозначим эту точкой буквой «В» (рис. 34, б). Из точки В опускаем вертикальную линию (рис. 34, б, линия 7) до пересечения со шкалой е и снимаем значения е_ск.

Далее рассчитываем параметры смеси по выражениям:

t_см = (t_н × N_н t_ск × N_ск) / (N_н N_ск);

е_см = (е_н × N_н е_ск × N_ск) / (N_н N_ск).

Находим шкалу температур (рис. 34, б, линия 1) на которой находится значение t_см. От точки t_см проводим горизонтально налево прямую линию (рис. 34, б, линия 2). На шкале парциальных давлений (шкале е) находим значение е_см и от этой точки проводим вверх вертикальную прямую линию (рис. 34, б, линия 7) до пресечения с линией t_см.

Если точка пересечения на поле диаграммы, то парообразование не происходит. Если же точка пересечения вне поля диаграммы, то происходит парообразование (конденсация избыточной влаги в воздухе).

Цель работы. Выработка практических навыков определения параметров воздуха в конкретном грузовом помещении судна на переходе и решения вопросов о целесообразности и возможности вентиляции.

Общие указания. Большие материальные потери при перевозке приносит подмочка грузов. Для обеспечения сохранности груза в грузовом помещении необходимо предотвратить возможность конденсации влаги на грузе, на ограждениях помещения, создать оптимальные температурно-влажностные условия для груза.

Универсальные сухогрузные суда в основном оборудованы только системой механической вентиляции. На некоторых судах может встречаться система кондиционирования воздуха (осушения наружного воздуха). Полную подготовку вентиляционного воздуха могут производить, как правило, только рефрижераторные суда. Поэтому основным способом поддержания необходимых параметров воздуха в отсеках универсального судна является вентиляция наружным (неподготовленным) воздухом.

На твиндечных универсальных судах разделения отсека на трюм и твиндек не обеспечивает их взаимную герметизацию. Т. е. через разделяющую их палубу проникают различные воздействия (запах, пыль, влага, вода и т. п.), но такое воздействие очень медленное. Палуба между трюмом и твиндеком в основном принимает на себя статических нагрузок. Кроме того, система распределения воздуха на судах, как правило, размещаются так, чтобы обеспечить отдельную вентиляцию каждого грузового помещения. Поэтому в вопросе вентиляции трюм и твиндек можно рассматривать как разные (отдельные) помещения. При этом надо учитывать то, что условия (параметры воздуха и температура груза) в трюме и твиндеке до вентиляции одинаковые, так как их загрузка осуществлялась в порту при одних и тех же погодных условиях.

Температура ограждений трюма определяется температурой забортной воды, т. к. в большинстве случаев почти весь трюм находится ниже ватерлинии. Температура ограждений твиндека определяется температурами верхней палубы, которая ограничивает его сверху, и наружного воздуха, который определяет температуру надводных бортов. Общей для трюма и твиндека является температура разделяющей их палубы, которая равна температуре воздуха в отсеке (рис. 35).

Необходимость вентиляции с точки зрения предотвращения подмочки (выпадении влаги) определяется по соотношению значения температур предметов (ограждений, груза и т. п.) в грузовом отсеке (t_i) и точки росы воздуха (t_п) в этом отсеке (трюме и твиндеке). Так как система вентиляции обладает определенной инерционностью (пока включат, пока изменятся параметры воздуха во всем помещении и т. п.) применяется так называемы «температурный запас груза» (Dt). Для большинства грузов Dt принимается равным 3°С. Наличие температурного запаса груза (Dt) дает определенный запас времени для принятия мер по предотвращению подмочки. К тому же наличие Dt сглаживает последствия воздействия эпизодического колебания температуры.

Рис. 35. Схема распределения температур в отсеке судна

При вентиляции грузового помещения, в любом случае, не должны ухудшиться параметры, связанные с конденсацией влаги. Поэтому возможность вентиляции определяется по соотношению значения температур предметов (ограждений, груза и т. п.) в грузовом помещении (t_i) и точки росы наружного воздуха (t_в).

Кроме предотвращения подмочки груза, вентиляция обеспечивает необходимый для обеспечения сохранности воздухообмен, который требуют транспортные характеристики некоторых грузов. Поэтому после решения вопросов о необходимости и возможности вентиляции, возникает вопрос о целесообразности вентиляции.

По лоциям, Атласу океанов и гидрометеорологическим справочникам можно до начала рейса, с достаточной достоверностью, определить параметры окружающей среды (температуру воздуха, воды и относительную влажность), сделать выводы о режимах вентиляции и произвести выбор типа судна, необходимого для перевозки.

В работе решаются три вопроса: необходимости, возможности и целесообразности вентиляции, а также выбора типа судна. Определение необходимых параметров осуществляется при помощи t‑t диаграммы.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем:

температуру сухого термометра психрометра (t_с), °С;

температуру влажного термометра психрометра (t_вл), °С;

температуру груза (t_гр), верхней палубы (t_п), забортной воды (t_вод) и воздуха снаружи (t_в), °С;

относительную влажность воздуха снаружи (j), %.

После чего определяем температуру ограждений трюма и твиндека (рис. 35):

бортовые ограждения и дно трюма – t_тр = t_вод;

палуба, разделяющая трюм и твиндек – t_р = t_с;

бортовых ограждений твиндека – t_тв = t_в;

палуба, закрывающая твиндек (люковые закрытия) – t_п.

1. Решение вопроса о необходимости вентиляции производится по параметрам воздуха и предметов внутри отсека.

Находим по t‑t диаграмме (рис. 33) шкалу температур на которой находятся оба значения – t_с и t_вл. От точки t_вл проводим кривую линию вверх налево, а от точки t_с проводим горизонтально налево прямую линию до пересечения линий t_с и t_вл. Из точки пересечения опускаем вертикальную линию до пересечения со шкалой t и снимаем значение t_п.

Сравниваем t_п с температурой предметов в трюме и твиндеке, при этом могут возникнуть следующие ситуации:

если (t_п Dt) < t_i, то вентилировать не надо;

если t_п < t_i £ (t_п Dt), то вентилировать рекомендуется;

если t_п ³ t_i, то вентилировать надо.

Для трюма значения t_i – t_гр, t_тр, t_р, а для твиндека – t_гр, t_тв, t_р, t_п. Приведенные условия расписываем отдельно для трюма, твиндека и каждого значения t_i с соответствующим комментарием (не надо, рекомендуется, надо). На основании этого делаем следующие выводы:

если для всех t_i помещения – не надо, то помещение вентилировать не надо;

если хотя бы для одного t_i помещения – рекомендуется, то помещение вентилировать рекомендуется;

если хотя бы для одного t_i помещения – надо, то помещение вентилировать надо.

2. Решение вопроса о возможности вентиляции производится по параметрам воздуха снаружи и предметов внутри отсека.

Находим по t‑t диаграмме (рис. 33) шкалу температур на которой находится значение t_в. От точки t_в проводим горизонтально налево прямую линию до пересечения с наклонной прямой линией j. Из точки пересечения опускаем вертикальную линию до пересечения со шкалой t и снимаем значение t_в.

Сравниваем t_в с температурой предметов в трюме и твиндеке, при этом могут возникнуть следующие ситуации:

если (t_в Dt) < t_i, то вентилировать можно;

если t_в < t_i £ (t_в Dt), то вентилировать не рекомендуется;

если t_в ³ t_i, то вентилировать нельзя.

Для трюма значения t_i – t_гр, t_тр, t_р, а для твиндека – t_гр, t_тв, t_р, t_п. Приведенные условия расписываем отдельно для трюма, твиндека и каждого значения t_i с соответствующим комментарием (можно, не рекомендуется, нельзя). На основании этого делаем следующие выводы:

если для всех t_i помещения – можно, то помещение вентилировать можно;

если хотя бы для одного t_i помещения – не рекомендуется, то помещение вентилировать не рекомендуется;

если хотя бы для одного t_i помещения – нельзя, то помещение вентилировать нельзя.

3. Решение вопроса о целесообразности вентиляции производится на основании ранее сделанных выводах о необходимости и возможности вентиляции. При этом могут возникнуть следующие ситуации:

если вентиляция не нужна, но возможна, невозможна и не рекомендуется – то она не производится;

если вентиляция рекомендуется и возможна – то она производится;

если вентиляция нужна и возможна – то она производится;

если вентиляция нужна или рекомендуется, но невозможна или не рекомендуется – то решается вопрос до каких параметров необходимо изменить вентиляционный воздух.

В первых трех случаях для перевозки подходит универсальное сухогрузное судно.

Для последнего случая производим расчет о возможности изменения параметров воздуха. Для этого определяем то минимальное значение t_min, которое позволит осуществить вентиляцию, °С:

t_min = min {t_i} – 3.

Для трюма значения t_i – t_гр, t_тр, t_р, а для твиндека – t_гр, t_тв, t_р, t_п. Приведенные условия расписываем отдельно для нужного помещения (трюма, твиндека).

Находим по t‑t диаграмме (рис. 33) шкалу температур на которой находится значение t_в. От точки t_в проводим горизонтально налево прямую линию. На шкале t находим значение t_min через которое проводим вертикальную линию (вверх или вниз) до пересечения с прямой t_в. Для точки пересечения определяем минимальную допустимую влажность наружного воздуха j_min. Определяем разницу (Dj) между этим значением (j_min) и фактической влажностью наружного воздуха (j), %:

Dj = j – j_min.

На основании значения Dj производим выбор типа судна:

если Dj £ 15, то подходит универсальное сухогрузное судно с кондиционером;

если Dj > 15, то нужно рефрижераторное судно.

Все выводы и расчеты по всем трем решаемым вопросам приводятся в протоколе.

Цель работы. Привить умение организации работ по подготовке танков к смене нефтепродуктов.

Общие указания. Порядок подготовки танков для смены нефтепродуктов в данной работе производится в соответствии с ГОСТ 1510-84 «Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение нефти и нефтепродуктов». Общие положения и методика подготовки танков к наливу других наливных грузов принципиально не отличаются от приведенной.

Очистка металлических поверхностей грузовых танков нефтеналивных судов представляет собой совокупность ряда сложных физи­ческих и химических процессов, высокая результативность которых за­висит от конструктивных и технологических параметров оборудования, режимов механизированной мойки и свойств, применяемых моющих веществ.

Существенное значение имеет определение степени чистоты поверхности грузовых танков при перевозке различных видов неф­тепродуктов и других грузов. Под чистотой поверхности следует по­нимать такое ее состояние, при котором остаточное количество загрязнения не влияет на качество последующего груза в каждом конкретном случае. Чистота поверхности грузового танка является переменной величиной, зависящей от требований, предъявляе­мых к качеству перевозимого груза. Качество нефтепродуктов находится в прямой зави­симости от химического состава, условий хранения, транспортировке, состояния поверхности грузовых емкостей. Некачественная очистка емкостей от остатков нефтепродук­та другого сорта ускоряет процессы превращения продуктов окисления в смолистые вещества.

Плохо подготов­ленные поверхности стальных грузовых емкостей без защитных лако­красочных покрытий при смене груза могут загрязнять нефтепродукт остатками предыдущего груза, продуктами его окисления, механичес­кими примесями и продуктами коррозионного разрушения судовых корпусных сталей. Поэтому, вид загрязнения поверхностей грузовых танков влияет на выбор типа моющего средства, технологического режима мойки.

Состав загрязнения и его свойства зависят от ви­да и сорта перевозимого груза, срока эксплуатации судна, длительности рейса, технологических режимов мойки, очистки и выборки остатков из емкостей, регулярности и тщательности очистки поверхностей грузовых танков от образовавшихся отложений, условий приема балласта в грузо­вые емкости.

Основ­ными способами очистки поверхностей грузовых танков от остатков ранее перевозимого груза и других видов загрязнения является: химико-механизированная мойка; механизированная мойка водой; механизированная мойка водными раст­ворами моющих химических препаратов.

Качество очистки зависит от механической силы удара струи и температуры моющего раствора. Однако есть определенные трудности, связанные с утилизацией промывочных вод с танкеров. Поэтому применение моющих средств, при мойке танков нефтеналив­ных судов, разрешается только соответствующими нормативно-техни­ческими документами. Кроме того, встречаются ситуации, когда перевозка одного груза после другого невозможна (запрещена). Поэтому в основном применяется поэтапная смена перевозимых нефтепродуктов, без специальной (или минимальной) обработки (подготовки) танков.

Порядок выполнения работы. В соответствии с заданным вариантом определяем предъявленные к перевозке четыре вида нефтепродуктов и заносим их в головку и боковик табл. 13. Т. о. на поле таблицы получаем 12 пар грузов – «остаток – подлежит наливу», для которых определяем порядок подготовки к смене нефтепродуктов.

Таблица 13

Для этого в табл. 14 находим строку с наименованием нефтепродукта, подлежащего наливу и столбец, соответствующий слитому продукту. На их пересечении находится искомый код (шифр) операции по подготовке танков, который заносим в соответствующую ячейку табл. 13.

Под табл. 13 приводим пояснения (описание действий) к приведенным в этой таблице кодам. Если код имеет верхний индекс (как степень), то его описание тоже приводится в работе. В том случае, когда индекс меняет основной код, в соответствующей ячейке табл. 13 приводится и скорректированный код. Например: 5² ® 4.

На основании кодов приведенных в табл. 13 и трудоемкости (материалоемкости) действий по подготовке танков, составляем такую последовательность смены нефтепродуктов, при которой затраты на подготовку танков были бы минимальны. Такая минимизация может быть достигнута путем максимизации суммы кодов подготовки к перевозке от одного нефтепродукта к другому.

Для этого строятся схемы различной последовательности смены нефтепродуктов (рис. 36 а). Количество таких вариантов определяется числом перестановок P_m из m элементов, т. е. P_m = m!, что в данной работе составит: P_m = 4! = 24.

Рис. 36. Примеры схем последовательности смены нефтепродуктов

Из приведенных схем выбирается та, у которой сумма кодов максимальная – это и будет оптимальная последовательность смены нефтепродуктов. При отборе оптимальной схемы, из перечня исключаются те, которые имеет код подготовки «0» (рис. 1 б). Если несколько вариантов имеют одинаковую сумму кодов, то выбирается та, у которой в последовательности есть максимальный код. В протоколе указывается порядок подготовки трубопроводов и правила перекачки нефтепродуктов, при их смене.

Примечания к таблице 14

Если код в табл. 14 имеет цифру в верхнем регистре (степень), то сначала корректируем этот код в соответствии с примечанием, обозначенным «*».

Если же код в таблице 14 не имеет цифру в верхнем регистре, то описание этого кода определяем в разделе обозначения цифр.

Для привязки нефтепродукта к конкретной группе (их 24) необходимо воспользоваться примечанием, обозначенным «**».

*Примечание:

¹ – налив одноименных (по маркам) нефтепродуктов допускается на любое количество при условии, если качество смеси наливаемого продукта и остатка соответствует требованиям стандарта или техническим условиям на данный продукт;

² – если судно перед наливом слитого нефтепродукта перевозило нефть, мазут, моторное топливо или другой темный нефтепродукт, то подготовку ведут в соответствии с обозначением 1;

³ – при механическом удалении остатка подготовку ведут в соответствии с обозначением 3;

⁴ – при отгрузке тракторного керосина в качестве сырья для пиролиза подготовку ведут как для этого сырья;

⁵ – для арктического дизельного топлива подготовку ведут в соответствии с 4;

⁶ – перед наливом нефти, идущей на изготовление авиационных масел, подготовку ведут в соответствии с обозначением 4;

⁷ – после нефти, имеющей температуру вспышки ниже 28 °С, подготовку ведут в соответствии с обозначением 4;

⁸ – перед наливом мазута, идущего на изготовление авиационных масел, подготовку ведут в соответствии с обозначением 4;

⁹ – перед наливом осевого масла «С» подготовку ведут в соответствии с обозначением 4.

Цифры (коды) в таблице обозначают:

0 – налив запрещен;

1 – удалить остаток нефтепродукта, эмульсии и воды, промыть растворителем, пропарить (или смыть горячей водой) и просушить днище;

2 – удалить остаток нефтепродукта, эмульсии и воды, смыть горячей водой и просушить днище;

3 – удалить остаток нефтепродукта, эмульсии и воды и просушить днище;

4 – удалить остаток нефтепродукта, эмульсии и воды;

5 – удалить остаток насосами;

6 – зачистка не требуется (остаток не более 0,5 % от грузоподъемности или емкости). Наличие подтоварной воды в не допускается.

7 – зачистка не требуется (остаток не более 2 % от грузоподъемности судна). Операция с обозначением 7 распространяется только на суда; для резервуаров применяется операция 6.

**Примечания.

1. Суда под налив нефтепродуктов после слива животных и растительных жиров должны готовиться по операции 1.

2. При подготовке судов по операциям 1 – 5 необходимо подготовить судовые трубопроводы в соответствии с п. 7.

3. В случае многократного, последовательного налива одного нефтепродукта на остатки других необходимо во всех пунктах налива, за исключением первого, перед наливом проверять стандартность смеси наливаемого нефтепродукта с остатком; при этом смесь готовится в соотношениях, соответствующих фактическим количествам наливаемого нефтепродукта и остатка.

4. В группу масел, указанных в таблице 4, входят следующие масла:

1 группа: веретенное АУ, МК–8, приборное (МВП), трансформаторное, швейное, для холодильных машин (фригус), сепараторные, турбинные.

2 группа: для высокоскоростных механизмов, индустриальные (веретенные и машинные), автомобильные, автотракторные, АКЗп–6 и Асм–6.

3 группа: индустриальные выщелоченные, веретенные дистилляты, машинные дистилляты.

4 группа: дизельные, авиационные, МТ, для прокатных станов, компрессорные, судовое.

5 группа: цилиндровое 11, автотракторное АКЗп–10, Акп–10, Асп–10 и АК–15, моторное.

6 группа: цилиндровые 24, 38 и 52, трансмиссионные.

5. Слив нефтепродуктов из наливных судов должен производиться в соответствии с требованиями операций 5, 6, 7. Для несамоходных барж с набором корпуса, расположенным внутри наливных отсеков, в период с 1 сентября по 1 мая допускается остаток нефтяного топлива (мазута) не более 5 % от грузоподъемности судна при условии налива на этот остаток только топочного мазута.

6. Налив нефтепродуктов в резервуары, железнодорожные и автомобильные цистерны, а также в наливные суда должен производиться с применением средств герметизации, обеспечивающих минимальные потери нефтепродуктов от испарения. После налива нефтепродукта крышки колпаков и люков должны герметично закрываться.

7. Все нефтепродукты должны перекачиваться и сливаться по освобожденным от остатков трубам. При перекачке одного нефтепродукта после другого первую порцию перекачивают в емкость с таким же продуктом, качество которого от добавления смеси не ухудшается.

Этилированные бензины перекачиваются по отдельному, предназначенному для них, трубопроводу; так же перекачивают и сливают топлива Т-1, ТС-1, Т-2 и Т-5.

Таблица 14

Порядок подготовки наливных судов к наливу нефтепродуктов