Управление буксируемым составом в различных путевых условиях.

В практике судовождения существует несколько видов буксировки.

Буксировка на длинном буксире применяется на больших реках при движении против течения, на озерах и водохранилищах. В этом случае длина троса превышает длину реа­ктивного потока от движителей буксировщика, а при волнении преду­преждает обрыв и рывки троса.

Буксировка на коротком буксире применяется на реках при движении

по течению, на судовых ходах с ограниченными габаритными раз­мерами пути, при сильном ветре, при вождении порожних судов. В этом случае длина буксирного троса значительно меньше длины реактив­ного потока.

Буксировка за кормой вплотную применяется при движении в битом льду.

Управляемость буксируемого со­става зависит от длины буксирного троса, места его крепления на буксировщике, мощности буксиров­щика, габаритных размеров, массы и формы учалки состава, габаритных размеров пути. Для обеспечения буксировщику хорошей устойчивости на курсе и хорошей поворотливости буксирный гак устанавливают на расстоянии 0, 5—1 м от центра тяжести судна, ближе к кор­ме.

В практике судовождения при выполнении маневров поворота и оборота очень важно учитывать создаваемый силой тяги на гаке Fr кренящий момент М к. Чем выше точка закрепления буксирного троса расположена над центром величины (ц. в. ), тем больше кренящий момент, под действием которого при резких перекладках руля на борт и при рывках буксирного троса может опрокинуться буксировщик. Креня­щий момент

М х== I rIicosasi n a, где h — расстояние от ц. т. до гака.

Существенное влияние на управ­ляемость состава оказывает длина буксирного троса (рис. 51). Если два одинаковых буксировщика А и Б с разными по длине буксирными тросами одновременно переложат рули на угол а, то за одинаковый промежуток времени они отклонятся от оси состава на одинаковое расстояние I. Однако поворачиваю­щий момент буксировщика А будет больше, чем буксировщика Б. Таким образом, чем больше длина буксир­ного троса, тем хуже поворотливость состава.

На удлиненных буксирных тросах водят составы против течения, вслед­ствие чего увеличивается их ско­рость, но ухудшается управляемость. На коротких буксирных тросах водят составы вниз по течению, вследствие чего улучшается их управляемость, но уменьшается скорость. Если буксирный трос очень короткий, то струи от движителей буксировщика вызывают рыскливость состава.

Для движения по течению выби­рают буксирный трос, длина которого в 2—3 раза меньше рекомендуемой его длины для движения против течения. Чем больше масса и габа­ритные размеры состава, тем больше сопротивление воды движению, а следовательно, хуже управляемость.

При движении по узкому участку судового хода с большой извилисто­стью русла для улучшения управляе­мости состава укорачивают длину буксирного троса, используя буксир­ную лебедку.

При формировании составов для буксировки должны соблюдаться следующие условия: соответствие состава типовой схеме формирова­ния, мощности буксировщика и габа­ритным размерам пути по осадке, длине, ширине? и высоте; хорошая управляемость; возможность дости-. жения максимальной скорости.

Скорость состава будет больше, если обеспечить наименьшее сопро-. тивление воды его движению, наи­лучшее использование скорости по­путного потока. Для этого груженые баржи с большими габаритными размерами и осадкой ставят в перед­ний счал состава, а меньших разме­ров, менее загруженные и порож­ние — в последующие счалы. Кроме того, добиваются уменьшения проме­жутков между буксируемыми судами при формировании. Если в состав нужно поставить судно, имеющее большую парусность (брандвахту, док, дебаркадер и т. д. ), то его ставят в первый счал рядом с груженой баржей или за -ней во второй счал, а при наличии в составе только порожних судов—в первый счал. При формировании составов также учитывают направление их движения (вверх или вниз), род груза в баржах и пункты его назначения.

Учалка судов в составах бывает жесткой и гибкой.

При жесткой учалке баржи в со­ставе представляют как бы единое целое, счалы не перемещаются:

Такая учалка применяется, как правило, при буксировке составов вниз на реках с назначительной извилистостью русла и достаточными габаритными размерами пути (осо­бенно шириной). Баржи в счалах учаливают жестко подаваемыми крест-накрест тросами («крестовы­ми»).

При гибкой учалке счалы барж в составе имеют возможность переме-

Риг 52. Типовые схемы составов для буксировки по течению

щаться один относительно другого, обеспечивая гибкость всему составу. Эта учалка применяется для букси­ровки составов против течения, так как при этом большой по длине состав может свободно преодолевать крутые повороты судового хода.

При кильватерной и других формах составов, у которых первый счал состоит из одной баржи, состав буксируют на тросе, закрепленном одним концом на гаке или буксирной лебедке буксировщика, а другим — на буксирных кнехтах головной баржи. При пыжевом первом счале на крайние баржи подают два троса, одни концы которых закрепляют на буксирных кнехтах, а другие соединя­ют между собой и с коренным буксирным тросом посредством ско­бы-замка, вследствие чего управляе­мость состава улучшается.

Составы, буксируемые по рекам по течению и против течения, различаются . по форме, . способу учалки, схеме расстановки барж.

Например, для буксировки боль­шого числа барж по течению в первый счал ставят четыре баржи, во второй — три, в третий — две (рис. 52, а). Составы больше чем в три счала обычно не формируют из-за сложности управления ими. Со­став из трех барж может быть сформирован в зависимости от путе­вых условий в один счал (рис. 52, б) и в два счала. Если он сформирован в два счала, первый счал может состоять из двух барж (рис. 52, е), а второй из одной или двух (рис, 52, г) барж. По пыжевой схеме в двух вариантах формируют состав из четырех барж: если позволяет шири­на судового хода, в первый счал ставят три баржи, во второй — одну (рис. 52, д); если судовой ход узкий, в первый и второй счалы ставят по две баржи (см. рис. 52, г). Состав из двух барж имеет форму одного счала в два пыжа (рис. 52, е). Иногда, когда габаритные размеры судового хода не позволяют сделать оборот в конечном пункте или в пути следования, в последнем счале баржи ставят кормой вперед с целью использования носовых якорей для постановки состава на якорь без оборота (рис. 52, ж). Чем короче пыжевой состав, тем лучше он управляется.

Составам, предназначенным для буксировки против течения, придают линейную кильватерную форму с гиб­кой учалкой счалов из трех барж (рис. 53, а) и из двух барж (рис. 53, б), при этом однотипные суда ставят так, чтобы, баржа с большей осадкой была первой, а за ней стояли баржи с меньшей осадкой. Если число барж в составе больше трех и судовой ход

Рис. 53. Типовые схемы составов для буксировки против течения

имеет извилистые и узкие участки, составу придают форму «безмен» (рис. 53, е), которая по сравнению с кильватерной обеспечивает мень­шую рыскливость, но при этом увеличивается сопротивление воды движению состава. Если на участке встречаются мелководные перекаты и крутые повороты, состав формиру­ют клином (рис. 53, г) или «бочонком» (рис. 53, д). Управляе­мость состава формы «бочонок» лучше, чем формы «безмен», но сопротивление воды его движению несколько больше.

Если баржи оборудованы рулями и их обслуживают экипажи, то составы при буксировке против течения и по течению могут дополни­тельно управляться посредством рулей барж последнего счала. В этом случае управляемость составов значи­тельно улучшается.

Состав из судов технического флота формируют с соблюдением следующих условий: для буксировки против течения состав должен быть более длинным и узким, для букси­ровки по течению — более коротким и широким; земснаряды всегда ставят в первый счал, а за ними остальные суда технического флота.

Плотовые составы. Плот состоит из одной или нескольких умаленных между собой сплоточных единиц, установленных в определенном по­рядке. В соответствии с требовани­ями Правил сплотки и Правил плавания по внутренним водным путям плоты должны иметь средства управления и сигнализации. Спло­точная единица — это группа бревен, расположенных в определенном по­рядке и прочно учаленных между собой различными способами спло­точным такелажем. Наиболее рас­пространены следующие виды спло­точных единиц: пучок кошма, обруб, ерш, кошель, сигара.

Средства управления плотом — это металлические понтоны (матки), где установлены помещения для команды плота, а также лебедки для подпуска и подъема тормозных и становых средств (цепей, лотов,

якорей), подвешенных на кран-балках понтонов. Понтоны ставят в хвосте плота. Подпуск тормозных средств вовремя предупреждает на­вал плота на берега, осередки и острова, особенно на поворотах русла реки. Плоты из сплоточных единиц формируют на специально оборудованных плотовых рейдах лесосплавных организаций.

В зависимости от водного пути, по которому предстоит буксировка, пло­ты по конструкции делятся на речные, озерные и морские.

Габаритные размеры плотов уста­навливают для каждого бассейна в зависимости от габаритных разме­ров пути. На зарегулированных реках размеры плотов определяют с учетом габаритных размеров шлюзов.

Для рек наиболее распростра­ненными видами плотов являются лежневые, секционные (ЦНИИле-сосплава) без оплотника и в оплотни-ке и плоты в ошлаговке. Если требуется буксировать плоты против течения, то их формируют из сплоточных единиц видов ерш или сигара, составленных из пучков различных размеров. Лежневой плот (рис. 54) формируют из пучков, которые с интервалом 0, 2—О, 3 м раз­мещают в одну линию, называемую лентой. Из лент составляют плот.

По магистральным рекам плоты буксируют на тросе длиной 80—100 м без ведущей единицы (рис. 54, а), если нет затруднительных участков пути, и с ведущей единицей I (рис. 54, б), если такие участки пути имеются. На участках с крутыми поворотами, сложными перекатами, неправильны­ми течениями и другими препятствия­ми плоты ведут на укороченном буксирном тросе длиной 40—50 м в сопровождении вспомогательного буксировщика 2 (рис. 54, в). По малым рекам с извилистым сложным судовым ходом плоты 4 водят для лучшей управляемости на укоро­ченном буксирном тросе длиной до 50 м с ведущей единицей или вспомогательным буксировщиком (рис. 54, г). По водохранилищам и озерам плоты буксируют на

Рис. 54. Схемы плотовых составов (размеры в метрах)

длинном тросе (рис. 54, . д), что способствует некоторому увеличению их -скорости в спокойной воде. Буксировщики 3, предназначенные для вождения плотов (плотоводы), должны иметь хорошую маневрен­ность.

К основным факторам, влияющим на маневренность плотового соста­ва, относятся большие габаритные размеры плота, большая гибкость плота по сравнению с судовым составом, большое сопротивление воды движению плотосостава, малая скорость плотосостава по сравнению с судовым составом, характер тече­ний и их скорость, наличие гидро­технических сооружений на судо­ходном пути, соотношение мощности буксировщика и массы плота, длина буксирного троса.

При движении по реке хорошая гибкость плотосостава — очень важ­ное условие для обеспечения безава­рийной проводки по извилистому судовому ходу, при прохождении перекатов, колен, извилин, излучин, узкостей. Большая гибкость позволя­ет «вписывать» плот в крутые повороты русла, улучшает его управ­ляемость. Однако вследствие созда­ния бортового давления воды на голову плота хвостовая часть управ­ляется хуже и подвержена воздей­ствию свальных и прижимных тече­ний, центробежных сил и сносу ветром.

Большое бортовое сопротивление воды движению плота — основная причина медленного его реагирова­ния на изменение курса, движение же с небольшой скоростью под углом к течению или ветру способствует увеличению дрейфа. Поэтому не без основания считается, что по течению плотосостав может нести течение, а буксировщик только направляет его в нужную сторону, удерживая на судовом ходу. По этой причине судоводители должны хорошо знать особенности течений и их направле­ния на затруднительных участках пути и на дальних подходах к ним и правильно заправлять плот, не допуская резких отклонений состава под большим углом к направлению течения.

Большую опасность для движения плотосостава представляют тиховоды за рынками гор, высокими песка­ми, затонами и песками выпуклого берега, так как при , попадании в них головной части плота хвостовая его часть может быть развернута течени­ем и произойдет навал на берег или отмель. Отрицательное влияние на управляемость плотосостава оказыва­ют водосбросные плотины, полуза­пруды и другие гидротехнические сооружения, возле которых возника­ют затяжные и прижимные течения, сбивающие плотосостав с курса в сторону действия этих течений.

При выделении тяговых средств для буксировки плотов учитывают мощность буксировщика, которая должна обеспечивать нормальное движение и управляемость плота.

Длина буксирного троса оказыва­ет влияние на управляемость и ско-

Рис. 55. Схема смешанного состава

рость плотосостава. Управляемость состава на коротком буксирном тросе лучше, но при этом вследствие волнового сопротивления от движи­телей резко уменьшается скорость. С увеличением длины буксирного троса скорость плотосостава увели­чивается, а управляемость ухудша­ется.

Смешанные составы. Из барж и плота создают смешанные составы (рис. 55). Их буксируют обычно на тросе по водохранилищам, неболь­шим озерам, каналам, зарегулиро­ванным рекам, т. е. по таким водным путям, где течение незначительное. Баржи А и В можно ставить в голове и в хвосте плота.

При установке барж впереди плота уменьшается волновое сопро­тивление от движителей буксировщи­ка и несколько увеличивается ско­рость состава. Кроме того, при волнении баржи прикрывают го­ловную часть плота от встречных ветровых волн.

Иногда баржи подчаливают к хвостовой части плота. Обычно такую форму смешанного состава применяют в тех случаях, когда требуется подбуксировать баржи от причалов или с мест загрузки (разгрузки) в пути следования для доставки в порт назначения. Если баржи имеют рули, то последние используют для дополнительного управления составом. Таким образом предупреждают навал плота и барж на береговые отмели, особенно на криволинейных участках пути, имея в виду, что при таком расположении барж в составе управляемость сохраняется нормальной при штиле и резко ухудшается при боковых ветрах из-за большой парусности барж. Для лучшей поворотливости состава расстояние между баржами

и плотом должно быть больше ширины плота.

К особенностям управления сме­шанным составом следует отнести необходимость учета дрейфа, созда­ваемого боковыми ветрами, особенно при плавании на водохранилищах и озерах, увеличению которого способствуют баржи, создающие дополнительную парусность. Состав следует вести по наветренной кромке судового хода, используя все воз­можности к тому, чтобы избежать воздействия на плот бортового волнения и ветра, которые могут вызвать разрушение сплоточных единиц. На некоторых реках при буксировке смешанных составов бар­жи в хвосте плота ставят кормой вперед с целью использования их носовых якорных устройств в каче­стве тормозных и становых средств.

2. Распределение скоростей течения в русле реки по вертикали, живо­му сечению и в плане;

В речных руслах течение воды возникает в связи с продольным уклоном. Казалось бы, что под влиянием уклона скорость движения потока будет увеличиваться все больше и больше. Однако этого не происходит. Энергия речного потока расходуется на внутреннее тре­ние воды и на преодоление трения ее о дно и берега. Поэтому в целом ускорения движения воды в речном потоке не наблюдается, однако может возникнуть местное ускорение, например, на перекатах и поро­гах.

В природе различают два режима движения жидкости: ламинар­ное, (параллельно-струйчатое) и турбулентное (беспорядочно-вихре­вое).

При ламинарном режиме отдельные струйки воды движут­ся параллельно друг другу, не смешиваясь между собой. Скорости от­дельных частиц воды постоянны по величине и направлению. У стенок скорости равны нулю, затем они постепенно увеличиваются, достигая

Рис. 8. Внутренние течения на изгибах русла

Наибольшего значения в середине потока. В природе ламинарное те­чение встречается при движении воды по порам грунта. Оно возможно лишь при очень малых скоростях. Например, по расчетам, водный по­ток глубиной в 1 м при песчаном русле и температуре 20° С будет иметь ламинарное движение в том случае, если скорость не превышает 0,5 мм/с. При большей скорости движение воды будет турбулентным.

При турбулентном виде движения частички воды переме­щаются беспорядочно, постоянно перемешиваясь и образуя в отдель­ных случаях вихри. Скорость их непрерывно и мгновенно изменяется по величине и направлению (т. е. происходит пульсация скорости). В реках движение воды всегда турбулентное. Степень турбулентности, или интенсивность перемешивания масс воды речного потока, зависит от шероховатости русла и скорости течения. При неровном русле и большой скорости течения степень турбулентности выше, при отно­сительно ровном русле и небольшой скорости течения—ниже.

Скорость перехода одного движения в другое при данной глубине потока называется критической. При увеличении глубины кри­тическая скорость уменьшается. По данным М. А. Великанова, пере­ход ламинарного движения потока в турбулентное и обратно при глу­бинах 10, 100, 200 см происходит с критическими скоростями, равными соответственно 0,4; 0,04, 0,02 м/с.

Общее течение речного потока вдоль русла при своем движении видоизменяется, в нем создаются внутренние течения. Причинами воз­никновения таких течений являются изгибы русла, подъем и спад уров­ней, наличие в потоке слоев воды с разной температурой, вращение Земли, а также воздействие рельефа дна, ветра, сооружений и др.

Под влиянием центробежной силы на изгибах русла образуется поверхностное течение, направленное от выпуклого берега к вогнутому, а у дна, наоборот, — от вогнутого к выпуклому (рис. 8). -За счет трения о дно скорость глубинного течения от вогнутого берега к выпуклому меньше по сравнению с поверхностным, поэтому у вы­пуклого берега происходит повышение уровня и создается попереч­ный уклон поверхности воды. На­пример, для реки, имеющей радиус кривизны 1000 м, скорость течения 1 м/с и глубину 5 м, скорость попе­речного поверхностного течения со­ставляет около 3,8 см/с, а у дна — 3,3 см/с. Взаимодействие продольно­го течения с поперечным придает По­току винтовой характер. Так как речное русло состоит из извилин, пе­реходящих одна в другую, направле­ние поперечного течения постоянно меняется.

Рис. 9. Внутренние течения при подъемах и спадах воды в русле

В результате вращения Земли в речных руслах возникает сила инерции, направленная к право­му берегу, и под действием этой силы

создается постоянное поперечное те­чение. Последнее направлено в по­верхностном слое к правому берегу, а в придонном — к левому. Скорости поперечных течений невелики. Напри­мер, для реки с глубиной 5 м и ско­ростью течения 1 м/с поперечные ско­рости у поверхности согласно расче­ту составляют около 0,25 и у дна — 0,23 см/с.

Взаимодействие продольного течения воды с поперечным также

придает потоку винтовой характер, но очень слабый.

Если направление поперечного течения на изгибах русла совпада­ет с направлением поперечного течения от вращения Земли, то вну­треннее винтовое течение усиливается, если же не совпадет — то уменьшается.

При подъемах воды возникают два винтовых течения, идущие от середины вверх, у поверхности — к берегам, а по дну — к середине (рис. 9).

При спаде воды наблюдаются обратные циркуляцион­ные течения.

Следует иметь в виду, что движение воды в речном потоке имеет более сложные формы по сравнению с описанными выше; внутренние течения постоянно видоизменяются, затухают и возникают вновь.

При турбулентном характере движения речного потока, как было уже указано, скорость каждой частички воды непрерывно меняется. Однако если в какой-либо точке потока прибором измерять пульсирую­щую скорость достаточно долго, то можно получить среднюю скорость в данной точке, имеющую определенную величину и направление.

Для представления о распределении скоростей течения в речном русле измеряют их осредненные значения и строят графики. Если измерить осредненные скорости течения в не­скольких точках, затем отложить их от прямой линии в соответствую­щем масштабе на чертеже в виде отрезков, то, соединив концы этих отрезков плавной кривой, получим график скоростей, называемый годографом или эпюрой скоростей.

Обычно эпюры скоростей строят по вертикали, живому сечению и в плане.

В открытых руслах средняя скорость по вертикали Одред (рис. 10, а) обычно находится на расстоянии 0,6 глубины h от поверх­ности. Наибольшая скорость по вертикали и дце располагается обыч­но несколько ниже поверхности, так как на скорость у поверхности Уцов влияют сила трения о воздух и поверхностное натяжение воды. Наименьшая скорость течения — у дна. Такое распределение скоростей течения по вертикали подвергается значительным изменениям под дей­ствием различных факторов. Например, при ветре, направление ко­торого совпадает с направлением течения, поверхностная скорость уве­личивается и наоборот. Неровности дна и водная растительность так-

Рис. 10. Распределение скоростей течения по вертикали в открытом речном русле (о) и русле с ледяным покровом (б)

же вызывают перераспределение скоростей. В местах сжатия потока, например между устоями моста, скорости течения увеличиваются.

В период скорость течения вблизи ледяного покрова быва­ет такая же, как у дна, или меньше, а наибольшая скорость Vmax (рис. 10, б) находится на расстоянии 0,3—0,4 глубины русла.

Изотахи — линии равных скоростей — распределяются по живому сечению реки в соответствии с очертанием попереч­ного профиля русла. Для открытого русла изотахи имеют вид разом­кнутых кривых (рис. 11, а), для русла под ледяным покровом — зам­кнутых кривых (рис. 11,6).

Если определить средние скорости течения по вертикалям по всей ширине русла, затем отложить их в виде отрезков на плане реки или от горизонтальной линии вверх или вниз, то получится эпюра средних скоростей речного потока в плане (рис. 12). Такую эпюру можно построить и для наибольших скоростей. Обычно очертание эпюры по­добно очертанию живого сечения реки. Средние скорости течения уве­личиваются от берегов к середине русла. Местам с наибольшей глу­биной, как правило, соответствуют наибольшие скорости течения.

Линию, соединяющую точки с наибольшей скоростью течения в смежных живых сечениях русла, называют динамической осью речного потока. Наибольшие скорости течения рас­пределяются в живых сечениях весьма разнообразно, поэтому динами­ческая ось изгибается как в плане, так и по вертикали.

Рис. 11. Распределение скоростей течения по живому сечению реки

Рис. 12. Распределение скоростей те­чения речного потока в плане

В судоводительской практике употребляется понятие стре­жень реки. Под ним подра­зумеваются места в реке с наиболь­шими глубиной и скоростями те­чения.

Обычно под скоростью течения речного потока понимают среднюю скорость по всему живому сече­нию. Зависимость скорости тече­ния от продольного уклона, глу­бины и шероховатости русла вы­ражается формулой Шези: