Успокоительные цистерны

Цистерны Фрама. Цистерна Фрама 1-го рода, схематически изображенная на рис. 7.42, представляет собой U-образную емкость, частично заполненную жидкостью. Вертикальные колена цистерн выполняются в виде бортовых выго­родок, которые внизу соединяются водяным, а вверху воздушным каналами. Таким образом, жидкость в цистерне имеет возможность перетекать из одного колена в другое и представляет собой жидкий маятник.

Конструктивные размеры цистерны и ее заполнение вы­бираются такими, чтобы период колебаний жидкости можно было сделать равным периоду собственных колебаний судна. В этом случае цистерна являет­ся колебательной систе-мой, ре­зонансно настроенной с судном, и наиболее эффективное ее дей­ствие будет соответствовать качке судна в условиях резо­нанса.

Как было отмечено ранее, судно в условиях резонанса ис­пытывает качку с отставанием по фазе на 90° по отношению к возмущающему моменту, создаваемому волной. Но колебания жидкости в цистерне в этих усло­виях резонанса будут отставать по фазе на 90° по отношению к колебаниям судна. Таким образом, кренящий момент, создаваемый перетекающей жидкостью в цис­терне, будет отставать от возмущающего момента на 180°, т. е. находиться в про- тивофазе с ним, как это показано на рис. 7.43.

Цистерна, на­строенная в резо­нанс с суд-ном, су­щественно умень­шает ампли-туду качки в условиях его резо-нанса с волной. При других часто­тах встречи судна с волной благоприят­

ное соотношение фаз нарушается и полезное действие цистерны падает. Эффек­тивность снижения качки при резонансе возрастает вместе с ростом статической характеристики цистерны, т. е. угла крена судна 6> _ст, при перетекании всей жид­кости на один борт: в_СТ = 2pF$cH /(Dh), где Fo - площадь поверхности воды в вертикальном колене; 2с - расстояние между осями вертикальных колен; 2Н - активная высота бортового колена.

Однако одновременно с ростом 0„ и уменьшением внутреннего демпфирования возрастают амплитуды качки вне резонансной зоны частоты. Поэтому для цистерн, предназначенных для работы в широком диапазоне частот, в_ст обычно не превышает величины 3, 5°.

Цистерна Фрама 2-го рода, называемая также открытой цис­терной, представляет собой ви­доизменение рассмотренной вы­ше цистерны и отличается от нее отсутствием нижнего канала, вместо которого вертикальные колена через отверстия в нижней части соединяются с забортной водой (рис.7.44).

Исследования цистерн это­го типа показали, что для того,

чтобы они работали как резо- Рисунок7.44.-ЦистернаФрама2-города _{нансн0 насХ}р_0енные, _т. е. раз­

ность фаз между колебаниями жидкости и судна была около 90°, относительная площадь отверстий должна быть приблизительно f / Fq =0, 1, где / - суммарная площадь отверстий, сообщающих вертикальную цистерну одного борта с заборт­ной водой.

В связи с тем что втекающая в цистерну забортная вода приобретает кине­тическую энергию, двигаясь вместе с судном, а вытекая обратно безвозвратно ее уносит, эта потеря энергии компенсируется дополнительным сопротивлением движению судна и, следовательно, некоторым снижением его скорости. Вследст­вие этого цистерны 2-го рода не ставятся на скоростные суда.

Вообще, несмотря на практически одинаковую эффективность успокоения качки цистернами обоих типов при равных активных объемах их вертикальных частей, успокоительные цистерны Фрама 2-го рода применяются значительно ре­же.

Цистерны типа «Флюм» (рис. 7.45). Цистерны этого типа являются цистер­нами со свободной поверхностью жидкости, но относятся к резонансно настроен­ным. Они имеют большое разнообразие в отношении конструктивного оформле­ния, расположения на судне и конфигурации.

а), б)

-ЭГ, -

___ I---- L_j_J---- 1 Z | ~

Рисунок 7.45. - Цистерны типа «Флюм»: а - со средней расширительной шахтой;

б - без расширительной шахты

Характерной их особенностью является одинаковая высота бортовых частей и соединительного канала. Цистерна частично заполняется жидкостью, как пока­зано на рисунке, и имеет свободную поверхность.

Изменяя высоту налива Н_ж и тем самым рабочую площадь сечения канала, можно регулировать частоту свободных колебаний жидкости и настраивать ее в резонанс с собственной частотой качки судна, что обеспечивает периодическое изменение момента от перетекания жидкости в цистерне в противофазе с момен­том, создаваемым волной.

Преимуществом цистерн типа «Флюм» по сравнению с цистернами Фрама является возможность значительного изменения частоты колебаний жидкости, что существенно для судов, у которых частота собственных колебаний в процессе эксплуатации изменяется в широком диапазоне.

Цистерны фирмы «Интеринг» (рис. 7.46.) В последнее десятилетие полу­чили распространение активизированные цистерны, предложенные фирмой «Ин­теринг». Эти цистерны используются для двух целей - как успокоители качки в условиях плавания на волнении и как противокреновые системы при производст­ве грузовых работ.

При работе в качестве противокреновой системы в соответствующее борто­вое колено цистерны подается компрессором сжатый воздух, который перегоняет воду в противоположное колено. Контроль угла крена при этом производится ма­ятником, перекрывающим одну из воздушных насадок. Поскольку в этом случае не требуется быстрого перемещения воды с борта на борт (это осуществляется примерно за 3 мин), мощность компрессора невелика.

Рисунок 7.46. - Цистерна типа «Интеринг»: 1 - цилиндр с клапаном; 2 - маятник; 3 - U-образные мерительные трубки; 4 - комплекс датчиков; 5 - ход жидкости в цистерне

При работе в качестве успокоителя качки компрессор отключается и цис­терна работает как пассивная, но в верхнем положении вода задерживается пере­крытием воздушного канала. Для выработки наивыгоднейшего режима управле­ния клапанами система снабжена ЭВМ, которая получает сигналы от двух U- образных трубок с жидкостью, в которые вмонтированы датчики давления, чувст­вительные к углу крена и угловой скорости качки.