Еще раз о держащей силе и оптимальной конструкции якоря

Еще раз о держащей силе и оптимальной конструкции якоря

Теперь, когда читатель ознакомился со всеми основными конструкциями якорей, созданных человеком в течение пяти тысяч лет, вернемся еще раз к главному требованию, предъявляемому к каждому якорю, — максимальная держащая сила при минимальном весе конструкции.

Мнения специалистов в отношении держащей силы якоря неодинаковы, и зачастую их формулировки, объясняющие это понятие, расходятся. Так например, в одном из последних отечественных изданий учебника по морской практике «Управление судном и его техническая эксплуатация» (М., «Транспорт», 1975) приводится такая формулировка: «Держащей силой якоря называется наименьшее усилие, которое нужно приложить в направлении веретена, чтобы сорвать его с грунта».

В «Справочнике по морской практике» (М., Оборонгиз, 1969) мы находим: «Держащая сила якоря — сила, которая приходится на единицу его веса и должна быть приложена для того, чтобы вырвать якорь из грунта в момент, когда веретено якоря расположено горизонтально».

По мнению автора книги, оба эти определения держащей силы якоря не могут быть применимы ко всем существующим якорям. Во-первых, есть конструкции якорей, у которых веретена фактически нет, а во-вторых, существуют такие типы якорей, которые на определенных видах грунта при увеличении тяги каната (или цепи) зарываются еще глубже. Конструкции таких якорей рассчитаны на их одноразовое использование, так как прочность крепления якорного каната или самого каната меньше по отношению к массе грунта, которую нужно сместить, чтобы вырвать якорь. Примером могут служить якоря, изображенные на рис. 268, 269 и 270 — типа «воздушный змей», Воренкампа и Баумана.

В этой связи более общим и, видимо, более точным определением формулировки держащей силы якоря можно считать то, которое дает один из изобретателей якорей, описанных в этой книге, советский инженер Д. И. Горбунов. В его учебнике «Водитель-моторист мотозавозни» (М., «Транспорт», 1976) сказано: «Величина держащей силы показывает, какое усилие можно приложить к данному якорю определенной массы (веса), чтобы якорь не полз».

Если говорить о формулировках этого понятия, которые фигурируют в зарубежной литературе, то определения разных авторов даже противоречивы. Некоторые западные авторы вместо выражения «держащая сила» пользуются понятием «удельная удерживающая способность», имея в виду усилие, приходящееся на каждую единицу (фунт или килограмм) его массы (веса). Английский инженер Марк Террелл в своей интересной статье «Якоря: новый подход к ним», опубликованной в журнале «Фэйрплэй» 6 апреля 1972 г., выступил вообще против использования выражения «держащая сила», заявив следующее: «Коммерческое жаргонное выражение «держащая сила» (Holding power) является дезориентирующим и бесполезным определением»…

В этой книге нет единой системы выражения величин держащей силы описываемых якорей. Читатель может встретить цифры, выраженные и в килограмм- силах на килограмм-силу веса якоря, и в фунт-силах, и в тонно-силах. Если в тексте говорится, что держащая сила якоря равна четырем, то это означает, что фактически его способность оказывать сопротивление силам, стремящимся сместить судно, равна его учетверенному весу. Такой разнобой объясняется тем, что автор, используя такие материалы, как описания конструкций якорей, акты испытаний якорей по держащей силе, каталоги фирм, иностранные патенты и пр., брал выражения величин, характеризующих держащую силу якоря в том виде, в каком они даны в оригиналах.

Читатель вправе упрекнуть автора и в том, что по мере повествования о создании конструкций якорей значения держащей силы якоря одной и той же конструкции в тексте не везде одинаковы. Это следует объяснить тем, что на разных испытаниях одного и того же якоря были получены разные величины, хотя характеристика грунта была вроде бы одинакова («на плотном песке», «на мягкой глине», «иле» и пр.). Все дело в том, что такие понятия, как, допустим, «плотный песок» или «твердый песок», в разных местах, где проводились испытания, не могут точно характеризовать свойства грунта, поскольку даже «плотный песок» песку твердому рознь, так же как и гравий или ил не везде одинаковы. Кроме того, разница (и иной раз довольно значительная) в величинах держащей силы якоря одинаковой конструкции может быть объяснима и различными методами испытаний, длиной якорной цепи (или каната), углом, под которым осуществлялась прилагавшаяся к якорю тяга, показаниями приборов и т. д.

Говоря о держащей силе якоря, как о главном его свойстве, необходимо сказать, что в зарубежной технической литературе, публикующей ту или иную конструкцию якоря, можно заметить определенную тенденциозность в констатации этой важнейшей характеристики. Зачастую ее завышают сами создатели того или иного якоря и фирмы, купившие патент и начинающие широкую рекламную кампанию для сбыта своей продукции.

Сейчас в мире насчитываются сотни крупных фирм и заводов, изготавливающих якоря и якорные цепи. Все они ведут между собой ожесточенную конкурентную борьбу. Рекламируя свои якоря, они в каталогах, приводя сравнения по держащей силе якорей, часто занижают цифры, характеризующие продукцию конкурентов. Причем на рекламу якорей и цепей денег не жалеют — массовыми тиражами издаются красочные каталоги, организуются большие выставки, тысячами раздаются посетителям сувениры — модели якорей и т. д. И это не удивительно: сегодня один якорь в 30 т стоит 30 ООО, а якорная цепь к нему длиной около 300 м, весящая 130 т, — 300 000 фунтов стерлингов.

За последние годы у нас и за рубежом в связи с появлением новых конструкций якорей вошло в обиход выражение «якоря с повышенной держащей силой» (по-английски НИР anchors или: Hign holding power anchors).

По определению Регистра Ллойда, якорем с повышенной держащей силой считается тот, который во время натурных испытаний показывает величину держащей силы не менее чем в два раза большую, чем обычные якоря при той же массе. Причем при использовании якорей с повышенной держащей силой многие классификационные общества допускают уменьшение их массы на 25 %.

Если вникнуть в суть выражения «якоря с повышенной держащей силой» и рассуждать логично, то получается абсурд: мол, заводы выпускают якоря с обычной держащей силой и якоря с повышенной держащей силой, хотя каждый проектировщик, создавая конструкцию якоря, всегда преследует цель — создать такой якорь, который при своей минимальной массе имел бы максимальную держащую силу. Спрашивается, зачем же продолжать выпуск якорей с неповышенной держащей силой?

Тем не менее как в нашей стране, так и в других странах на сегодняшний день якорные заводы продолжают выпускать наряду с якорями с повышенной держащей силой и обычные якоря.

За последние годы запатентовано около сотни оригинальных конструкций становых якорей с повышенной держащей силой, но практическое применение из них нашли всего около тридцати. Заметим при этом, что из полуторы сотни опробированных Регистром Ллойда становых якорей лишь 16 числятся в списке якорей с повышенной держащей силой. Но почему же продолжается сегодня выпуск обычных становых якорей, если существуют более надежные их конструкции?

Представители Регистра Ллойда, занимающиеся вопросами якорного устройства, например, считают нецелесообразным переход на новые якоря и запрещение на судах обычных якорей, получивших одобрение этого Регистра ранее. При этом Регистр Ллойда ссылается на мнение большинства капитанов морских судов, которые предпочитают на стесненных рейдах пользоваться обычными якорями, вполне их устраивающими при нормальных условиях погоды. Английские судоводители, соглашаясь с несомненными преимуществами новых якорей перед обычными, говорят, что на стесненных рейдах новые якоря неудобны: они забирают не сразу и для них нужно вытравливать больше якорь- цепи. Более того, говорят они, обычные якоря (масса которых не снижена на 25 %) при определенных условиях могут удержать судно на месте тогда, когда якоря с повышенной держащей силой не помогут, например, на очень жидком иле или на «плите», где якорь фактически держит только своим весом и весом вытравленной цепи.

Но условия плавания судов самые разнообразные. В наши дни все чаще и чаще на страницах зарубежной морской печати появляются сообщения об авариях и гибели во время шторма супертанкеров из-за недостаточной держащей силы якорей при хорошем грунте под килем. Так, например, в 1973 г. гигантский танкер «Донна Марика», у которого вышла из строя главная машина, не смог удержаться на своих якорях у южных берегов Англии на рейде Дейл Роадз близ Милфорд Хавена. Судно оказалось вынесенным штормом на мель, где получило такие повреждения, что было пущено на слом. В январе 1976 г. после спуска на воду и ходовых испытаний супертанкер «Олимпик Брэйвери» дедвейтом 278 000 т во время плавания для сдачи заказчику, близ берегов Франции потерпел аварию главного двигателя. Якоря не удержали танкер (хотя он шел в балласте и грунт был нормальным), и он оказался на камнях. Из пробитых топливных танков в море вылилось 1000 т нефти, которая загрязнила 6 км полосы пляжа. Начавшийся шторм переломил супертанкер пополам, в результате чего судно пошло на слом.

Английская печать сообщала, что если бы на «Донне Марике», «Олимпик Брэйвери» и на других супертанкерах вместо обычных становых якорей были якоря с повышенной держащей силой, они не погибли бы.

Частые случаи гибели супертанкеров привели в начале 1978 г. к дискуссии о якорях на страницах английской морской печати.

Еще каких-нибудь десять лет назад самыми тяжелыми в мире якорями считались якоря Болдта, изготовленные в 1954 г. в Норфолке для авианосцев США «Форрестол» и «Саратога». Они весили 27,2 т. Напомним, что стандартное водоизмещение кораблей этого типа составляло 68 000 т. Сегодня одним из самых больших супертанкеров считается французский «Батиллус», построенный в 1976 г. Его дедвейт — 553,662 т, дли-

на — 414,2 м, ширина — 63 м, высота борта — 35,9 м, осадка (максимальная) — 28,6 м. Становой якорь этого исполина всего на три тонны тяжелее, чем у американских авианосцев водоизмещением 68 000 т. Удержит ли этот якорь такой «мамонт» в грузу близ берега, если откажет главный двигатель?

Вопрос об авариях супертанкеров и (в буквальном смысле) вытекающей из них нефти сейчас стоит очень остро, поскольку сохранение окружающей среды для человечества сегодня — одна из важнейших проблем. Поэтому не удивительно, что многие специалисты в области якорного устройства судов уже давно предлагают классификационным обществам запретить снабжение супер-танкеров обычными якорями и обязать их судовладельцев ставить только якоря с повышенной держащей силой. Но этот вопрос пока еще не решен.

В наше время в якорном производстве технология — уже не проблема, над которой якорным мастерам приходится ломать голову. Сейчас на якоря идет сталь мартеновская, бессемеровская или выплавленная в электропечах. Уже давно во всех странах выработаны и действуют нормы для сталей как по механическим свойствам, так и по химическому составу. Как и раньше, каждый откованный, отлитый или сваренный якорь подвергается строгим официальным государственным — испытаниям. Еще до изготовления якоря, после полного химического анализа плавок стали их испытывают на растяжение и определяют предел прочности и относительное удлинение. Более того, пробные планки стали испытывают на загиб до угла 90° в холодном состоянии.

Почти во всех морских странах, где есть якорное производство, литые бесштоковые якоря подвергают жестоким испытаниям: их сбрасывают с высоты 2,5–4,5 м плашмя на стальную плиту толщиной не менее 100 мм, лежащую на ровном утрамбованном грунте.

Литые адмиралтейские якоря при испытании сбрасывают пяткой на две стальные болванки, положенные на стальную плиту таким образом, чтобы расстояние между ними составляло половину величины развала лап. При этом толщина болванок должна быть такой, чтобы пятка якоря не могла в момент удара коснуться плиты. Испытание сбрасыванием проводится при температуре якоря не ниже 0 °C. Если даже якорь успешно выдерживает это испытание, то его подвешивают и обстукивают молотком массой 3 кг. При этом чистый звон свидетельствует, что отливка не имеет скрытых пороков.

Кроме перечисленных испытаний, якоря подвергают пробе на прочность на гидравлических станах. Одним словом, прочность изготовленных в наши дни якорей (если они выдержали все испытания и не имеют пороков) не волнует тех, кому приходится ими пользоваться. Сейчас моряков больше интересует проблема выбора оптимальной конструкции, которая бы надежно обеспечивала якорную стоянку в самых трудных условиях на самых различных грунтах, в зависимости от района ₍плавания. На этот счет многие наши кораблестроители и моряки склонны считать, что самой оптимальной конструкцией якоря, якобы одинаково пригодной на всех видах грунта, является якорь Холла. Говорят даже, что эта конструкция самая распространенная в мире.

В добавление к тому, что уже сказано о холловских якоря: х, автор берет на себя смелость попытаться опровергнуть такое мнение.

Из бесед с иностранными капитанами и представителями различных фирм стало очевидным, что многие верфи таких стран, как Великобритания, Нидерланды, Италия, Дания, Франция, США, уже давно не поставляют холловские якоря на свои новые суда: он вытеснен более удачными и надежными конструкциями.

Ну, а какой же из якорей обладает в наши дни наибольшей держащей силой? — вправе спросить читатель.

Среди множества зарубежных публикаций об испытании якорей по их держащей силе, которые зачастую носят тенденциозный рекламный характер, заслуживает внимания статья голландского инженера Р. Ван ден Хаака «Якоря: сведения об их свойствах», опубликованная несколько лет назад в журнале «Голланд Шипбилдинг».

Автор книги считает полезным ознакомить с ней своих читателей. Вот несколько выдержек из этой статьи в переводе автора:

«С увеличением размеров и мощности земснарядов появился спрос на якоря большой держащей силы, и ее величины в 70-100 тс для землесосов в наше время считаются вполне обычными. Для обеспечения держащей силы в 70 тс якоря сравнятся между собой так:

Ниже приводятся сведения о держащей силе якорей различных типов (количество весов) в грунте, в котором они эффективно работают:

Поведение якорей различных типов при заглублении и их пропорции:

1. Тип якоря и угол отклонения лап определяют его максимальную держащую силу.

2. Длинные лапы оказывают большое сопротивление при боковом смещении якоря, когда судно рыщет, что часто приводит к изгибу веретена.

3. Вертикальные ребра жесткости на внутренних кромках лап спрессовывают грунт, образуют на лапах комья, приводят к выходу лап из грунта.

4. Держащая сила якоря возрастает по мере его заглубления в грунт.

5. Тупые лапы сильно препятствуют заглублению якоря в грунт.

6. Чем больше вес зацепляющих пластин и лап, тем выше сила заглубления якоря в грунт.

7. Сечения частей якоря, если смотреть в концы его лап, должны быть минимальны, чтобы он хорошо заглублялся.

8. Любое добавление, сделанное на лапах якоря под прямым углом, мешает его. заглублению.

9. Назначение пластин — поставить лапу под углом, обеспечивающим ее вхождение в грунт. Это важно при отдаче якоря на твердых грунтах, когда сильно возрастает вероятность, что концы лап, не зацепившись за грунт, не развернут их, и якорь будет скользить.

10. Короткие веретена, короткие стабилизаторы, равно как и большие углы отклонения лап способствуют в отдельности и вместе выходу лапы из грунта, что приводит к опрокидыванию якоря на бок и его протаскиванию по грунту на конце одной из лап.

11. Лапы якоря могут быть неподвижными при условии, что стабилизаторы и веретено достаточно длинны, а угол отклонения лапы небольшой. Якорь, оказавшийся на концах стабилизатора, веретена и носке лапы. должен перевернуться в нормальное положение сам.

12. Большой разнос лап якоря способствует его переворачиванию на бок. Если одна лапа зарывается в грунт глубже, оказывая таким образом большее сопротивление тяги якорь-цепи, другая выходит наружу и якорь выламывается из грунта».

Таковы рассуждения голландского инженера Р. Ван ден Хаака. Думается, что цифры и рассуждения, которые он приводит, дадут пищу для размышления нашим специалистам, которые почти столетний якорь Холла считают оптимальным и рекомендуют его в качестве рабочего якоря для земснарядов.

Какой же из современных якорей можно назвать оптимальным? На этот вопрос ответить трудно,

В наше время, несмотря на огромное число выданных патентов, количество конструкций становых якорей, встречающихся на крупных морских торговых судах и военных кораблях, где-то около 50. Одни хороши для одних грунтов, другие — для других. Все они прочны и надежны, но вот идеального якоря пока не выбрали или, может быть, еще не изобрели.

Если бы дно Мирового океана представляло собой однородный грунт, то проблема выбора оптимальной, конструкции станового якоря давным-давно была бы решена. Но торговые суда вынуждены становиться на якорь на самых различных грунтах: на жидком иле, где якорь буквально в нем «плывет», и на очень крупной гальке, на которой якорь «скачет». В первом случае надежнее держит якорь с длинными и широкими лапами, во втором — тяжелый, с короткими и острыми.

Будущим изобретателям якорей следует принимать в расчет, что почти вековой опыт применения на морских судах втяжных якорей показал: на «трудных» грунтах они не всегда обеспечивали надежную якорную стоянку. К этому добавим, что на земном шаре есть тысячи мест, где якорная стоянка опасна и затруднительна из-за плохих грунтов и тяжелых метеорологических условий.

На сегодняшний день еще полностью не решена проблема якорного устройства для легких, быстроходных судов. Достаточно сказать, что на этих судах масса только одних якорей и якорных цепей доходит почти до 5 % от водоизмещения, без учета массы клюзов, стопоров и цепных ящиков. Проектировщикам якорного устройства для современных судов приходится не только заботиться о его надежности при возможно меньшей массе, но и учитывать ряд нововведений в судостроении последних лет. Например, внедрение новых форм носового образования подводной части корпуса (бульб) требует выноса клюзовых труб в стороны или переноса их со скулы в корму. Немало хлопот вызывает и точное определение соответствия типа той или иной формы клюза-ниши.

С каждым годом к судостроителям предъявляют все больше требований эстетического характера. И в этом отношении заметим, что устаревшая громоздкая конструкция якоря (нередко ржавого) даже в нише не будет соответствовать великолепным стремительным обводам носовой части современного судна. Поэтому с уверенностью можно утверждать, что в этом деле есть смысл заниматься поисками новых решений и проектировать новые якоря. В этой области проектного судостроения для изобретателя все еще остается широкое поле деятельности.