Специальное — лучше универсального
Якоря для судов технического флота
Судами технического флота обычно называют дноуглубительные снаряды — землесосы, черпаковые, штанговые и грейферные земснаряды, скало-дробильные снаряды, плавучие краны, буровые плавучие установки, золотодобывающие драги, снаряды по добыче строительных нерудных материалов и прочие плавучие сооружения, выполняющие определенные работы на дне акваторий или на береговой полосе. Все эти суда, как правило, снабжены обычными втяжными становыми якорями соответствующей массы. Однако для выполнения своих задач им приходится пользоваться специальными якорями, которые называются рабочими якорями. Иногда таким судам приходится становиться на якорь при минимальном отрезке вытравленной цепи при условиях, когда направление тяги якорь-цепи беспрестанно меняется. В таких случаях нужны так называемые быстрозахватывающие якоря. Из десятков запатентованных якорей этого типа покажем три их конструкции, которые находят наибольшее применение.
Удачное решение конструкции быстрозахватывающего якоря нашел в 1911 г. шотландский инженер Штахельбергер (рис. 235). Три лапы, насаженные на один соединительный болт, вращаются независимо одна от другой. Их разворот ограничивается тем, что основание захватов на каждой из трех лап упирается в нижнюю часть рамы веретена. При работе на разнородных грунтах и грунтах, засоренных камнями, у этого якоря неоспоримое преимущество перед двулапыми якорями. Он хорошо держит и на гальке.
235. Якорь Штахельбергера
На рис. 236 показан якорь, запатентованный в 1933 г. шведским инженером Лундином, он быстро забирает грунт, но конструкция якоря очень сложна.
Более удачен быстрозахватывающий якорь, изображенный на рис. 237. Его запатентовал советский инженер Н. Васильянов в 1928 г. Веретено якоря — овальной формы, с вырезами для двух пар поворотных рогов, насаженных на шток.
Для облегчения подъема на якоре сделан рым для буйрепа.
На судах технического флота широкое применение находит однорогий адмиралтейский якорь (рис. 238). Им пользуются при лесосплавных работах на реках для крепления концов запани. Особенно широко он используется как рабочий якорь на дноуглубительных снарядах. Когда земснаряд прорывает траншею, он передвигается с помощью своих лебедок и двух завезенных в разные стороны однорогих якорей, которые иногда называют папильонажными. Это название происходит от французского слова papillon — бабочка. Когда земснаряд, прорывая траншеи, передвигается влево и вправо, то говорят, что он работает папильонажным способом, т. е. его движение похоже на полет бабочки.
236. Якорь Лундина
По мере передвижения земснаряда вперед якоря все время приходится перекладывать на новое место. Это делают с помощью самоходных судов—завозней. Иногда приходится рабочие якоря переносить вручную: мотозавозня из-за мелководья не может их доставить на нужное место или якоря необходимо заложить на сухих песках. Поэтому к папильонажным якорям предъявляют два немаловажных требования: легкость и высокая удельная держащая сила на сыпучих грунтах. Особенно это важно, когда земснаряду приходится работать на тяжелых грунтах или при большом слое срезки. В таких случаях держащую силу однородного «инвалида» пытаются увеличить за счет увеличения площади его лапы. Но те, кто переделывает якорь, иногда забывают, что величина площади лапы связана строгой зависимостью с углом атаки, углом отгиба рога и его длиной.
Нередко случалось, что наварят большую пластину и якорь вообще перестает держать — при увеличении усилия папильонажного троса вырывается из грунта. Насколько указанная зависимость важна и требует внимания, видно из истории с якорем Гошева.
Лабораторные сравнительные испытания, проведенные в 1958—1962 гг. Горьковским институтом инженеров водного транспорта, позволили отобрать четыре различных однорогих якоря, давших наилучшие результаты по величине держащей силы. Лучшим из них оказался якорь конструкции командира-наставника Северного бассейнового управления пути МРФ В. Гошева (рис. 239).
Горьковский институт внес в конструкцию этого якоря некоторые изменения. В результате родился якорь, названный якорем Гошева—ГИИВТа, держащая сила которого в два раза больше соответствующего адмиралтейского якоря с одним рогом (рис. 240).
237. Якорь Васильянова
Если у обычных якорей, применявшихся на земснарядах, угол отгиба рога составлял 35—45°, а угол атаки — 55° и выше, то у якоря Гошева — ГИИВТа эти величины составили 11 и 37°. К тому же у него площадь лапы на 20—25% больше соответствующей площади обычного якоря с одной лапой. Максимальное удельное усилие протаскивания нового якоря на песчаном грунте равнялось на испытаниях 12,3 кгс на 1 кгс веса якоря и на глинистом грунте — 10 кгс.
Изобретателя, видимо, не устраивали эти результаты, и он, продолжая свои опыты, изменил соотношения в геометрических размерах, форму рога и лапы своего якоря, которую усовершенствовал ГИИВТ.
Спроектированный ГИИВТом новый якорь Гошева массой 225 кг был изготовлен на заводе «Теплоход» (рис. 241) и испытан в июле 1965 г. на глинистом, песчаном и илистом грунтах Оки и Волги.
Устойчивое удельное усилие протаскивания нового якоря Гошева на глинистом грунте оказалось в 1,58, на песчаном в 2,01 и на илистом в 1,24 раза больше, чем у якоря Гошева—ГИИВТа массой 200 кг.
238. «Адмиралтейский инвалид»
240. Якорь Гошева—ГИИВТа
241. Третий якорь Гошева
239. Первый якорь Гошева
242. Якорь AM-12
По сравнению с обычным адмиралтейским однолапым якорем удельная держащая сила нового якоря Гошева увеличилась в 3,35 раза на глине, в 5,17 раза — на песке и в 1,21 раза — на илистом грунте.
По мнению специалистов, держащая сила якоря увеличилась за счет изменения соотношений размеров веретена и лапы, а главное, за счет изменения формы кривой образования лапы якоря.
Если у якоря Гошева—ГИИВТа угол атаки назначался только для носка лапы, то у нового якоря Гошева обеспечивалось вхождение в грунт всей лапы при одном и том же оптимальном угле атаки. При натяжении якорного троса выбранные углы способствуют лучшему и большему заглублению якоря в грунт до самого веретена без нарушения целостности грунта в месте входа якоря в него.
Большое внимание усовершенствованию однорогого адмиралтейского якоря уделяется и за рубежом. Англичане, например, бились над «однорогими инвалидами» не один год, тщетно пытаясь повысить их держащую силу за счет простого увеличения площади лапы. После окончания второй мировой войны за это дело взялся известный в Англии адмирал X. Доув. В 1950 г. он прочитал на заседании Королевского Общества Кораблестроителей доклад «Исследования на моделях якорей». Говоря о принципах расчетов однорогих адмиралтейских якорей, он сделал четыре вывода.
243. Якорь Брюса
1) держащая сила якоря во многом зависит от расстояния от внутренней кромки лапы до грани веретена;
2) сторона веретена, обращенная к лапе, должна быть утонченной для более легкого вхождения в грунт;
3) поперечное сечение лапы должно быть минимальным, насколько это позволяет прочность конструкции якоря;
4) угол наклона плоскости лапы должен быть оптимальным.
В результате дальнейших экспериментов, проведенных Британским Адмиралтейством, родились три однорогих якоря АМ-7, AM-11 и AM-12 (буква «А» обозначала слово «Адмиралтейство», а «М» — «mooring» мертвый). После сравнительных натурных испытаний тип якорей массой почти по 2 т AM-12 показал держащую силу на 25% выше двух других. Этот якорь массой 2,13 т показал усилие, равное 25 тс, по мнению англичан, в семь раз больше, чем у обычного однорогого адмиралтейского якоря. С тех пор АМ-12 учрежден в Англии как государственный стандарт (рис. 242).
244. Разборный однолапый якорь Белова
Среди конструкций адмиралтейских однорогих якорей, пожалуй, самой оригинальной является конструкция якоря шотландской фирмы «Брюс энкор лтд.» (рис. 243). Форма лапы этого бесштокового якоря повышенной держащей силы обеспечивает зарывание его в грунт даже в случае, если якорь упадет на дно боком.
Эксплуатируемые в настоящее время в нашей стране дноуглубительные несамоходные снаряды оборудованы тяжелыми однорогими якорями. Хотя проведенные Горьковским институтом инженеров водного транспорта исследования привели к появлению более совершенных якорей, экипажам земснарядов все равно приходится работать с тяжелыми якорями.
Как уже говорилось, на малых реках и каналах папильонажные якоря нередко приходится переносить на руках. Иногда их необходимо закладывать на сухих песках на берегу или в тех местах, где гарантийная глубина меньше метра и мотозавозня пройти не может.
245. Якорь Горбунова для малых судов (масса 5 кг)
В таких случаях «адмиралтейского инвалида» в 250—300 кг переносят вручную, шагая по колено в воде.
Это и заставило командира земснаряда Северного бассейнового управления пути МРФ Г. Белова заняться разработкой разборного однорогого рабочего якоря. В 1974 г. он предложил сварную конструкцию якоря, который легко разбирается на три части, что значительно облегчает труд в случае необходимости его переноски к месту закладки вручную (рис. 244).
Как показали испытания, прочность якоря Белова не уменьшилась по сравнению с якорем Гошева.
Та же причина побудила в начале 1961 г. Д. Горбунова, в то время командира-наставника технического флота Управления канала имени Москвы, заняться разработкой легкоразборного рабочего якоря для земснаряда. Упорный, кропотливый труд этого инженера, бесчисленное множество опытов на моделях привели к успеху. В сентябре 1961 г. Д. Горбунов подал заявку на разработанную им конструкцию однолапого сварного якоря (рис. 245).
Якорь Горбунова состоит из плоской лапы с двумя вертикальными щеками по бокам, которые в широкой части соединены двумя пластинками. Придавая жесткость всей конструкции, эти пластинки служат захватами. Вертикальные щеки способствуют стабилизации лапы в горизонтальной плоскости на грунте. Роль веретена выполняет рама. Лапа соединена с рамой штоком, одновременно играющим роль монтажного стержня. С внешней стороны вертикальных щек приварены четыре упора, ограничивающие угол поворота лапы. Чтобы сделать якорь разборным (лапа, рама и шток), изобретатель пропустил шток через соединительную трубу, вваренную между щеками, и закрепил его болтом с гайкой. К рыму на этом болте можно крепить буйреп. Отданный с мотозавозни, якорь падает на грунт одной из сторон: шток не дает ему упасть на щеку. При натяжении троса нижний захват начинает забирать грунт, разворачивая лапу якоря вниз. Якорь немного протаскивается, и острый носок врезается в грунт. Лапа разворачивается до тех пор, пока веретено-рама не упрется в верхние ограничители, образовав угол с осью лапы в 21°.
Какова же была держащая сила якоря Горбунова?
Автору книги довелось быть в составе комиссии по испытанию нового якоря массой 5 кг. Испытания проводились осенью 1962 г. на Гребневских Песках на реке Оке в Горьком. Якорь Горбунова сравнивался с однорогим якорем Гошева — ГИИВТа в 6,15 кг.
Пятикилограммовый якорь Горбунова выдержал нагрузку в 874 кгс. Во время очередного протаскивания, когда стрелка динамометра дошла до отметки 117 кгс, якорь Гошева — ГИИВТа переломился в роге.
В 1962—1966 гг. автор конструкции разработал рабочие чертежи своего якоря в весовых категориях 50 и 100 кг. Конструкция якоря заинтересовала не только владельцев малых судов, но и строительные организации, в частности Всесоюзный научно-исследовательский институт землеройного машиностроения, который в это время работал над проектом крупного землесоса для строительства Каракумского канала. Проект предусматривал оснащение землесоса стрелами для перекладки папильонажных якорей. Применение таких стрел позволяет в стесненных условиях канала обходиться без мотозавозни и не затаскивать якоря вручную на откосы канала. Вот тут-то проектировщики и поняли преимущество якоря Горбунова. Ведь прочность и масса проектируемых стрел целиком зависят от массы применяемых якорей, и если оснастить землесос традиционными однолапыми якорями, то грузоподъемность стрел необходимо увеличить в 3—4 раза. Изготовили якорь Горбунова массой 220 кг. На рыхлом песке его держащая сила составила 8,5 тс, а на суглинке — более 10 тс. При изменении угла тяги в горизонтальной плоскости на 30° якорь, не выходя из грунта, поворачивался в сторону тяги, сохраняя устойчивую держащую силу.
Изобретатель не остановился на достигнутых успехах: он усовершенствовал конструкцию своего якоря, создав его модификацию в 640 кг (рис. 246). Принцип конструкции остался тот же, в ней были добавлены по два ребра жесткости с каждой стороны лапы и по два захвата в виде зубцов на соединительных планках. В 1976 г. новый якорь был испытан на Волге под Ярославлем в сравнении с однорогими адмиралтейскими якорями, якорем Дэнфорта и Матросова. Испытания показали, что держащая сила якоря Горбунова массой 640 кг на песке средней плотности составила 15,6 кгс на 1 кгс веса.
Бурное развитие и совершенствование за последние годы средств дноуглубления, добычи со дна моря и рек строительных нерудных материалов, подводного бурения скважин для добычи нефти и газа в открытом море — все это повлекло за собой требование обеспечить тяговые усилия для закрепления на воде технических средств в 100—300 тс. Чтобы обеспечить новым сверхмощным судам технического флота надежный упор на плаву при таких усилиях тяги, потребовались и соответствующие якоря.
246. Якорь Горбунова для земснарядов
По таким техническим причинам, как влияние масштабного эффекта, недопустимое увеличение массы и прочность конструкции, известные, применявшиеся ранее якоря не могли быть использованы в соответствующих весовых модификациях: нужны были принципиально новые конструкции рабочих якорей. Лучшие из них созданы в Нидерландах —в стране, благосостояние населения которой во многом зависит от успехов гидротехники и совершенства технического флота. Ведь не зря голландцы в шутку говорят: «Бог создал землю для всех стран, кроме Голландии, которая до сих пор отвоевывает ее у моря».
Расскажем о самых последних достижениях специалистов этой страны в области создания новых конструкций якорей с повышенной держащей силой.
В конце 60-х гг. в Нидерландах появилась оригинальная конструкция якоря, запатентованная Нидерландским технологическим институтом минералогии под названием «якорь-стол» (рис. 247). Он рассчитан для использования в качестве рабочего якоря на мощных землесосах с разрыхлительным устройством, оснащенных стрелами для перекладки папильонажных якорей.
247. Якорь-стол
Якорь-стол представляет собой стальную плиту, имеющую форму равностороннего треугольника, опирающегося на две «ноги» с клинообразными острыми «башмаками». В остром углу плиты, с ее нижней стороны сделан обух, к которому прикреплена скоба якоря. По верху плиты проходит V-образная наделка, концы которой, загибаясь вниз под прямым углом, образуют «ноги» якоря-стола. На этой наделке сделано три уха для крепления троса, которым якорь выдергивается из грунта.
Стрела земснаряда опускает якорь-стол на грунт, где он опирается на обух скобы и два башмака. При тяге якорного каната острые башмаки забирают грунт, «ноги» якоря заглубляются в него до упора нижней стороны плиты. Опыты, проведенные на модели, показали, что такой якорь массой 1,34 кг на плотном песке имеет держащую силу 25 кгс. Усилие, приложенное в трех точках на верхней стороне плиты для выламывания якоря из грунта, составило 0,11 кгс на 1 кгс веса. Однако несмотря на хорошие показатели, широкого практического применения якорь-стол не получил.
Значительным событием в истории создания якорей явилось изобретение голландского инженера Стэвина (рис. 248). Отличная держащая сила его якоря и возможность применения на разных грунтах привлекли к изобретению пристальное внимание специалистов всего мира. От прочих конструкций якорей специального назначения якорь Стэвина отличается большой площадью, одной, разрезанной почти пополам в середине пустотелой и гладкой лапы, план которой — почти равносторонний треугольник со срезанной вершиной. С каждого края лапы у нижнего конца предельно короткого веретена сделано по дополнительной пластине в виде шестигранника, поставленной под определенным углом к поверхности лапы. Они обеспечивают разворот лапы и вход ее в грунт. С каждого внешнего края лапы выступают штоки-стабилизаторы, которые под углом 5—7° наклонены вниз. Их назначение — не дать якорю завалиться на бок. Конструкция рассчитана так, что 25% общей массы якоря приходится на конец лапы. Однако за счет удлинения штоков-стабилизаторов на концах лапы можно сосредоточить до 42% массы якоря. Это рекомендуется делать при использовании якоря на твердых грунтах, когда центр тяжести якоря следует сдвинуть вперед (по ходу тяги) и разместить его перед геометрическим центром площади лап.
249. Якорь «Дельта-Би»
248. Якорь Стэвина
250. Якорь «Дельта» с двойным веретеном
Стэвин поставил перед собой задачу создать якорь, который бы мог с одинаковым успехом быть использован на песке, иле, глине, торфе и гравии. Судя по сообщениям зарубежной печати, это ему удалось. Первые серьезные испытания, которые предстояло пройти новому якорю, состоялись в начале 1973 г. Управление морских перевозок и водных путей Нидерландов совместно с четырьмя фирмами — производителями дноуглубительных и выправительных работ проводили испытания якоря Стэвина в сравнении с якорями Дэнфорта и якоря типа LWT. Эксперимент осуществили на мелкопесчаном грунте на приливо-отливной акватории на глубине 4 м при тяге троса под углом 4,5°. Каждый из трех якорей весил тонну. Длина протаскивания по грунту всех трех якорей до момента их заглубления составила 11 м. Якорь Дэнфорта показал держащую силу в 14,7, якорь LWT — 15,2, Стэвина — 33,4 тс.
Позже тот же образец однотонного якоря Стэвина испытывался на одном из притоков Шельды на очень мягком грунте.
251. Конструкция якоря «Дельта» работает в грунте в двух плоскостях
252. Якорь типа «Флиппер-Дельта»
После первого протаскивания в 6 м якорь показал держащую силу 19 тс. Во второй раз он прошел 3,5 м, забрал и показал ту же величину. После этого якорь Стэвина вместе с другими испытывали на торфяном грунте. Ни один из обычных втяжных якорей с двумя рабочими лапами грунт не забрал, якорь Стэвина — тоже. После того как удлинили его штоки-стабилизаторы и этим самым переместили центр тяжести, якорь вошел в грунт и показал держащую силу в 14 тс. Из торфа его выломали сравнительно легко: краном при усилии в 2,5 тс.
Последующие испытания якорей Стэвина на Шельде, Эльбе и Роне показали, что они сравнительно быстро забирают и обладают отличной держащей силой на разных грунтах. Дальнейшее практическое использование этих якорей подтвердило, что на плотном песке они держат с усилием в 34, на иле — 19, на торфе — 13, на гравии — 21 и на глине — 25 кгс на 1 кгс веса якоря.
В 1973 г. якорь Стэвина был признан и рекомендован к широкому использованию Британским Регистром Ллойда, Бюро Веритас, Норвежским Бюро Веритас, Американским Бюро Судоходства и другими классификационными обществами. Одна из модификаций якоря экспонировалась на международной выставке «Юропорт-74».
253. Этот якорь похож на сверхзвуковой лайнер типа «Конкорд»
В настоящее время якоря Стэвина выпускаются многими фирмами в весовых категориях 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20 и 25 т. Размеры самого легкого и самого тяжелого якорей этой конструкции следующие: расстояние от нижней кромки лапы до оси болта веретена соответственно — 222 и 625 см; ширина лапы по нижней кромке — 199 и 542 см; расстояние между концами штоков-стабилизаторов — 283 и 771 см. Конечно, размеры 25-тонного якоря огромны, но они оправдываются величиной держащей силы, которую он обеспечивает.
Примерно в то же время, что и якорь Стэвина, широкое распространение в Нидерландах получил однолапый бесштоковый якорь типа «Дельта» (рис. 249). У него плоские веретено и треугольная лапа с концевыми стабилизаторами, приваренная под острым углом
к скошенной кромке конца веретена. Опыты показали, что якорь «Дельта» быстро забирает грунт, глубоко зарывается, при увеличении тяги на тросе не имеет тенденции к выходу из грунта и на песке и глине его держащая сила превышает 20 весов. «Дельта» выпускается в весовых модификациях от 120 до 13 500 кг. По данным фирмы, выпускающей эти якоря, максимальная удерживающая способность «Дельты» массой 120 кг составляет 3—4 тс, 700 кг — 12—14 тс, 1000 кг — 18—20 тс, 4000 кг — 60—70 тс, 13 500 кг—150—200 тс.
Позже инженеры фирмы «Дельта Анкорс» разработали модификацию этого якоря с двойным веретеном (рис. 250). Опыты показали, что держащая сила нового якоря превышает 30 весов на 1 кгс его веса. В отличие от первого якоря типа «Дельта-Би» в новой конструкции значительно увеличена площадь лапы и сделано два плоских веретена, которые при заглублении якоря работают в грунте в двух плоскостях, увеличивая его держащую силу более чем на 40% (рис. 251). Лапа нового якоря приварена к двум концам обоих веретен под углом 32°, а у якорей, предназначенных для работы на очень мягких грунтах (жидкий ил), — под углом 48°.
254. Когда нет якоря...
Конструкция якорей типа «Дельта», выполненная из стальных листов, мало весит и довольно проста в технологическом отношении, что значительно снижает ее себестоимость.
Интересна конструкция якоря, изобретенного в 1975 г. голландским инженером Петером Клареном (рис. 252). Это так называемый «Флиппер-Дельта». Его держащая сила увеличена за счет двух дополнительных плоскостей, служащих одновременно для первоначального разворота основных лап. Сейчас такие якоря выпускаются в Нидерландах для нужд технического флота в весовых категориях от 75 до 27 250 кг. «Флиппер-Дельта» быстро забирает грунт, и его держащая сила, как показала практика, составляет на различных грунтах от 15 до 25 весов. Конструкция этого якоря оказалась столь удачной, что фирма, которая начала в Нидерландах его производство, в первый год продала таких якорей общей массой полмиллиона тонн. Гигантский по размерам «Флиппер-Дельта» был поставлен на самый большой в мире плавкран «Один» и несколько якорей по 13,5 т — на океанские буксиры-спасатели «Си Лайон», «Блю Вейл» и «Неддрил». Многие фирмы, занимающиеся бурением подводных нефтяных скважин и дноуглубительными работами, дали очень хорошие отзывы о новом якоре.
Одна из последних новинок голландских специалистов в области проектирования рабочих якорей для земснарядов, плавучих буровых установок и спасательных судов — якорь, показанный на рис. 253. Это якорь фирмы «Врихор анкерс». Он может забирать только одной стороной. В отличие от якоря Стэвина, лапа его не разрезана. При тяге троса дополнительная лапа заставляет основную лапу войти в грунт. Фирма, выпускающая этот похожий на «летающее крыло» якорь массой от 3 до 60 т заявила, что его удерживающая способность в 50 раз больше его веса.
Выше мы упоминали, что при дноуглубительных работах для создания упора рабочие якоря земснаряда иногда приходится закладывать на берегу. Но как быть, если якорь невозможно переправить на берег или его держащей силы недостаточно? На рис. 254 показано пять способов, которые в таком случае можно применить. Эти рисунки взяты из учебника английского капитана X. Р. Купера «Практика дноуглубления».
На «мертвом якоре»
Плавучие маяки, знаки навигационного ограждения, понтоны, плавучие трубопроводы, рейдовые якорные бочки и многие другие плавучие сооружения тоже не могут обойтись без якорей. Для них, нуждающихся в надежной якорной стоянке в течение длительного периода, разработаны так называемые мертвые якоря.
Их разделяют на два типа: направленного действия, когда якорь может держать в пределах заданного в плане угла, и кругового действия, когда якорь держит под любым углом в плане. Обычно такие якоря укладывают или врывают в грунт с помощью киллекторных судов или плавучих кранов.
Издавна в качестве мертвых якорей использовали каменные глыбы, деревянные, а иногда и железные клетки, наполненные каменным или чугунным балластом.
На мягких илистых или мелкопесчаных грунтах хорошо работают железобетонные массивы в виде четырехгранной или многогранной пирамиды (см. рис. 255), так называемые «лягушки» (рис. 256), сегменты (рис. 257). «Лягушки» и сегменты держат не только за счет своего большого веса, но и за счет присасывания, которое возникает благодаря полукруглой выемке в их нижней части.
К числу мертвых якорей направленного действия (рис. 258) следует отнести железобетонный якорь, предложенный в 1961 г. советскими инженерами Р. Г. Мелешковым и Г. М. Ершом. Он выполнен в виде трапеции со сквозным проемом и имеет два ребра, которые оказывают сопротивление силе, вырывающей якорь из грунта. Сосредоточение основной массы якоря в его хвостовой части увеличивает устойчивость якоря против опрокидывания (рис. 259).
Обычно массу мертвых якорей выбирают в зависимости от размеров плавучего сооружения, которое они предназначены удерживать на водной поверхности. Однако у гидрографов и путейцев-водников не всегда под рукой есть твердые нормативы на типы и массу мертвых якорей. Поэтому мертвые якоря из чугуна или железобетона нередко излишне тяжелы. Например, при проектировании судоходной обстановки на Камском водохранилище для установки малых речных буев был рекомендован чугунный сегментный якорь в 250—300 кг. Опыт эксплуатации Камского водохранилища показал, что для установки указанных буев требовался якорь не более 100 кг.
255. «Пирамида»
256. «Лягушка»
257. Сегмент
259. Мертвый якорь Мелешкова и Ерша
260. Железобетонный сегмент Камского водохранилища
258. Мертвый якорь направленного действия
261. Сегмент Саханского
Речники на этом водохранилище крепили средние морские буи высотой 3,15 м не чугунными однотонными якорями, а сегментными якорями из железобетона, которые весили 300 кг. На их изготовление шел цемент марки «500». Состав цементного раствора — 1:3, инертный материал — речной песок. На рис. 260 показан тип железобетонного якоря самой облегченной конструкции, которую применили на Камском водохранилище. Для армирования бетона использовалось круглое железо диаметром 14 мм.
Рамы изготавливали из круглого железа диаметром 16 мм.
Камские сегменты выдержали проверку временем: оказалось, что по прочности они не уступают чугунным якорям, хотя более чем на треть дешевле последних.
А вот как усовершенствовал сегментный чугунный якорь еще в 1907 г. русский гидротехник Н. Саханский (рис. 261).
262. Мертвые якоря с усиленной лапой: английский, французский (середина XIX в.) и голландский (XX в.)
Приварив к краям сегмента широкий обруч, он намного увеличил присасывающую поверхность якоря и повысил его держащую силу. Если в те времена в России изготовление «лягушки» в 150 пудов обходилось в 300 рублей, то стоимость якоря Саханского такой же держащей силы составляла 70 рублей. К сожалению, в наше время якорь Саханского позабыт.
Наиболее распространенный мертвый якорь — обычный адмиралтейский якорь со срезанным по веретено одним рогом.
Существуют мертвые якоря с усиленным рогом или увеличенной по площади лапой. Конструкции таких якорей показаны на рис. 262, 263.
На рис. 264 изображен якорь с двумя лапами, работающими в одной плоскости.
В местах, где есть течение и меняется уровень воды, используют железобетонный якорь направленного действия, изображенный на рис. 265. Чтобы он не выламывался из грунта при повышении уровня воды во время прилива, его веретено сделано подвижным.
263. Мертвый якорь с усиленной лапой (ФРГ)
264. Мертвый якорь с двумя усиленными лапами (Нидерланды)
265. Мертвый якорь с подвижным веретеном (две модификации)
266. Такие грибовидные якоря обычно используют как мертвые
267. Грибовидный якорь плавучего маяка
268. Мертвый якорь типа «воздушный змей»
269. Мертвый якорь Всренкампа
Очень часто в качестве мертвого якоря применяют грибовидные якоря, о которых рассказывалось ранее. Для их установки обычно размывают грунт на несколько метров. Уложенный таким образом якорь-гриб становится якорем кругового действия с хорошей держащей силой (рис. 266). Грибовидные якоря для плавучих маяков отличаются зубцами на краях «шляпы» (рис. 267).
Для установки понтонов бурильных снарядов и плавучих нефтяных вышек на неустойчивых илистых грунтах неплохо зарекомендовали себя мертвые якоря, показанные на рис. 268, 269, 270. Первый известен под названием «воздушный змей», по величине держащей силы ему нет равных. Второй запатентован в 1954 г. американским инженером Воренкампом, а третий — чуть позже американцем Бауманом. Эти якоря получили распространение в США при бурении нефтяных скважин на дне Мексиканского залива близ побережья штатов Техас и Луизиана. Они просты, прочны и обладают колоссальной держащей силой. Например, якорь Воренкампа массой 250 кг выдерживает тяговое усилие 70 тс.
270. Мертвый якорь Баумана
При этом он зарывается в ил на 15 м. Однако без буйрепа его вытащить невозможно. Размывание же грунта для его подъема дороже самого якоря. Поэтому, когда бурильный снаряд ставят на новую скважину, такие якоря оставляют в грунте.
Ни один из изобретенных в мире якорей не принес столь большого материального вознаграждения автору, как якорь-винт, запатентованный английским гидротехником Митчеллом в 1848 г. За несколько недель до истечения срока действия патента управление порта Ныокаслапон-Тайн заплатило Митчеллу 2500 фунтов стерлингов за право воспользоваться его изобретением. По тому времени эта сумма — целое состояние.
Незадолго перед этим Митчелл выступил с докладом об изобретенном им винтовом якоре на заседании Общества гражданских инженеров в Лондоне. Он заявил, что если его якорь ввинтить с помощью рычага в грунт на несколько футов и попытаться вырвать его, то придется приложить силу, которая будет способна вытащить массу грунта, составляющую обращенный конус, с диаметром основания, равным диаметру винта. Продемонстрировав принцип устройства и действия винтового якоря на моделях (рис. 271), изобретатель доказал, что его якорю-винту по величине держащей силы нет равных. Присутствовавшим на заседании Общества это стало очевидным, ибо все понимали: в условиях рейдовых стоянок кораблей на бочке сила, вырывающая мертвый якорь из грунта, никогда не действует вертикально, и угол приложения этой силы и дуга, образуемая цепью от бочки (бриделем), значительно уменьшают усилие на якорь-винт.
Митчелл предлагал использовать разработанные им на базе винтового якоря якорь-сваи и винтовые якорные фундаменты для строительства маяков на зыбучих песчаных отмелях, которыми изобилует побережье Англии.
Купив у Митчелла патент, управление порта Ныокасл-апон-Тайн соорудило с помощью винтовых якорей диаметром четыре фута систему якорных бочек для приема приходящих на рейд судов. По расчету каждый якорь Митчелла должен был удерживать одну бочку, за которую могли швартоваться одновременно четыре судна.
271. Типы винтовых якорей
Винтовые якоря вполне себя оправдали. В зиму, когда постройка системы рейдовых бочек завершилась, над Ньюкаслом промчался сильный ураган. И на каждой бочке благополучно отстоялось по восемь судов. Застигнутые этим же ураганом другие корабли нашли убежище в порту Сандерленд, где якорные бочки удерживались бетонными массивами. Эти мертвые якоря не смогли противостоять силе стихии: на берег выбросило около десяти судов. Принесенный ущерб оценивался в 30 тысяч фунтов стерлингов. Управление порта Ньюкасл-апон-Тайн с удовлетворением констатировало, что оно отделалось сравнительно небольшой суммой. После этого Митчелл предложил построить на винтовых сваях маяк на песчаной банке Маплин-Сандз в устье Темзы. В песок ввинтили девять свай с диаметром винта четыре фута на глубину 22 фута. Сооруженный на них маяк простоял более тридцати лет.
Таким же образом построили маяк на реке Вайр при входе в порт Флитвуд. В песчаную косу в двух милях от берега ввинтили семь свай с винтами диаметром три фута на глубину 18 футов.
272. Винтовой якорь Шимакского
Винтовой якорь Митчелла дал возможность английскому маячному и лоцмейстерскому обществу «Тринити Хауз» («Дом Троицы») дешево и надежно строить маяки в тех местах, где до этого обходились временными плавучими сооружениями, которые нередко срывали штормы.
Англичане утверждают: некоторые маяки на сваях Митчелла стоят до сих пор!
В 1947 г. советский академик Ю. А. Шиманский увеличил держащую силу винтового якоря, снабдив его щитками, шарнирно смонтированными на его верхней части. При ввинчивании якоря в грунт щитки занимают вертикальное положение, а при действии на якорь вырывающей силы откидываются в стороны, оказывая дополнительное сопротивление. Для более надежного откидывания их в горизонтальное положение верхние края щитков слегка отогнуты наружу (рис. 272).
Якорь Митчелла находит применение и в наши дни, на море и на суше. Его используют в строительстве для временного закрепления и монтажа подъемных мачт, колонн, опор и пр. На принципе винтового якоря разработаны временные безбетонные фундаменты и переносные фундаменты, на которых монтируется шарнирно-поворотное устройство. Это устройство, вращаясь по горизонтали и вертикали, позволяет прикладывать нагрузки в любых направлениях от 0 до 360° по горизонтали и от 0 до 90° по вертикали.
Сейчас для увеличения держащей силы винтового якоря и его устойчивости применяют шарнирно-опорное устройство. Оно крепится к скобе стержня якоря и состоит из плечевого рычага и опорной подушки, которые соединены шарнирно. Горизонтальная составляющая усилия, приложенного к якорю, воспринимается подушкой шарнирно-опорного устройства, а вертикальная составляющая направлена по оси стержня вверх (рис. 273).
Все конструкции якорных фундаментов могут использоваться пятьдесят раз и более. Стоимость их при многократной оборачиваемости в двести раз дешевле, чем обычных мертвых якорей и бетонных фундаментов.
Держащая сила винтовых якорей огромна. Обычно под полуметровым слоем грунт не нарушен, и чем он глубже, тем он плотнее. В плотных глинистых грунтах сцепление между частицами ненарушенного грунта достигает 3—6 кгс/см2, или 30—60 тс/м2.
273. Якорные фундаменты
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 Q 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 HHP 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 ООО 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, длина — 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 ООО 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°С. 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 якорях, 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.
Якоря необычные
В морской практике иногда возникают ситуации, когда нельзя применять становые якоря. Например, при плавании во льдах якорь не опускают на дно, его только можно заложить в вырубленную во льду лунку. Но масса даже вспомогательного якоря-верпа или стоп-анкера на большом судне велика. Поэтому используют специальные ледовые якоря (рис. 274). Их переносят вручную или тащат на салазках. Ледовые якоря состоят обычно из одной лапы в виде куска профильной стали, загнутого крюком. С помощью этих якорей и буксирных лебедок или шпилей иногда стаскивают застрявшее во льду судно. Основные требования, предъявляемые к ледовым якорям, — прочность и легкость.
Не раз выручал из беды моряков так называемый плавучий якорь. Когда небольшое судно попадает в шторм и ему грозит опасность быть развернутым лагом к волне, делают все возможное, чтобы удержать его носом навстречу ветру. Если это сделать не удается из-за поломки двигателя и нет штормовых кормовых парусов или сила урагана не позволяет их поставить, с носа судна за борт отдают плавучий якорь. Встречая в воде значительное сопротивление, он удерживает судно носом к ветру и волнению, этим самым устраняя опасность опрокидывания, и если судно штормует вблизи подветренного берега, намного уменьшает его дрейф в сторону опасности.
Небольшие промысловые суда, яхты и катера, которым приходится выходить в открытое море, как правило, снабжены плавучим якорем. Наиболее распространенная конструкция такого плавучего якоря представляет собой парусиновый конус, в основание которого вшит металлический обруч или крестообразная распорка. К обручу прикреплены три или четыре оттяжки, сходящиеся своими концами у кольца, в которое ввязан надежный трос, называемый дректовом. Кроме этого основного конца, с судна к плавучему якорю идет тонкий вытяжной линь, который крепится к вершине конуса якоря. Его назначение — облегчить выбирание плавучего якоря на судно.
На больших судах, как правило, плавучих якорей нет. В случае необходимости их изготовляют судовыми средствами из бревен, парусины и троса (или цепей). Существует множество конструкций плавучих якорей. Наиболее распространенные из них показаны на рис. 275 и 276. Самой совершенной является конструкция, разработанная в 1969 г. советским инженером В. И. Доброжаном (рис. 277). Корпус его плавучего якоря 1 выполнен в виде удлиненного параболлоида с симметрично расположенными на его внутренней поверхности секторовидными карманами 2 с отверстиями 3, также симметричными относительно оси каждого кармана. (Другие детали конструкции: 4 — внутренний обруч; 5 — стропы; 6 — буксирный канат; 7 — оттяжка.) Такое устройство увеличивает держащую силу плавучего якоря в воде.
274. Ледовый якорь
276. Плавучие якоря типов «пирамида» и «щит»
275. Плавучий якорь типа «конус»
Когда-то на флоте бытовала такая шутка над молодыми матросами-новобранцами: «Эй, вахтенный! Ты чего зеваешь? Смотри, у тебя якорь всплыл!» Стоящий на якорной вахте иной новобранец под общий хохот матросов бежал на бак посмотреть на всплывший якорь... Но тем не менее в калейдоскопе тысяч конструкций якорей есть такой, буквально всплывающий якорь (рис. 278). Его придумали в нашей стране во время Великой Отечественной войны для проведения аварийно-спасательных работ по снятию севших на мель судов. Эта оригинальная идея «всплывающего якоря» позволила избежать опасного и тяжелого труда по завозке на шлюпках больших якорей — дела, требующего огромного опыта и сноровки, которое не всегда удавалось осуществить из-за состояния моря. Конструкция якоря железобетонная пустотелая. В веретене сделаны два завинчивающихся отверстия. Когда они закрыты, якорь может плавать. После того как шлюпка отбуксировала его на место закладки, пробки вывинчивают. Заполненный водой якорь погружается на грунт лапой вниз. Шток не дает ему опрокинуться на бок. По окончании операции водолаз подсоединяет к нижнему отверстию шланг воздушного компрессора. Затем изменением направления тяги рог якоря выламывают из грунта и начинают нагнетать воздух. Якорь всплывает, шланг отсоединяют и оба отверстия завинчивают пробками. Якорь снова готов к буксировке.
277. Плавучий якорь Доброжана
Для стоянки под водой и для движения над морским дном глубоководных технических средств обычные становые якоря надводных судов совершенно не пригодны.
Если назначение обычного якоря — удерживать плавающее судно от перемещений только в горизонтальной плоскости, то подводный якорь, помимо этого, должен удерживать судно и от вертикальных перемещений.
При исследовании океанских глубин подводному техническому средству должна быть придана необходимая отрицательная плавучесть Р, при этом P < G, где G — вес (сила тяжести) якоря в воде. Для удержания судна на месте под водой якорь должен быть положен на дно. При этом удерживающая способность будет равна Q = G—Р и направлена вдоль якорного каната. Подводное техническое средство окажется в положении, когда его якорь будет на панере, т. е. якорь лежит на грунте, а якорный канат натянут вертикально усилием, равным удерживающей способности якоря, если не будут иметь место возмущающие силы Т, действующие в горизонтальной плоскости (подводные течения, упор движителей). Конструкция подводных якорей довольно проста. По форме она может быть цилиндром, усеченным конусом, шаром и т. д.
278. «Всплывающий якорь»
На батискафах «FNRS-III», «Trieste» и «Archimedes» вместо подводных якорей на стальных тросах использовали плавную покладку якорь-цепи на грунт, давая тем самым переменное значение силы Q, которое может быть неизвестно при приближении к грунту. По мере покладки цепи на грунт значение Q увеличивается, так как G уменьшается, а Р увеличивается. При этом, если Р = G, то подводное техническое средство автоматически зависнет над грунтом, встав на этот своеобразный подводный якорь. Дирижаблям, которыми увлекалось человечество в 20-е и 30-е гг. нашего столетия, тоже были необходимы якоря для удерживания их во время стоянки над землей и для торможения при посадке. Роль якорей выполняли гайдропные устройства. Оказывается, в них был также элемент якоря, причем классического адмиралтейского. На рис. 279 показано такое устройство для дирижабля, известное под названием якоря Ренарда.
Одно из самых последних достижений в области якорного устройства — изобретение ракетных якорей. Их появление в 60-х гг. вызвано необходимостью обеспечить супертанкеры надежным средством остановки в случае выхода из строя главного двигателя вблизи берега.
279. Якорь Ренарда
Катастрофа с панамским танкером «Торри Каньон» 18 марта 1967 г. на скалах Семь Камней наглядно показала, какую угрозу представляют наливные суда грузоподъемностью 200—300 тыс. т. Эта и другие катастрофы с супертанкерами заставили кораблестроителей начать поиски новых принципов действия якоря на грунте в целях увеличения его держащей силы. В наше время существуют исполинские нефтевозы грузоподъемностью полмиллиона тонн, длиной более 400 м, шириной 60 м, с осадкой около 30 м. Они снабжены двумя становыми якорями массой почти по 30 т каждый. Но по расчетам даже гигантский якорь обычного типа в 100 т не может при сильном ветре удержать такое судно на месте.
Первые эксперименты в этом направлении, проведенные в начале 60-х годов Корпусом военных инженеров США, оказались успешными. Опытный образец реактивного якоря массой 102 кг на испытаниях показал держащую силу, превышавшую .22 тс. Вставленная в корпус якоря ракета начинала действовать, когда он достигал грунта.
Под действием этой реактивной силы якорь заглублялся в твердый грунт на 10 м. Второй образец ракетного якоря массой 6,8 т показал на твердом грунте удерживающую способность в 135 тс, т. е. такую же, что и обычный якорь массой 19 т. Оба реактивных якоря рассчитаны на разовое действие: выдернуть их из грунта практически невозможно. Нажатием кнопки подрывается патрон, разобщающий якорь и якорь-цепь.
В 1965 г. инженерные научно-исследовательские лаборатории армии США разработали экспериментальную конструкцию реактивного якоря массой около 2 т, который должен был заменить обычный становой якорь судна в 25 т. Ракета-якорь представляла собой стальную отливку длиной 1,8 и шириной 1,2 м. При ее установке в месте якорной стоянки, в момент падения на грунт взрыватель ударного типа подрывал заряд ракетного топлива в 6 кг и силой взрыва ракета-якорь вгонялась в песчаный грунт на глубину 10,5 м, а в жесткий грунт из коралловых отложений — на 6 м. Удерживающая способность такого якоря при этом составляла 14 ООО тс.
280. Якорь Бауэра
В 1970 г. в США инженер Бернал Бауэр получил патент на «реактивный якорь» другого типа (рис. 280). Вот его принцип действия: 1 — якорь на тросе опускается на морское дно; 2 — головная часть якоря ударяется о грунт, при этом в корпусе якоря разбивается стеклянный контейнер с песком, покрытым металлическим натрием. Через отверстия в контейнер поступает морская вода. Температура и давление экзометрической химической реакции металлического натрия с водой создают взрывной эффект; 3 — корпус якоря отделяется от взрывающего устройства, и он начинает заглубляться в грунт; 4 — идет фаза инерциального и реактивного проникновения; 5 — корпус якоря занимает горизонтальное положение; 6 — положение якоря в грунте после натяжения якорного каната.
Помимо реактивных якорей, за последние 10—15 лет создано немало экспериментальных конструкций якорей, работающих по принципу присоса к грунту и обладающих при сравнительно небольшой массе огромной держащей силой. В отличие от якорей-снарядов они рассчитаны на использование на мягких грунтах. Такой якорь состоит из пустотелого цилиндра, нижний конец которого открыт и имеет заостренные кромки, а к верхнему подведен трубопровод от насоса, расположенного на судне. На верхнем конце цилиндра установлен груз и предусмотрен обух для крепления троса или цепи, при помощи которого якорь опускается. Второй обух для крепления судна расположен на боковой поверхности цилиндра. Якорь опускается вертикально, открытым краем цилиндра несколько погружается в грунт под действием собственного веса, после чего из цилиндра полностью или частично откачивается его содержимое. Под действием разницы давлений якорь заглубляется в грунт.
Предлагаемая конструкция якоря обеспечивает хорошую держащую силу при вертикальных и горизонтальных усилиях, действующих на якорь, возможность контроля заглубления якоря и быстрой повторной постановки судна на этом же месте.
Якоря в виде пластмассовых цилиндров площадью 0,186 м2, массой 7,5 кг с электронасосами, работающими на постоянном токе напряжением 24 В на принципе перепада давления и присоса к грунту, установлены на американском глубоководном аппарате «Эльвин».
281. Присасывающийся якорь
Якорь, работающий на этом же принципе, запатентован и в нашей стране. Он разработан в 1970 г. группой авторов: Э. С. Аджиевым, Ю. С. Васютой, И. М. Жиленко, А. В. Колосовым и В. А. Мазуровым. Устройство его и принцип действия показаны на рис. 281 (1 — режущая кромка; 2 — вертикальная жесткая оболочка; 3 — ограничительное кольцо; 4 — дно; 5 — якорь-цепь; 6 — рым; 7 — привод; 8 — насос; 9 — обратный клапан; 10 — труба).
Таковы последние достижения человека в его пятитысячелетних поисках надежной конструкции судового якоря. Сегодня якоря-ракеты и якоря, работающие под действием гидростатического давления воды, представляются нам последним словом техники, вершиной изобретательской мысли. Но кто знает, пройдет какое-то время, и уже другие люди будут с удивлением глядеть на дошедшие до них остатки этих якорей, как мы сегодня смотрим на камень, привязанный первобытным человеком к веревке.