Балласт - что это такое?
Балласт - это важный элемент конструкции многих технических объектов. От правильного выбора и размещения балласта зависят важные эксплуатационные характеристики. Давайте разберемся, что представляет собой балласт, где он применяется и какую роль выполняет.
Определение балласта
Балласт в общем смысле - это дополнительный груз, который размещается на различных технических объектах с целью улучшения их эксплуатационных характеристик.
Термин "балласт" пришел в русский язык в начале XVIII века из голландского языка, где он обозначал песок или гальку, которые загружали в трюмы парусных судов для улучшения их остойчивости. С тех пор значение этого понятия расширилось.
Существует несколько видов балласта:
- Постоянный балласт - это грузы, которые раз и навсегда закреплены в конструкции.
- Съемный балласт - грузы, которые можно при необходимости устанавливать и снимать.
- Жидкий балласт - в качестве него часто используется вода.
- Сыпучий балласт - песок, гравий, щебень.
Балласт применяется в самых разных областях: на морских и речных судах, железнодорожном транспорте, летательных аппаратах, в строительстве и даже в игрушках. Рассмотрим подробнее некоторые примеры.
Балласт на морских и речных судах
Одна из важнейших задач балласта на судне - обеспечение его остойчивости. Балласт позволяет регулировать осадку и дифферент судна. На больших судах балласт размещается в специальных балластных танках.
В качестве балласта на судах чаще всего используется забортная вода, реже - твердые грузы вроде чугунных или бетонных болванок. На некоторых судах применяется песок, гравий или даже камни в мешках.
Прием балласта происходит с помощью балластных насосов, сброс - через кингстоны или выкачкой насосами. Количество и расположение балласта на судне рассчитывается исходя из его водоизмещения, осадки и других характеристик.
У пассажирских лайнеров и сухогрузов балластная система отделена от грузовых трюмов. На танкерах в качестве балласта может использоваться часть грузовых танков. Есть и специальные балкеры, перевозящие только балласт.
Балласт на железной дороге
В конструкции железнодорожного пути балласт выполняет важную роль - распределяет нагрузки на шпалы и грунт земляного полотна. К материалам балласта предъявляется ряд требований.
- Высокая прочность на сжатие.
- Стойкость к истирающим нагрузкам.
- Морозоустойчивость.
- Способность пропускать воду.
В качестве балласта используют щебень из прочных горных пород, таких как гранит, диабаз, доломит. Толщина балластного слоя - от 30 до 50 см.
Укладку балласта производят специальные балластеры. В процессе эксплуатации балласт загрязняется и теряет свои свойства, поэтому его периодически очищают и добавляют свежий материал. Разрабатываются новые решения, такие как геосинтетические материалы, для улучшения работы балласта.
Балласт на летательных аппаратах
На дирижаблях и аэростатах балласт необходим для регулирования высоты полета. В качестве балласта используются мешки с песком, которые сбрасываются при наборе высоты. Количество балласта рассчитывается исходя из подъемной силы аэростата.
Особенность балласта на аэростатах в том, что это расходный материал. Поэтому запас балласта на борту должен обеспечивать регулирование высоты на протяжении всего полета.
На некоторых самолетах используется аварийный сброс балласта - топлива или грузов, чтобы снизить вес перед посадкой. Но в отличие от дирижаблей балласт не является штатным средством управления высотой на самолетах.
Прочие области применения балласта
Кроме перечисленных выше, существует еще множество примеров использования балласта:
- В глубоководных обитаемых аппаратах - для экстренного всплытия.
- На локомотивах - для увеличения сцепного веса.
- В небоскребах - грузы в нижних этажах как балласт от ветровой нагрузки.
- В игрушке "Неваляшка" - для возврата в вертикальное положение.
Причины применения балласта во всех этих случаях схожи - обеспечение устойчивости, остойчивости, сцепления, возврата в нужное положение.
Выбор и расчет балласта
Правильный выбор балласта - важная инженерная задача. Необходимо учитывать множество требований:
- Масса и габариты
- Прочность и износостойкость
- Технологичность изготовления и монтажа
- Стоимость
- Экологичность
Для расчета балласта используются специальные методики. Системы автоматизированного управления позволяют оптимально распределять балласт на объекте.
Перспективны новые решения, такие как "умный" балласт, меняющий свои свойства в зависимости от условий. Грамотный подбор и использование балласта позволяет повысить эффективность и безопасность многих технических систем.