CC BY
46УДК 629.122.456.001.2
Ю. А. Кочнев, аспирант.
Е. П. Роннов, д. т. н., профессор, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, Нестерова, 5а.
АНАЛИЗ НАГРУЗКИ МАСС «МАЛЫХ» ТАНКЕРОВ
Получены статистические зависимости, позволяющие на начальном этапе проектирования определить составляющие нагрузки масс танкера грузоподъёмностью до 15000 т.
Расчёт нагрузки масс производиться на всех этапах проектирования судна. Если в стадии технического проекта массы берутся непосредственно с рабочих чертежей, то на начальном этапе проектирования возможны два варианта: использование судна прототипа и статистических зависимостей, полученных путём обработки составляющих масс различных судов. Первый подход применяется, если имеется близкое судно прототип. В этом случае ¡-ая масса определяется следующим образом:
(1)
где i/j = PQi/Moi - измеритель массы; Pdj - i-ая масса судна прототипа;
А/,, Мы - соответственно модуль для проектируемого судна и судна прототипа. При отсутствии прототипа или при существенном отличии рассматриваемой конструкции для наиболее точного определения массы необходимо применение статистических зависимостей, которые должны учитывать эти отличия. Такие зависимости для определения основных масс нефтеналивных судов представлены ниже. При этом рассчитывается либо сама масса элемента, либо измеритель, который с соответствующим модулем подставляются в формулу (1).
В данной работе были проанализированы современные танкера смешанного и ограниченных районов плавания. Их элементы и характеристики представлены в таблице 1. Архитектурно конструктивный тип рассмотренных танкеров характеризуется кормовым расположением машинного отделения и надстройки, носовым подруливающим устройством, баком и ютом. Все суда имеют двойное дно и двойные. Проект 1677М оборудован отдельным насосным отделением, остальные имеют погружные грузовые насосы. Проекты судов спроектированы по правилам Российского Морского Регистра Судоходства, Германского Ллойда, Det Norske Veritas.
Составляющие нагрузки масс представлены в соответствии с OCT 5Р.0206 - 2002, но при этом некоторые относительно небольшие разделы были объединены, что позволило массу судна представить в виде следующих частей:
Dn=PK + РСу + РСС + РСЭУ + рэ + рв + рз + РЖГ 1 рим . (2)
где Рк — масса раздела корпус;
Рсу - масса раздела судовые устройства;
Рсс - масса раздела судовые системы;
Рсэу - масса судовой энергетической установки;
Рэ- масса электроэнергетической системы, внутренняя связь, управление; Рн- вооружение;
Р3- масса запасных частей; Ржг - постоянные жидкие грузы; Рш - масса снабжения и имущества.
Таблица I
Элементы и характеристики танкеров
Номер проекта Ь, м В, м Н, м Т, м 3 водоизмещение, т N. кВт V, уз 0\Л/, т класс количество двига- тел экипаж
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
19612 139 16,6 7,4 5,09 0,893 10488 1860 10 7970 Я1 2 15
19614 139 16,6 6,1 3,74 0,898 7749 1860 10 5600 Я2-Я8Ы 2 14
19619 147,6 17,3 10,5 7,14 0,936 17140 3240 10 13470 Я1 2 30
17103 134,1 16,6 6,1 3,86 0,893 7670 1860 10 5420 2 16
4450 81,78 15,7 7,8 5,75 0,801 5914 2480 12,5 4450 йЬ 1 13
Я8Т22 134,5 16,6 6 4,6 0,883 9069 2400 10.5 6900 112 2 ВРК 14
249005 75 15,7 7,8 5,5 0,788 5103 2000 11,5 3400 110 1 10
1677 120,6 16,6 6,9 4,15 0,868 7209 2200 11,3 4987 яг-язк 2 28
00210 146,2 17,3 10,1 6,81 0,885 15770 2400 10,3 12370 Я1 1 20
00216 139,9 16,7 6,4 4,08 0,944 8800 2388 10 6600 2 ВРК 12
00250 133,4 17,3 8,3 5,2 0,932 11760 2280 11,2 8671 оь 1 16
Расчётная величина водоизмещения порожнём должна быть увеличена на запас водоизмещения и остойчивости.
При анализе некоторых составляющих нагрузки рассматривались отдельно суда ограниченных и смешанного районов плавания. Размерения танкеров класса часто выбираются максимально возможными для прохождения гидросооружений на ВВП, в связи с этим диапазон изменения их модулей относительно узок. Построить аналитические зависимости по этой причине не представляется возможным, поэтому в таком случае принимается среднее значение соответствующей массы.
Масса раздела «Корпус» составляет основную долю в собственной массе корпуса и лежит в пределах 0.74...0.81 водоизмещения судна порожнём. Она может быть представлена следующим образом:
РК -Рмк Рдв + ^ОКР + РВоздух + ^Обор > (3)
где Рш - масса металлического корпуса;
Рф-масса фундаментов и подкреплений;
Р,т - масса дельных вещей;
Рокр - масса покрытий, изоляции, зашивки и окраски;
Рвоздух- воздух в корпусе;
Рабор- оборудование помещений и постов.
Масса металлического корпуса может быть определена с использованием кубического модуля, либо модулей другого вида достаточно широко представленных в технической литературе, например в [1], [2]. Рассматриваемые танкеры имеют различные классы Регистра, которые в значительной степени влияют на Рмк- Однако получить зависимости для
массы металлического корпуса от класса судна не представляется возможным из-за малого количества судов. В задачах оптимизации расчёт данной группы целесообразней проводить постатейно, спроектировав отдельные связи корпуса, что позволит увеличить точность расчётов при различных конструкционных особенностях судна.
В значительной степени на массу фундаментов и подкреплений влияет мощность главных двигателей (Ы, кВт). Масса группы для судов класса 112-118Ы может быть определена по формуле:
Рф = 1,344 х N ,
(4)
Для судов классов Ш и 1*2 зависимость Рф = /(Ы) приведена на рис. 1 и может быть аппроксимирована выражением:
рф =(454,322 х^ВЯ-0'549 ±0,05з)хЛГх10~2, (5)
10=4)*
2,6
2,4 2,2
1,8 1,6
13000 15000 17000 19000 21000 23000 25000 27000 Ш
Рис. 1 Измеритель массы фундаментов
Дельные вещи распределены по всей длине судна, но наибольшая их часть находится в районе надстройки и её ярусность влияет на данную массу. Анализ показал, что наименьшие погрешности будут при использовании модуля МдН = 1ВН/Он-. Графики зависимости измерителя массы от данного модуля представлены на рис. 2, их аппроксимация позволяет получить следующие формулы для расчёта у//;в для 2х и Зх ярусной надстройки.
ц/т = = 177,44 х (¿ВН/Оы)'2-607 ±1,643 при 2х ярусной надстройки
р,
ц/ДН = = 284,085 х (Ж- ± 2,202 при У ярусной надстройки
(6)
4>д»
1,9
2,1
♦ 2 яруса
2,3
2,5 ХЗ яруса
2,7 ЪВН/Оте
Рис. 2. Измеритель массы дельных вещей Хотя ОСТ 5Р.0206 - 2002 регламентирует учитывать массу неметаллических частей корпуса. На современных нефтеналивных судах эта величина составляет не более I т. или вовсе отсутствует, поэтому данную составляющую на этапе обоснования главных размерений можно не учитывать.
Масса групп 0105 «покрытие и окраска» и 0106 «изоляция и зашивка» объединены, поскольку рассчитываются через одинаковый модуль - численность экипажа пЭк рекомендованный как наилучший в [2J. Зависимость измерителя массы данной группы дана на рис. 3. Аналитическое выражение этой зависимости имеет вид:
Рокр = (41,79X пэк^Ш ± 0,822)х пэк, (7)
где Пу$ - количество мест для экипажа.
Рис. 3. Измеритель массы покрытия, окраски, цементировки, изоляции
Массу воздуха в корпусе судна отнесённую к дедвейту можно связывать с разме-рениями судна, или зависящей от них величиной дедвейта. Эта зависимость приведена на графике (рис. 4) и аналитически имеет вид:
РВо*>ух = (46,969 хДнГ0'536 ± 0,037)х £и<х10"3 (8)
lO'va,,
0,6 -0.55 -0,5 -0,45 -
X ^^х^-
X
--1-1-1-1-1-
3000 5000 7000 9000 11000 13000f)w
"^v, *
Рис. 4. Измеритель массы воздуха в корпусе
Масса оборудование помещений и постов связана с размерами надстройки, которые по [3] могут быть определены через грузоподъёмность и численность экипажа танкера. Зависимость измерителя массы Робор1Вы представлена на рис. 5. Масса оборудования помещений и постов может быть определена по формулу (9).
Ровор = (5.444 - 6,4 ГЫ>1пэк х 10"3 ± 0,425)х О»,
(9)
У Об«!
4,5
3,5
2,5
1,5
1
"X
150 250 350 450 550
Рис. 5 Измеритель массы оборудования помещений и постов
На современных танкерах в качестве движительного комплекса применяется как традиционные винт и перо руля, так и поворотные винторулевые колонки. Поскольку при установке на судно последних отдельное рулевое устройство отсутствует, масса судовых устройств целесообразно представить в виде суммы двух масс:
РСу=РРу+Ру, (10)
где Рру - масса рулевого устройства (при его наличии);
Ру - масса оставшихся устройств, за вычетом рулевого устройства.
Масса рулевого устройства может быть определена с использованием в качестве модуля ¿7у2 , который с одной стороны косвенно отражает влияние на управляемость площади диаметрального батокса, а с другой - скорости хода судна. Зависимость измерителя массы показана на рис. 6 или может рассчитываться по формулам:
при одной рулевой машине
при двух рулевых машинах
= 14,496х(/,7\>2)г0'Ж ±0,0078,
Ром I 1 \-0,417
Ч/РУ =—^- = 17,164х^Гу2]Г ±0,0067,
1Ъ
(И)
(12)
Уру
0,13
50000 70000
♦ 2 рулеве машины
90000 110000 ЬТУ*
х 1 рулевая машина
Рис. 6. Измеритель массы рулевого устройства
Массу остальных судовых устройств Ру можно определять через модуль 63:АВТ, использование которого, как показал анализ, даёт наименьшие погрешности статистической зависимости. Хотя данный модуль наиболее применим при расчёте массы якорного и швартовного, буксирного устройств, его можно использовать для всей величины Ру. Зависимость измерителя массы приведена на рис. 7, а сама масса может быть рассчитана по формуле:
Ру =(0,265+0,949±0,298)х53/4В7\ (13)
где параметр б определяется выражением:
5 = 2,616*° -1,04, (14)
Рис. 7. Измеритель массы судовых устройств без рулевого
Масса судовых систем рассматривается для танкеров двух типов: с относительно большим условным коэффициентом утилизации объёма (ЬВН/0\г > 2,5 ), что связано с перевозкой более лёгких нефтепродуктов, и относительно низким (ЬВН/Ои-<2,5 ), который соответствует танкерам, перевозящим только тяжелые сорта груза. В качестве модуля выбран кубический, как наиболее полно характеризующий размеры судна, в которых размещаются рассматриваемые системы. Графически измеритель массы представлен на рис. 8.
10*4» сс
8,5 14 19,5 25 Х.ВН10-'
ХЬВН/Е>«г<2.5 ■ЬВНЯ>ю>2.5
Рис. 8. Измеритель массы судовых систем Аналитически масса судовых систем определяется по формулам: Рсс = ^175,05х(ьВН х\0~*У'025 ±0,419^хШ/х10~3 при^~< 2,5
ргс = Гз 10,88 х (¿В// х 10-3 )г1'ЗЬ7 ±0,391^х х10~3 при^-> 2,5
Масса энергетической установки может быть представлена как сумма масс двигателей (Рдв) и оборудования МО (Р0бор ). После определения мощности судна, двигатель
можно выбрать по каталогу и в расчёте нагрузки масс использовать фактическую величину. Измеритель массы оборудования МО определяется через затраты мощности на единицу транспортной производительности (Ы/^мх у)) по рис. 9 или по формуле:
Уоб = „/(пР°\ з = 74,292 х(лф^)х103)-''597 ± 0,033, (16)
Л'/Ши'х у)х10
18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51
(ТМОуу'УЦО3
Рис. 9. Измеритель массы оборудования МО
Масса электроэнергетической системы, внутренней связи и управления рассматривается отдельно для судов классов и совместно Я1 и Я2. Для судов смешанного района плавания масса раздела может быть представлена по формуле:
Рэ = 0,444 У. ЬВН ,
(17)
Модуль ЬВН был определён путём анализа как дающий наименьшие погрешности. Для танкеров ограниченных районов плавания данная величина определяется с использованием графика рис. 10 или по выражению:
Рэ = (о,759 -1,962 х ЬВН х 10"5 ± 0,028)х ЬВН х 10"2,
(18)
9000
14000
19000
24000 Т.ВН
Рис. 10. Измеритель массы электроэнергетической системы, внутренней связи и управления
Каждое судно комплектуется запасными частями и приспособлениями для ремонта и обслуживания механизмов устройств и оборудования. Поэтому в качестве модуля для расчёта данной группы целесообразно использовать суммарную мощность главных двигателей, как механизмов требующих наибольшего контроля при эксплуатации
судна. Измеритель массы запасных частей представлен на рис. 11 в зависимости от N судна. Также масса группы может быть определена по следующим выражениям:
Если ¿>их6600 Р3 =(о,569 + 2х£>и/х1(Г5 ±0,129)хЛ'х 10"3, (19)
Если Оы> 6600 Р3 = (5,157 - 2,809 х Пых 10"4 ± 0,727)х N х 10"3, (20)
3000 5000 7000 9000 11000 13000
Рис. 11. Измеритель массы запасных частей
Постоянные жидкие грузы в соответствии с [4] подразделяются на грузы в корпусе, в механизмах устройств, в системах, в энергетической установке. Наибольшая часть располагается непосредственно в корпусе. Величиной наиболее точно характеризующей его размеры является кубический модуль. Измеритель массы данной группы в зависимости от 1ВИ приведён на рис. 12 или может быть рассчитан по следующей формуле:
¥жг = -Ж. = (з,761 - 3,679 х ЬВН х 10-5 ± 0,549)х 10
ьвн
-з
(21)
у«г
3,5
2,5
8000
13000 18000 23000 28000Т.ВН
Рис. 12. Измеритель массы постоянных жидких грузов
Масса снабжения и имущества может быть определена с использованием кубического модуля, который даёт наименьшие погрешности при расчёте. Измеритель массы показан на рис. 13. Масса определяется по формуле:
рш =(о,756- 1,785x^x10"5 ±0,198)х1ЯЯ х10"3.
(22)
¥жг
1.2
1
0,8 0,6 0,4 0,2
X X
3000 5000 7000 9000 11000 13000 Dw
Рис. 13. Измеритель массы снабжения и имущества
В таблице 2 представлены результаты расчёта составляющих нагрузки масс по приведённым выше зависимостям.
Таблица 2
Анализ точности полученных формул
Сумма масса по формулам (4}-(22). т Доля расчёт- Погрешность в водоизмещении порожнем, % Табличное значение критерия Фишера
Номер проекта фактическая расчет-пая Погрешность, % Водоизмещение порожнём, т ной массы в водоизмещении порожнём, % Критерий Фишера
19612 756,37 759,78 0,45 2800 27,01 0,12
19614 559,81 623,39 11,36 2320 24,13 2,74
19619 892.96 873,32 2,2 3614,1 24,71 0,54
17103 647,59 627,31 3,13 2450 26,43 0,83
4450 687,06 702,63 2,27 2220 30,95 0,7
rst22 682,34 721,42 5,73 2565 26,6 1,52 1,67 2,85
249 585,08 616,24 5,33 1755 33,34 1,78
1677 814.17 646,36 20,61 2517,8 32,34 6,67
210 831.51 833,63 0,25 3410 24,38 0,06
216 583,89 670,14 14,77 2280 25,61 3,78
250 813,97 781,60 3,98 3090 26,34 1,05
Следует отметить, что хотя формулы 8, 18, 19, 20, 21 дают существенные погрешности, но абсолютные величины этих масс малы и составляют менее 3 % от массы судна порожнём, следовательно, не значительно влияют на общую массу судна.
Из таблицы 2 видно, что погрешность суммы масс, полученных по данным формулам, по сравнению с фактическими массами составляет не более 20 %. Причём наибольшие погрешности наблюдаются у судов смешанного района плавания, причины чего были объяснены выше. Погрешности судов классов Л0, и Я2 не превышают 5,5 %.
Погрешность в определении масс составляет 0,1...6,7 %. Наибольшее значение наблюдается у судна проекта 1677М, спроектированного в 1980, который имеет ряд особенностей по сравнению с другими рассмотренными судами. Погрешность в определении массы современных танкеров не превышает 3,7 %, что меньше запаса водоизмещения, принимаемого на начальном этапе проектирования (5 %), и может быть учтена правильным выбором последней величины.
Для обобщённой оценки точности предлагаемой математической модели составляющих нагрузки масс можно воспользоваться критерием Фишера. Для рассмотренной модели данный критерий составляет 1,67, что менее требуемого в 2,85. Это позволяет сделать вывод о том, что данные формулы могут быть использованы для расчёта составляющих нагрузки масс на начальном этапе проектирования.
Список- литературы
[1] Ашик В. В. Проектирование судов: Учебник. - 2-е изд., персраб. и доп. - Л.: Судостроение. 1985.-320 е., ил.
[2] Поспелов В. И. Выбор па ЭВМ оптимальных элементов грузовых судов внутреннего плавания. - Л.: Судостроение, 1978. - 76 с.
[3] Кочнсв Ю.А., Роннов Е.Г1. Взаимосвязь требований и характеристик надстроек нефтеналивных танкеров смешанного плавания // Материалы научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, специалистов и студентом «Проблемы и пер-спекгивы учебно-научно-транспортных комплексов».
|4] ОСТ 5Р.0206 - 2002 Нафузка масс гражданских и вспомогательных судов.
THE ANALYSIS OF MASS LOADING OF "SMALL" TANKERS
J. A. Kochnev, E. P. Ronnov
The statistical dependences allowing at the initial stage of designing to define mass loadings of the tanker with carrying capacity to 15000 m are received
УДК 629.5.081: [004/94: 681.5]
Р. Р. Латыпов, к. э. п., генеральный директор, ОАО «Окская судоверфь»
607100, г. Навашино Нижегородской области, ул. Проезжая, 4.
Е. Г. Бурмистров, к. т. н., доцент, ВГАВТ.
Н. В. Огнев, аспирант-стажёр.
Д. А. Галочкин, аспирант-стажёр, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, Нестерова, 5а.
АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ВЕРФИ
Рассматриваются основные методы математического моделирования АСУП верфи. Представлена структурная схема моделирования производственных систем. Определены группы факторов, влияющих на вид и структуру производственной системы.
Решение многофакторной задачи выбора оптимального варианта автоматизированного управления производственной системой (ПС) верфи возможно:
- методом логического прямого расчёта на основании использования известных нормативных материалов;
- методом математического моделирования.
Первый метод связан с большим объёмом расчётно-аналитических работ и требует наличия большого количества точных нормативов. Метод оптимизации при этом основан на сравнении различных вариантов систем управления (СУ) по определённым критериям.
