Дноочистительные снаряды на перспективу до 2010 г Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 627.746

Н. А. Пономарев, к. т. н., доцент, ВГАВТ.

603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

ДНООЧИСТИТЕЛЬНЫЕ СНАРЯДЫ НА ПЕРСПЕКТИВУ ДО 2010 Г.

Рассмотрены характеристики, обобщен опыт эксплуатации дноочистительных снарядов, используемых на внутренних водных путях. Обоснованы типы и параметры перспективных снарядов, предложена методика определения га главных размерений на начальной стадии проектирования.

Постановка задачи

Созданная и поддерживаемая посредством дноуглубления система внутренних водных путей, прежде всего в Европейской части страны, позволила строить и эксплуатировать самый современный в мире речной пассажирский и грузовой флот. Однако с 1991 г. по общеизвестным причинам началось сокращение объема перевозок и финансирования содержания водных путей. Появилась реальная опасность переформирования русел рек и возврат на них бытовых глубин, которые составляют 30-40 % от достигнутых.

Физический износ, отсутствие финансовых средств на строительство новых судов и другие объективные причины привели к сокращению за 8 последних лет количества земснарядов в ДВВП Росречфлота с 300 до 246 единиц. Негативные тенденции коснулись также дноочистительных снарядов, путейского, вспомогательного, обслуживающего и экологического флота.

При сохранении такого положения речной дноуглубительный флот России через 50-15 лет просто перестанет существовать. Для выхода из кризиса Правительство 15 апреля 1996 г. утвердило Федеральную целевую программу «Внутренние водные пути России» на 1996-2000 г., которой был придан статус президентской. В 1997 г. вышел Указ Президента РФ от 14 августа №881 «О мерах по обеспечению устойчивого функционирования внутренних водных путей России».

В ближайшие годы должен быть создан дноуглубительный, дноочистительный, вспомогательный и обслуживающий флот нового поколения, соответствующий уровню XXI века. Специалистами ВГАВТ уже разработаны технико-экономические модели обоснования землесосных и многочерпаковых снарядов и составлена сетка их перспективных типов. На очереди не менее важная задача обоснования и оптимизации параметров остального технического флота.

Характеристика дноочистительных снарядов ДВВП России, их специальное оборудование н выполняемые работы

Руслоочистительные работы - извлечение со дна и берегов предметов, являющихся препятствием для судоходства, с транспортировкой и укладкой их в места, исключающие попадание вновь на судовой ход. При возможности хозяйственного использования (строительный лес, камень, дрова, судовой такелаж, металлолом) эти предметы складывают на баржи, дощаники, понтоны, мотозавозни и доставляют по назначению.

Руслоочищение осуществляют непосредственно на судовом ходу и прилегающих к нему участках (дноочищение), а также с береговой полосы (берегоочищение) в целях предупреждения последующего перемещения препятствий потоком на судовой ход.

Таблица І

Основные характеристики и соотношения главных размерений дноочистительных снарядов

Проект Класс Регистра, самоходного Кран Эаергеппесш устажиха, кВт Главные размерения, осадка, м ¿хАхГ, м3 I В В т 1 н Т Н

^ | См О Б I Р- II,

ЬхВхТ тм м3-

Ъ В Я Т

1 2 э 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16

11770А «Р», несамоходный 10 6,5 65 ДГ25 23,45 8,5 1,6 0,42 83,7 2,75 20,2 14,7 0,26 0,776

11770Б «Р», несамоходный 10 6,5 65 ДГ: 2 х 25 23,45 8,5 1,6 0,48 95,7 2,75 17,7 14,7 0,30 0,679

306К «Р», самоходный 10 9,3 93 Гребной ДРА: 66 ДГ: 25 ВГ: 15 22,8 10,4 2 Л 0,78 185 2,19 13,3 10,4 0,35 0,503

306КА «Р», самоходный 10 9,3 93 Гребной ДРА: 110 ДГ: 2 х 25 ВГ: 12 22,8 10,4 2,4 0,90 213 2,19 11,5 9,5 0,37 0,437

612 «О», самоходный 20 3 60 Гребной ЭД: 125 ДГ: 25; 2 х 100 28 9 2,9 1,44 363 3,11 6,25 9,65 0,50 0,165

Судовая и промышленная энергетика

Дня выполнения руслоочистительных работ бассейны ДВВП России имеют 69 дноочистительных снарядов, из них 52 находятся в эксплуатации, остальные (17 судов) - на холодном отстое.

Характеристики эксплуатирующихся дноочистительных снарядов (из справочников [1,2]) приведены в табл. 1.

Обозначения в табл. 1: ДГ - дизель-генератор; ДРА - дизель-редукторный агрегат; ВГ - валогенератор; ЭД - электродвигатель.

Снаряды проектов 11770А и 11770Б оборудованы неполноповоротными кранами типа «деррик», жестким тралом, водолазным снаряжением, пилами для разделки древесины. Рабочие перемещения осуществляются с помощью четырех папильонажкых лебедок. Пожарный насос может быть использован для гидромониторного подводного размыва грунта водолазами. Снаряды пр. 11770А и пр. 11770Б различаются числом главных дизель-генераторов ДГ-50 — их соответственно один и два.

Самоходные дноочистительные снаряды класса «Р» проектов 306К и 306КА имеют аналогичное специальное оборудование. Кроме того, они снабжаются двумя грейферами вместимостью по 1,6 м3 (двухчелюстной для песка, лепестковый для камня), а также металлической корзиной для погрузки камней.

Озерный самоходный дноочистительный снаряд пр. 612 является достаточно универсальным судном и может заменить несколько типов судов. Кроме удаления препятствий с судового хода и берегов, он используется для подъема мелких затонувших судов, расстановки и снятия плавучих знаков судоходной обстановки в весенний и осенний периоды, траления, откачки воды из аварийных судов (водоотливной насос с подачей 120 мЗ/ч), разработки тяжелых и засоренных грунтов (в малых объемах), а также как монтажный кран на судоремонте. Для производства подводно-технических работ есть водолазная станция. При их выполнении используются водоструйные эжекторы, гидромониторы, водолазные ножницы для резки канатов, наборы слесарнокузнечного и плотничного инструмента, фонарь подводного освещения, эхолот. В корме предусмотрен съемный металлический трап, обслуживаемый кормовым краном. На снаряде установлены грузовая стрела и полноповоротный края. В носу -стрела грузоподъемностью 20 т при постоянном вылете 3 м. Работа разрешается при установке стрелы в ДП судна; подрыв подводных препятствий осуществляется закачкой балласта в кормовые цистерны. Кормовой кран - автомобильный полноповоротный типа К104. Его максимальная грузоподъемность 10 т при вылете 4 м. На судне грузоподъемность ограничена значением 5,5 т при вылете 6 м. Кроме гака могут устанавливаться грейферы вместимостью 0,8 м3 (шести- или двухчелюстной). Для сбора камней служит корзина вместимостью 1 м3. На палубе снаряда предусмотрена площадка для перевозки 5 озерных буев.

Обобщение опыта эксплуатации дноочистительных снарядов оценка их технического состояния

В целом дноочистительный флот ДВВП справляется с возложенными на него задачами. Однако он морально и физически устарел, о чем свидетельствуют данные табл. 2.

Из 69 дноочистительных снарядов ДВВП России полностью амортизированы и подлежат списанию 22 единицы. Средний возраст снарядов, отнесенный к нормативному сроку службы, составляет 107,5%. Это подтвердила также независимая экспертиза технического состояния дноочистительных снарядов Волжского ГБУ ВПиС, выполненная специалистами ВГАВТ в 1999 - 2000 гг. В 1996 - 2001 гг. пополнения

Так как новый дноочистительный флот не строится, путейцы вынуждены поддерживать путем восстановительных ремонтов имеющиеся суда в состоянии, которое оценивается Российским Речным Регистром как «годное».

Таблица 2

Пополнение дноочистительного флота головными судами

Номер проекта Год утверждения проекта Год постройки головного судна

612 1958 1961

306К 1960 1961

306КА 1973 1976

11770А 1962 1964

11770Б — 1969

дноочистительного флота не было, хотя по Федеральной программе «Внутренние водные пути России» до 2000 г. должно быть построено 9 судов. Потребность на 2002-2012 гг., по оценке ДВВП России, составляет 52 единицы, со следующим распределением по годам:

2002 - 9 2005 - 3 2008 - 5 2011-4

единиц единицы единиц единицы

2003 - 7 2006 - 6 2009 - 3 2012-3

ели ниц единиц единицы единицы.

2004 -5 2007-4 2010-3

единиц единицы единицы

Практика эксплуатации выявила ряд недостатков дноочистительных снарядов, которые должны быть учтены при новом проектировании или при модернизации.

Проект 612

а) мала скорость хода (9,5 км/ч); должна быть 15-16 км/ч;

б) ход осуществляется при параллельной работе двух дизель-генераторов, работающих на один гребной электродвигатель. Схема ненадежна, в частности на снаряде ДТС-7 Волжского ГБУ ВПиС, только за последнюю навигацию было несколько случаев отказа системы электроснабжения с созданием опасных аварийных ситуфф^зоподьемность носового крана должна быть увеличена до 25-30 т., вылет до 4-5 м.

Проект 306К (306КА)

а) очень большое время цикла крана (около 6,5 мин.)

б) грузоподъемность крана должна быть увеличена с 10 до 15 т, а максимальный вылет (при меньшей грузоподъемности) до 20 м. Это же относится и к речным снарядам пр. И 770А, 11770Б;

в) мала скорость хода, плохая управляемость.

Проект 11770А (11770Б)

Речные дноочистительные снаряды должны быть самоходными.

Общие недостатки и предложения, касающиеся всех типов снарядов:

а) для безопасной работы водолазов снаряды следует оборудовать закольными сваями;

б) для рабочих перемещений снарядов предусмотреть 4 папильонажные лебедки с канатоемкостью 150-200 м и одну становую;

в) предусмотреть грейфер для извлечения лесоматериалов;

г) все снаряды должны быть укомплектованы обслуживающими судами - мотозавозней и баржой-площадкой (понтоном) для погрузки извлеченных препятствий;

д) на снарядах должны быть обеспечены нормальные санитарно-бытовые условия.

Современные тенденции в проектировании, строительстве н использовании вспомогательных судов технического флота1

1. В нашей стране для выполнения каждого вида работ создается свой тип судна: мотозавозня, теплоход для обслуживания судоходной обстановки, дноочистительный кран. Кроме основной, судно может выполнять и другие функции, например, толкач-шаландировщнк может перекладывать якоря многочерпакового снаряда. Об универсальности дноочистительного снаряда пр. 612 было сказано выше.

За рубежом вспомогательные суда специального назначения строятся редко. Есть информация о судне «Provense» для постановки и обслуживания буев вдоль Средиземноморского побережья и о. Корсика (Франция) о подобных судах в Великобритании. Иногда предусматривается использование судна с крановой баржой, что имеет место и в отечественной практике.

Однако обычно используются «многоцелевые суда» (еще используется другой термин - «рабочие суда»), которые могут выполнять очень широкий спектр работ.

В Нидерландах построено многоцелевое судно, предназначенное для обеспечения дноуглубительных работ и способное выполнять функции буксировки и толкания, заводки якорей, снабжения судов, крановой баржи, заправочного судна, установки буев и обеспечения водолазных работ, ремонтной мастерской и др. Там же построен многоцелевой буксир для кантовки, заводки якорей, спасательных операций, борьбы с пожарами, разливами нефти, водолазного обеспечения.

2. Для зарубежных вспомогательных судов технического флота характерна большая мощность энергетических установок, что позволяет ускорить выполнение технологических операций и уменьшить дорогостоящие простои обслуживаемых земснарядов и морских платформ.

В отечественной практике мощность главных двигателей самых крупных мотозавозен составляет: пр. П-2104 - 220 кВт; пр. Р94 - 165 кВт; по проекту НПО «Стапель» строились морские мотозавозни мощностью 2 х 165 кВт, На грунтоотвозных шаландах пр. Р122 установлены два дизеля мощность по 165 кВт. Самый мощный обстановочный теплоход имеет два двигателя по 165 кВт, толкач-щаландировщик пр. 81440 -два двигателя по 190 кВт.

Рабочее судно «Suzanne D» для выполнения широкого диапазона технических работ (Нидерланды) - с двумя главными двигателями по 588 кВт. Многоцелевой буксир, построенный в Нидерландах по заказу Великобритании, используется при дноуглубительных работах, при обслуживании и постановке буев, для инспекционных ра-i бот и буксировки судов, имеет два двигателя по 268 кВт; многоцелевое рабочее судно

(Нидерланды) - 2 х 432 кВт.

Мощность судов, обслуживающих морские платформы, достигает несколько тысяч киловатт.

3. Для большей эффективности и безопасности, в частности, при обеспечении водолазных работ, зарубежные многоцелевые суда оборудуются подруливающими устройствами - носовыми, а крупные - носовыми и кормовыми.

На многоцелевом буксире, построенном в Нидерландах в 1991 г., носовое подруливающее устройство, развивающее упор 46 кН, приводится не электродвигателем, как обычно, а дизелем.

Уже упомянутое французское судно «Provertse» для постановки и обслуживания буев имеет носовое подруливающее устройство мощностью 210 кВт.

Обзор и анализ выполнены по материалам периодической печати (журналы «Речной транспорте, «Судостроение», реферативный журнал «Водный транспорт»), информационным сборникам ЦБНТИ «Передовой опыт и новая техника», «Наука и техника на речном транспорте».

4. Гидравлический привод, к сожалению, не нашел широкого применения на отечественных судах технического флота, хотя его преимущества были известны нашим специалистам еще в 50-60-е годы. Активным сторонником внедрения гидропривода был профессор, д. т. н. И.И. Краковский. В докладе, сделанном в 1967 г. на заседании НТС МРФ РСФСР, он отмечал: «Еще 15 лет назад... мы поставили перед ТУ МРФ вопрос о гидрофикации палубных механизмов на наших транспортных судах. А теперь пришло время ставить вопрос еще шире, т. е. о создании полностью гидрофици-рованных судов».

На судах технического флота преимущества гидропривода (широкий диапазон регулирования скорости, компактность, надежность, возможность работы под водой и др.) могут быть реализованы наиболее полно. Он прочно занял место в устройствах подъема створок или раскрытия-закрытия полукорпусов на грузоогвозных шаландах.

За рубежом обычно использование гидравлических кранов. Например, рабочее судно для выполнения широкого диапазона технических работ оборудовано гидравлическим краном с максимальной грузоподъемностью 26 т при вылете 5,65 м.

Следует заметить, что в самое последнее время интерес к гидроприводу стали проявлять специалисты ЦКБ НПО «Судоремонт», ЦКБ «Вымпел». Кафедрой ЭСЭУ ВГАВТ совместно с Нижегородским центром научно-технической информации выполнен анализ рынка гидравлической продукции по России и странам СНГ для возможности использования выпускаемого оборудования в последующих научных и проектных разработках.

Обоснование типоразмерного ряда дноочнстительных снарядов

Как отмечалось, дноочистительные снаряды выполняют ряд функций, но главной является подъем препятствий, поэтому к ним часто применяют термин «дноочистительный кран» (старые названия «карчекран», «карчеподъемница»). Основным параметром в технической литературе, документации, отчетных материалах принято считать максимальную грузоподъемность крана.

Сделать строгое технико-экономическое обоснование перспективного типоразмерного ряда этих судов, как было выполнено для другого вспомогательного флота, для землесосных и мнсгочерпаковых снарядов, не представляется возможным из-за специфики их использования.

Анализ опыта эксплуатации су шествующих снарядов, информации, полученной от командиров дноочистительных снарядов, имеющих большой стаж работы, а также консультации в ДВВП позволили предложить на перспективу всего два типа снарядов, которые должны строиться по новым проектам.

Снаряд класса «О» Российского Речного Регистра, самоходный, с носовой стрелой грузоподъемностью 25-30 т при вылете 4-5 м и кормовым краном грузоподъемностью 7,5-10 т. Проживание экипажа на снаряде. Базовое судно - проекта 612. Проработать возможность оборудования в корпусе трюма вместимостью 50 м3 для складирования извлеченных препятствий.

Снаряд класса «Р», самоходный, с краном грузоподъемностью 15 т при вылете стрелы (с меньшей грузоподъемностью) до 20 м. Проживание экипажа на снаряде или на брандвахте - приставке. Базовые суда - суда проектов 306К, 306КА, 11770А, 11770Б. Разработка технических заданий и проектирование должны выполняться с учетом общих тенденций развития этого вида флота, а также пожеланий эксплуатирующих организаций, изложенных выше.

В зависимости от целей, специфики путевых условий бассейнов и сложившихся традиций траление может производиться либо самим снарядом, оборудованным жестким тралом, либо снарядом и мотозавозней (катером) - при использовании мягкого трала, либо вообще без участия снаряда: жестким тралом на понтонах, которые буксируют (толкают) катерами или мягким тралом с помощью двух катеров. По мере освоения будут применяться эхотралы.

Есть некоторый опыт использования для руслоочистительных работ серийных плавучих кранов КПЛ 5/30 завода «Теплоход», которые поступали в некоторые бассейны в результате финансовых взаимозачетов. Возникает ряд технических трудностей: низкая грузоподъемность, очень высокие скорости подъема груза и изменения вылета стрелы - 40...50 м/мин (скорость при подъеме препятствий должна быть не более 10 м/мин, а при монтажных работах 1...2 м/мин); отсутствует другое специальное оборудование - водолазное, тральное, водоотливной насос и др.

Стоимость постройки новых снарядов может быть оценена, исходя из удельных затрат. По информации ДНИИЭВТа, для дноочистительных снарядов принимается значение 3 долл. США/кг. Расчеты сведены в табл. 3.

Таблица 3

Стоимость постройки дноочистительных снарядов

Наименование показателей Тип снаряда

Класс «О» (на базе проекта 612) Класс «Р» (на базе проектов: 306К, 306КА, 11770А, П770Б)

Доковая масса, т 220 125

Удельные затраты, долл./кг 3 3

Стоимость постройки, тыс. долл. 660 375

Стоимость постройки, млн. руб. (при курсе ! долл. США = 30 руб.) 19,8 11,2

Методика оценки главных размерений на начальной стадии проектирования

Как отмечалось, дноочистительные снаряды, особенно озерные, являются универсальными судами. Однако подъем и удаление препятствий можно считать основной функцией, которая определяет главные размерения снаряда, а также влияет на состав и мощность энергетической установки.

Главные размерения и осадку предлагается определять в зависимости от максимального грузового момента £>хА те. произведения грузоподъемности крана, и вылета от оси вращения. В основу положена методика Э.П. Уховой, разработанная для дноуглубительных снарядов различных типов [3,4].

Так как на наших внутренних водных путях сейчас эксплуатируется дноочистительные снаряды только трех типов и они совершенно различны (озерный самоходный, речной самоходный, речной несамоходный), а в зарубежной практике такой тип судна вообще отсутствует, то построить зависимость I * 5 * Г ~Л0 х А) по статиче-

С>х А

ским материалам не представляется возможным. Чем выше отношение------------, тем

ЬхВхТ

более компактным и дешевым является крановое судно (при выполнении определенного вида работ). Наиболее низкая величина этого отношения (0,165, см. табл. 1) у снаряда пр. 612, что объясняется тем, что это озерное самоходное судно, а также оно рассчитано не только на подъем препятствий, но и на перевозку буев; эти факторы естественно увеличивают осадку и произведение Т.

Наиболее высоким отношением

<}хА

характеризуются речные несамоход-

Ьх ВхТ

ные снаряды проектов: 11770А (0,776) и 11770Б (0,679) с относительно большой шириной корпуса (хорошей остойчивостью); отсутствие самоходности определяет малую мощность энергетической установки, от чего снижаются соответствующие статьи нагрузок масс, а значит, осадка.

<2хА

Промежуточное значение отношения------------- наблюдается у снарядов проектов

Ьх ВхТ

306К (0,503) и 306КА (0,437).

Учитывая, что все снаряды прошли многолетнюю эксплуатационную проверку, при проектировании можно принять их за прототипы, используя вышеприведенные С?Х А

отношения ----------.

Ь х Вх Т

Грузоподъемность () и вылет А крана для новых снарядов принимаются, с учетом мнений эксплуатационников, увеличенными.

(} х А

По отношению

определяется произведение I X В X Т.

Ьх В хТ

I В

Для нахождения главных размерений и осадки используются отношения В и ^ для рассматриваемого типа снаряда (см. табл. 1).

Ширина В определяется после элементарных преобразований:

/

ьвт = в

іЛ в

в/^Т

в =

ьв

Длина I. Ь-Ъ

— , осадка Т: Т =

в

в

-, высота борта И:

Ь Т

Н = -7---Г или Н = ■

Список литературы

1. Справочник по серийным речным судам. Т. 5. - М.: Транспорт, 1976. — 207 с.

2. Справочник по серийным речным судам, Т. П. - М.: Транспорт, 1995, - 213 с.

3. УховаЭ.П. Определение на начальных этапах проектирования главных размерений траншейных землесосных снарядов с гидравлическим размывом грунта. //Труды ШИВТ. Вып. 118,

4. 1.-Горький, 1971.-С. 55-69.

4. Ухова Э.П. Определение на первой стадии проектирования главных размерений самоотвоз-ных землесосных снарядов. // Труды ГИИВТ. Вып. 118. ч.1.- Горький, 1971. - С, 70-76.

DREDGERS FOR CLEARING OF RIVERS FLOOR ON A PERSPECTIVE TILL 2010

N. A. Ponomarev

The characteristics are considered, the experience of operation dredgers for cleaning of rivers floor used on internal waterways is generalized.

The types and parameters ofperspective dredgers are substantiated, the technique of definition oftheir principal dimensions at an initial phase ofprojection is offered

УДК 658. 26: 621.31

В. И. Саму леев, к. /и. м., профессор.

В. А. Драбилов, старший преподаватель.

В. В. Александров, к. т. н., доцент, ВГАВТ.

603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

АЛГОРИТМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СУДОПРОПУСКОМ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ШЛЮЗА

В статье на основе полученных экспериментальных данных предлагается разработка алгоритма управления многоступенчатого шлюза с возможностью диагностирования электрооборудования, электроприводов, что в дальнейшем позволяет перейти на этап разработки АСУ автоматизированного процесса шлюзования на базе разработанного алгоритма.

Данный алгоритм разрабатывался с учетом полученных экспериментальных гидротехнических характеристик на примере Пермского района гидросооружений (ПРГС).

Пермский многоступенчатый шлюз представляет собой каскад из шести последовательно соединенных камер. Пять ворот из семи разделяют смежные камеры и поэтому работа всех ворот и затворов взаимосвязана, а управление ими производится с центрального пульта управления (ЦПУ). Управление механизмами ворот и затворов производится вручную, однако электрическая схема предусматривает их взаимные блокировки, разрешающие осуществлять маневрирование воротами и затворами в определенной последовательности.

Особенности работы многоступенчатого шлюза заключаются в следующем: шлюзование большегрузных судов и составов производится только в одном направлении ("вверх", "вниз");

возможно, шлюзование одновременно в трех камерах; возможно встречное шлюзование мелких судов;

все откатные ворота и затворы наполнения должны работать в определенной последовательности;

возможность работы отдельных механизмов определяется положениями соседних ворот и затворов и уровнями воды в смежных камерах;

в камерах необходимо поддерживать определенные верхний и нижний уровни воды;

необходимо программное наполнение камер при шлюзовании большегрузных судов и составов.

Из сказанного следует, что алгоритм управления всеми механизмами ворот и затворов довольно сложен, однако он может быть разбит на одинаковые алгоритмы управления для отдельных ворот, причем алгоритм управления крайними воротами можно рассматривать как частный случай общего алгоритма.