[7] Пластинин А.Е., Горбунов В.С. Оценка ущерба при разливах нефти на водных объектах // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. Выпуск 33. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. С. 53-59.
[8] Пластинин А. Е. Идентификация событий при разливах нефти с судов //Речной транспорт (XXI век). 2016. №1(77). С. 52-56.
[9] Наумов В.С., Пластинин А.Е. Оценка ущерба при разливах нефти на объектах транспортного комплекса // Журнал университета водных коммуникаций. 2010. №5(1). С. 152-157.
[10] Липатов И.В., Пластинин А.Е. Оценка гидродинамических условий при ликвидации разливов нефти // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. 2014. № 5. С. 127-134.
[11] Naumov V., Plastinin A., Dikinis A. Forecasting the Boundaries of Dangerous Oil Spills in Sea and River Ports Areas. ICMRPProceeding. Singapore: December 15-16, 2015. Vol. 3, pp. 106-111.
[12] Пластинин А. Е. Оценка загрязнения при разливе нефти на водную поверхность // Журнал университета водных коммуникаций. 2013. № 18(2). С. 129-135.
[13] Приказ Минтранса РФ от 29.12.2003 № 221 (ред. от 27.12.2010) «Об утверждении Положения по расследованию, классификации и учету транспортных происшествий на внутренних водных путях Российской Федерации» (Зарегистрировано в Минюсте РФ 29.01.2004 № 5493). URL: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=113659 (дата обращения: 24.03.2017).
[14] Пластинин А.Е. Оценка риска возникновения транспортных происшествий // Речной транспорт (XXI век). 2013. № 3. С. 83-88.
DETERMINATION OF PROBABLE AREAS OF OIL SPILLS IN TSIMLYANSK RESERVOIR
V.S. Naumov, A.E. Plastinin
Keywords: accident, accident site, transport ships, oil spill, Tsimlyansk reservoir
The article presents the results of statistic studies on the determination of dislocations of centers of transport vessels accidents in the Tsimlyansk reservoir. The actual and theoretical boundaries of accident areas are determined. The coincidence of coordinates of stationary and mobile sources of oil spills is defined. The research results have been used in the developing of a plan for the prevention and elimination of oil spills in the Volga-Don basin of inland waterways.
Статья поступила в редакцию 25.10.2017 г.
УДК 629.5.06.001.2:621.643
Ж.В. Нго, аспирант, ФГБОУВО «АГТУ»
К.Н. Сахно, д. т. н, профессор, ФГБОУ ВО «Астраханский
Государственный Технический Университет»
414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 16
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА КОМПЕНСАЦИИ ОТКЛОНЕНИЙ ТРАСС ТРУБОПРОВОДОВ СУДОВЫХ СИСТЕМ
Ключевые слова: трубопроводы, проектирование, монтаж, отклонение, область компенсации.
В представленной работе авторами рассматривается актуальная проблема повыше-
ния технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектировании. Представлены пути решения вопроса изготовления и монтажа судовых трубопроводов без снятия размеров по месту. Проведены экспериментальные исследования компенсации отклонений в два этапа: определение области компенсационных возможностей и замеры фактических отклонений трасс трубопроводов. Подтверждены концептуальные основы компенсации суммарных отклонений перемещением трасс трубопроводов и разработан алгоритм компенсации отклонений трасс трубопроводов с использованием взаимно параллельных участков с соединениями труб и дополнительными припусками.
Введение
В работах [1-5] рассматривались и анализировались теоретические основы определения расчётной области компенсации и, при необходимости, пригоняемых участков с припусками на основе теоретических положений в рамках гипотезы о взаимосвязи конфигурации и компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов.
Целью экспериментальных исследований является подтверждение вышеизложенной гипотезы и проверка математических описаний компенсационных возможностей трасс трубопроводов.
Основными задачами экспериментальных исследований является:
1. Анализ трасс трубопроводов судовых систем.
2. Определение компенсационных возможностей трасс трубопроводов и, при необходимости, пригоняемых участков с припусками пригоняемой трубы и предложение методов компенсации отклонений во всех направлениях.
3. Успешный монтаж трасс трубопроводов из труб, изготовляемых по проектным размерам.
Описание эксперимента
Экспериментальные исследования проводились на заводе «Damen-SongCam», Вьетнам при проектировании и монтаже трасс трубопроводов судовых систем на судах типа «Damen Platform Supply Vessel 3300 CD», изображенного на рисунке 1.
Судно этого типа предназначено для обеспечения буровых платформ. Такие суда используются для снабжения платформ водой и топливом, для перевозки рефрижераторных контейнеров, различных смазочных материалов и химикатов, сыпучих и жидких грузов, необходимых для обеспечения буровых платформ, а также для транспортировки экипажей, эвакуации людей, сбора загрязненных нефтепродуктами вод.
Рис. 1. Проект судов типа «Damen Platform Supply Vessel 3300 CD»
Экспериментальные исследования проводились в два этапа: до монтажа и при монтаже трасс трубопроводов. Первый экспериментальный этап проводился при раз-
работке чертежей трубопроводных судовых систем. Был разработан следующий порядок проведения экспериментальных исследований:
- выбор трасс трубопроводов и подготовка данных.
- определение расчетной области компенсации трасс трубопроводов.
- определение пригоняемого участка с назначаемым припуском.
- корректировка чертежей изменением размеров пригоняемых участков припусками.
- изготовление труб трасс трубопроводов по проектам, без уточнения размеров по месту
Второй экспериментальной этап проводился при сборке трасс трубопроводов судовых систем и выполнились следующие работы:
- замеры фактических отклонений трасс трубопроводов сравнение фактических отклонений и расчётной области компенсации с учетом значений назначаемых припусков.
- монтаж трасс трубопроводов и выполнение порядка компенсации отклонений.
- замеры лишних обрезаемых припусков.
- пригонка трасс трубопроводов.
Определение компенсационных возможностей трасс трубопроводов
На основании разработанных теоретических положений [1] составлена методика расчётов области компенсации трасс трубопроводов. Расчёт проводился на базе программных сред PTC MathCad и Maple. В качестве примера расчетов приведена трасса трубопровода судовой водяной противопожарной системы (рис. 2).
Рис. 2. Расчётная трасса Расчетная трасса состоит из 7 труб, координатные размеры показаны в таблице 1.
Таблица 1
Координатные размеры расчётной трассы
№ точек X(FORE) Y(PS) Z(UP)
1 0 0 0
2 1800 0 0
3 1800 -2000 0
№ точек X(FORE) У(РБ) 7(ЦР)
4 2310 -2000 0
5 2797 -2000 0
6 2956 -2000 0
7 2956 -3990 0
8 2956 -3990 159
9 2956 -3990 477
10 4956 -3990 477
11 6711 -3990 477
12 6711 -3990 1057
13 6711 -3990 2691
14 6711 -3990 3014
15 8869 -3990 3014
16 9021 -3990 3166
17 9021 -3340 3166
Номера точек свободного соединения: 1, 4, 5, 8, 10, 12, 13, 17. Точки 4 и 5 расположены на одном прямом участке трассы и равнозначны при выборе мест вращения, поэтому, чтобы не дублировать расчёт, в качестве точки свободного соединения выбираем только одну точку 4. Аналогично для точек 12 и 13. Окончательно определяем номера точек свободного соединения: s={1, 4, 8, 10, 12, 17}.
Далее необходимо проверить параллельность участков трассы. Для этого найдём векторы прямых участков, которые начинаются с точек свободного соединения. В результате определены четыре пары параллельных участков: 1-2 и 5-5, 1-2 и 10-11, 4-5 и 10-11, 8-9 и 12-13.
Так как точка 10 лежит между двумя парами параллельных участков 8-9 и 12-13, вращение трассы в месте свободного соединения № 10 будет нарушать параллельность пары параллельных участков 8-9 и 12-13. А также вращения пар 1-2 и 5-6, 1-2 и 10-11, 5-6 и 10-11 совместно компенсируют отклонение в направлении Z, а вращение пары 8-9 и 12-13 компенсирует отклонение в направлении Y. Поэтому для этой трассы можно не рассматривать перемещение трассы в месте свободного соединения № 10. Т.е. самыми оптимальными парами параллельных участков будут: 1 -2 и 5-6, 8-9 и 12-13.
На основании математических описаний, разработанных в [1] определяем расчётные параметры окружностей, полученных вращением труб с параллельными участками. Результат расчёта представлен в таблице 2. Вращение этих пар параллельных участков на определенный угол поворота образует дуги 1, 2, необходимые для построения области компенсации.
Таблица 2
Параметры окружностей, полученных вращением параллельных участков трассы
№ Пара параллельных участков Я, мм и е
1 1-2 и 4-5 2000 (0; 0; -1) (0; -1; 0)
2 8-9 и 12-13 3755 (0; 1; 0) (1; 0; 0)
Дуга 1 перемещается параллельным переносом по направлению дуги 2, образуя криволинейную поверхность S2. Уравнение поверхности S2 (рис. 3):
х = 3755ео8(/2) - 3755 у = -2000 ) + 37558ш(/2 ) + 2000 2 = -200081П(^ )
п п п п
--<<—,--<Г2 < —
36 1 36 36 2 36
Рис. 3. Поверхность S2
В результате расчёта определены координаты области компенсации:
х е {-14 +0},мм у е {-327 + 335}, мм г е {-174^174},мм
Область компенсационных возможностей трассы является изогнутой поверхностью, даёт возможность компенсации отклонений, возникающих в направлениях Y и Z. Значения поверхности в направлении X от -14 до 0 мм характеризует кривизну дуги 2.
Для компенсации параллелепипеда отклонений необходимо расширять область 82 в направлении X, чтобы область компенсации стала объёмной. Необходимое расширение области 82 в направлении X осуществляется назначением припуска на участке трассы, лежащем в направлении X, и даёт самую оптимальную возможность монтажа трасс трубопроводов. Для этой трассы можно назначить припуск на конце труб 221-630L0902.02 или 221-630L0902.04 или 221-630L0902.05 и монтаж будет осуществляться с двух сторон, но самый оптимальный вариант - это назначить припуск на концевом участке трубы 221-630L0902.01м и монтаж осуществлять со стороны трубы 225-630L0902.02.
В ходе экспериментальных исследований были определены и обработаны 107 трасс трубопроводов судовых систем. Результаты расчёта 10-и трасс представлены в таблице 3.
Таблица 3
Таблица компенсационных возможностей трасс трубопроводов
Обозначение трассы Координаты конца трассы, мм Количество пар параллельных участков Расчетная область компенсации, мм Назначение припусков, мм
1-313Ю101 X -3021 3 -165 - 193 0
У 583 -335 - 321 0
г 9082 0 50
2-313Ь0116 X 6330 4 -76 - 16 34
У 8624 0 50
г 5050 -488 - 488 0
3-313Ь0130 X 1333 2 -136 - 140 0
У 1783 -50 - 58 0
г 4837 0 50
4-313Ь0123 X -9649 6 0 100
У 5024 -138 - 116 0
г 358 -107 - 107 0
5-313Ь0113 X 16600 2 0
У 320 -34 - 34
г 1200 -28 - 28
6-313Ь0121 X -5092 4 0 50
У 1905 -109 - 108 0
г 1796 -336 - 329 0
7-313Ь0122 X -5000 2 0 100
У 176 -161 - 156 0
г 1335 -86 - 86 0
8-313Ь0128 X 3086 5 -400 - 387 0
У 4270 -891 - 844 0
г 3681 -847 - 785 0
9-313Ь0137 X 1048 4 -526 - 533 0
У 6005 -229 - 136 0
г -3279 -53 - 53 0
10-330Ы077 X 1520 1 0 50
У 3756 0 50
г 1200 -22 - 22 28
Замеры отклонений трасс трубопроводов и обработка результатов эксперимента
Из 107 трасс выбраны 86 трасс, имеющих возможность компенсации отклонений вращением пар прямых взаимно параллельных участков с учётом назначения припусков. Все трубы этих трасс изготовлены по проектным размерам с назначением припусков при необходимости и отправлены для монтажа.
По этим трассам проведены замеры фактических отклонений и значений лишних припусков, обрезаемых в процессе монтажа. Результаты экспериментальных замеров и порядок выполнения монтажа 9-и трасс трубопроводов представлены в таблице 4.
Таблица 4
Таблица результатов экспериментальных исследований
Обозначение Фактические Расчетная ком- Назначение Порядок монтажа трасс
трассы отклонения, мм пенсация, мм припусков, мм трубопроводов
1-313^)101 X -31 -165 - 193 ) Вращать 7-11
У 16 -335 - 321 ) Вращать 1-7; 11
Ъ 42 ) 5) Обрезать припуск 8 мм
2-313^)116 X 25 -76 - 16 34 Вращать 1-5 и обрезать припуск 22 мм
У -13 ) 5) Обрезать припуск 35 мм
Ъ 28 -488 - 488 ) Вращать 7; 11; 15
3-313^)130 X -18 -136 - 140 ) Вращать 1; 7
У -21 -50 - 58 ) Вращать 1-7
Ъ -26 ) 5) Обрезать припуск 24 мм
4-313^)123 X -53 ) Ш Обрезать припуск 45 мм
У 14 -138 - 116 ) Вращать 1-4-Ю
Ъ -8 -107 - 107 ) Вращать 10-14; 16
6-313^)121 X -24 ) 5) Обрезать припуск 26 мм
У 25 -109 - 108 ) Вращать 10
Ъ 25 -336 - 329 ) Вращать 1-7; 7-Ю
7-313^)122 X -36 ) Ш Обрезать припуск 64 мм
У -29 -161 - 156 ) Вращать 12
Ъ 11 -86 - 86 ) Вращать 8-12
8-313^)128 X 27 -400 - 387 ) Вращать 1-16
У 18 -891 - 844 ) Вращать 8-11
Ъ -32 -847 - 785 ) Вращать 6-13
9-313^)137 X -36 -526 - 533 ) Вращать 6-8; 1-17; 7
У -15 -229 - 136 ) Вращать 14-17
Ъ -Ю -53 - 53 ) Вращать 3-6
10-330L1077 X 16 ) 5) Обрезать припуск 34 мм
У -12 ) 5) Обрезать припуск 38 мм
Ъ Ю -22 - 22 28 Вращать 1-4 и обрезать припуск 28 мм
В качестве примера рассмотрим трассу 630L0902 (см. рис. 2), которая имеет две пары прямых взаимно параллельных участков. Область компенсационных возможностей трассы определяется по уравнениям:
х = 3755 со8(?2 ) - 3755 у = -2000 со8(?! ) + 3755 8т(?2) + 2000 г = -2000 )
При фиксировании угла возможного поворота:
% % % %
--< I <---< и < —
36 1 36' 36 2 36
определим область компенсации в интервале:
х е {-14 0},мм у е {-327 335}, мм г е {-174 ^174}, мм
Для полной компенсации всех возможных отклонений, возникающих при монтаже этой трассы необходимо назначить припуск 50 мм по направлению X [6,7]. Проведен замер фактических отклонений этой трассы получим:
Ах = 35 мм Ду = 40 мм Дг = 35мм
Учитывая, что
у = Ду
2 = Аг
составим систему уравнений
х = 3755 со8(?2 ) - 3755
-2000 со8(?! ) + 3755 8т(?2) + 2000 = 40
-2000 ) = 35
и в результате решения получим:
'1 = 1° '2 = 0,6° х = -0,2 мм
Это означает, что вращение пар параллельных участков в местах свободного соединения 1-5 и 8-12 (см. рис. 2) полностью компенсирует отклонения в направлениях У и 2, и одновременно перемещает конец трассы в направлении X на расстояние 0,2 мм в отрицательном направлении координатой оси □X. Окончательно, отклонения конца трассы полностью исключаются в направлениях У и г, остаётся отклонение в направлении X на расстоянии 34,8 мм. Необходимо обрезать лишний припуск 15,2 мм в направлении X для установки пригоняемой трубы.
Таким образом, замеры фактических отклонений и решение задач компенсации трасс трубопроводов подтверждают гипотезу об использовании вращения пар прямых взаимно параллельных участков для компенсации суммарных отклонений трасс трубопроводов.
Знак отклонений определяется направлением вектора АЛ от точки теоретического положения А до точки фактического положения А конца трассы в трёхмерной координатной системе.
По результатам экспериментальных замеров и выполнения предлагаемого порядка монтажа трассы трубопроводов классифицированы на четыре группы:
1) трассы, обладающие возможностью полной компенсации всех отклонений в трёх направлениях вращением параллельных участков (нет пригоняемых труб);
2) трассы, обладающие возможностью компенсации отклонений вращением параллельных участков в двух направлениях и использованием дополнительного припуска в оставшемся направлении;
3) трассы, обладающие возможностью компенсации отклонений вращением параллельных участков в одном направлении и использованием дополнительных припусков в двух оставшихся направлениях;
4) трассы, обладающие возможностью компенсации отклонений с использованием назначаемых припусков в трёх направлениях.
Выводы
В процессе подготовки экспериментальных исследований определены цель и задачи эксперимента, разработан план эксперимента и подготовлены необходимые исходные данные.
По результатам экспериментов можно сделать следующие выводы:
- в результате экспериментальных исследований сопоставлением фактических отклонений и области компенсационных возможностей с учётом назначаемых припусков подтверждены теоретические прогнозы компенсационных возможностей трасс трубопроводов на этапе проектирования.
- успешный монтаж трасс, трубы которых изготовлены по проектным размерам без уточнения размеров по месту, подтверждает концептуальные основы компенсации суммарных отклонений перемещением трасс трубопроводов.
- разработан порядок компенсации отклонений трасс трубопроводов с использованием взаимно параллельных участков с соединениями труб и дополнительными припусками.
- по результатам исследований созданы предпосылки для разработки методики повышения технологичности трубопроводов на стадии проектирования.
Список литературы:
[1] Нго Ж.В. Исследование компенсационных возможностей проектной трассировки трубопроводов судовых систем / Ж.В. Нго, К.Н. Сахно // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 1. - С. 157-164
[2] Сахно К.Н. Актуальность использования компенсационных возможностей прямых труб при проектировании, изготовлении и монтаже трубопроводных систем / К. Н. Сахно, Нго Жа Вьет, Во Чунг Куанг // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - Астрахань, - 2015. - № 2. - С. 22-26.
[3] Сахно К.Н. Исследование компенсационных возможностей прямых труб в трассах с погибами / К.Н. Сахно, Нго Жа Вьет // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - Астрахань, - 2016. - № 1. - С. 29-37.
[4] Сахно К.Н. Технология изготовления и монтажа трасс трубопроводов по проектной информации / К.Н. Сахно, Во Куанг Чунг, Нго Вьет Жа // Естественные и технические науки. Серия: технические науки. - Изд. «Спутник+» - 2017. - № 2 (104). - С 103-108.
[5] Сахно К.Н. Научные основы повышения технологичности трубопроводов судовых систем на стадии проектирования: дис. ... д-ра техн. наук / К.Н. Сахно. - Астрахань, 2012. - 353 с.
[6] ОСТ 5.95057-90. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Типовой технологический процесс изготовления и монтажа трубопроводов. - РТП НПО «Ритм». -207 с.
[7] РД 5Р.0005-93. Системы судовые и системы судовых энергетических установок. Требования к проектированию, изготовлению и монтажу труб по эскизам и чертежам с координатами трасс трубопроводов. - СПб.: ЦНИИТС. - 82 с.
EXPERIMENTAL STUDIES OF COMPENSATION PROSSES OF DEVIATIONS OF SHIP SYSTEM PIPELINES
G. V. Ngo, K.N. Sakhno
Keywords: pipelines, design, installation, deflection, compensation area.
In the presented paper, the authors consider the problem of improving the manufacturability of ship system pipelines at the stage of designing. Solutions of the problem of manufacturing and installation of marine pipelines without removing the measurements are presented. Experimental studies of deviations compensation in two stages have been made: the scoping of compensation opportunities and the actual measurements of pipelines deviations. The con-
ceptual basis of the compensation of total variance by pipelines movement have been confirmed and the algorithm for deviations compensation of pipelines with the use of mutually parallel sections with joints and additional overmeasures have been developed.
Статья поступила в редакцию 12.10.2017 г.
УДК 629.12.001.2: 656.66.
В.И. Самулеев, к.т.н., профессор ФГБОУВО «ВГУВТ» Ю.П. Мухин, судовой электромеханик «Рикмерс групп» В.К. Калачёв, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОТОРОВ ФЛЕТТНЕРА ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ ПАРОМОВ ПРОЕКТА 1809
Ключевые слова: роторы Флеттнера, гребная электрическая установка, широтно-импульсная модуляция, системы активного движения, экономия топлива, ветровые условия, моделирование.
В последнее время часто появляются весьма нестандартные подходы к решению задач экономии топлива и повышения эффективности судовых пропульсивных энергетических установок. Такой вывод был сделан в связи с успешными испытаниями спущенного в 2010-м году судна типа «ро-ро» под названием «E-Ship-1». Конструкция его необычна тем, что с целью экономии энергии в качестве движителей применяются вращающиеся цилиндры, получившие название роторов Антона Флеттнера. Авторами статьи изложены технико-экономические обоснования применения систем с такими движителями при модернизации парома проекта 1809.
В [1] роторы Флеттнера отнесены к движителям активной группы наравне с парусами. Также установки такого рода изучаются, проектируются некоторыми исследователями [2, 3] из Финляндии, Германии для многих типов судов. Чаще всего они используются как вспомогательные, однако произведёнными расчётами энергетических показателей авторы статьи не исключают использования данных систем в качестве основных энергетических установок судов.
Одним из результатов работ европейских исследователей и конструкторов является снижение расхода топлива в среднем на 30-40% на судне «Е-8Ыр-1» (Рис. 1а), построенном при совместном участии судостроительной верфи в Эмдене и немецкой фирмы «Епегсоп», которая также является и заказчиком судна [4]. Это снижение достигается за счет использования в качестве движущей силы энергии ветра, набегающего на вращающиеся цилиндры высотой 27 м и диаметром 4 м (без учёта стабилизирующих шайб). В результате при определённой скорости вращения данных цилиндров возникает необходимый упор, толкающий судно вперёд с заданной скоростью. Первым же судном, официально использующим так называемый эффект Магнуса, было судно «Букау» (Рис. 1б) немецкого инженера Антона Флеттнера. Два цилиндра раскручивались от двигателей мощностью 60 кВт каждый, с частотой 160 оборотов в минуту. Схема электродвижения представляла собой классическую схему «Вард-Леонарда». Судно развивало ход до 12-16 узлов.