CC BY
31[2] Казаков А.П. Организация и планирование работы речных портов: учебник / А.П. Казаков, И.П.Фадеев. - М.: Транспорт, 1989. - 206 с.
[3] Телегин А.И. Качество и эффективность перевозок сухогрузов. Методы и результаты исследований за 1970-2000 годы: монография / А.И. Телегин [и др.]. - Н. Новгород: ВГАВТ, 2002. -299 с.
[4] Телегин А.И. Обеспечение стандартного качества и эффективности транспортирования и поставки нерудных стройматериалов, добываемых из речных водоемов: монография / А.И. Телегин, А.О. Ничипорук. - Н. Новгород: Изд-во ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2015. - 216 с.
[5] Телегин А.И. Повышение сохранности сухогрузов при перевозке речным транспортом: ав-тореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.22.19 / Телегин Анатолий Иванович. - Горький: ГИИВТ, 1989. - 51 с.
[6] Кузин Д.А. Пути оптимизации клиентской базы // Иннов: электронный научный журнал, 2015. №2 (23). URL: http://www.innov.ru/science/economy/puti-optimizatsii-klientskoy-bazy/
MODELS FOR ASSESSING THE FEASIBILITY OF COMPLETE SHIP STRIPPING WHEN TRANSPORTING NON-METALLIC BUILDING MATERIALS ON LOCAL LINES
A.O. Nichiporouk
Key words: cargo transportation, non-metallic building materials, ship cleaning.
The article touches upon the existing methodological approaches to the assessment of the expediency of full ship cleaning for the transport of non-metallic building materials on local lines. Their shortcomings are identified and a new methodical approach to the solution of this problem is proposed.
Статья поступила в редакцию 10.03.2017 г.
УДК 656.62
А.Ю. Платов, доцент, доктор техн. наук, заведующий кафедры ФГБОУ ВО «НГАСУ».
603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65 Ю.В. Гусева, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ МЕТОД НОРМИРОВАНИЯ
СКОРОСТИ И РАСХОДА ТОПЛИВА ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПЛАНИРОВАНИИ РАБОТЫ РЕЧНЫХ ГРУЗОВЫХ СУДОВ
Ключевые слова: нормирование расхода топлива, метод нормирования скорости, эксплуатационный метод, ограничительные характеристики, винтовые характеристики
Статья посвящена вопросу нормирования скорости движения судна и расхода топлива. Проанализированы существовавшие ранее методы нормирования. Рассмотрены их недостатки. Кроме того, в статье предложен новый автоматизированный метод нормирования времени следования и расхода топлива, который ориентирован на использование его в задачах планирования работы флота.
Одной из важнейших задач планирования работы флота на всех уровнях от навигационного до рейсового является обоснование норм использования флота, среди которых особое значение в современных условиях имеют нормы времени следования и расхода топлива.
Следует заметить, что методы расчёта расхода топлива не были представлены в принятых в СССР отраслевых методиках планирования: график движения, технический план. Декадный план рассчитывался на основе норм времени следования, в то время как нормы расхода топлива в этих расчётах не фигурировали. Практика планирования на российском речном флоте в этом аспекте осталась неизменной.
До 1965 г. нормирование расхода топлива осуществлялось в расчёте на единицу грузооборота, как это, например, предусматривалось инструкцией МРФ [1]. С 1965 г. была введена порейсовая система нормирования, в которой раздельно учитывалось время в ходу, манёврах и стоянках.
Исторически сложилось так, что специалисты по эксплуатации работы флота -«эксплуатационники» - в основном были сосредоточены на задачах обоснования технических скоростей судов и составов, в то время как специалисты по судовым энергетическим установкам - «механики» - уделяли внимание расходу топлива. Этот факт можно объяснить тем, что первым важна именно перевозка груза и выполнение пароходством своих договорных обязательств, и зачастую расход топлива и другие расходы в составе себестоимости отходили на второй план. А для вторых является важным именно вопрос нормирования расхода топлива и оценки его фактического использования, так как это их основная задача. То есть можно сказать, что изначально задачи, решаемые «эксплуатационниками» и «механиками», не пересекались в части нормирования расхода топлива. И в настоящее время в судоходных компаниях расходы на топливо, как в натуральном, так и в стоимостном выражении, планируются без какой-либо привязки к процессу организации работы флота, и тем более скоростям движения и участкам работы флота. В результате до сих пор имеется «разрыв методик», который в частности приводит к нормированию времени следования раздельно от нормирования расхода топлива. Однако следует отметить, что в некоторых пароход-ствах этот «разрыв методик» преодолевается благодаря наличию программных средств, которые позволяют осуществлять нормирование расхода топлива на основе задаваемого времени рейса. Но для этого должна существовать налаженная связь между эксплуатационной службой и теплотехнической службой.
Однако в «разрыве методик» можно видеть также и объективную причину, которую можно объяснить несоответствием в уровне планирования. Действительно, на уровне навигационного планирования становится затруднительным оперировать такой информацией, как диаметр цилиндра двигателя, геометрический шаг винта и т.д., которая естественно может рассматриваться только на уровне отдельного судна или рейса. Модель работы флота, как и всякая математическая модель, должна отличаться разумной степенью абстракции, в ней должны быть отброшены несущественные детали, мало влияющие на картину моделирования. Абстракция - это необходимое качество модели.
Уже на декадном уровне многие теплотехнические и геометрические параметры судна не оказывают существенного влияния на результаты моделирования работы флота. Но вместе с тем достаточно точный расчёт расхода топлива возможен как раз при максимальном использовании технических параметров в специальных моделях пропульсивного комплекса (ПК), увязывающих в системе уравнений взаимовлияние гидродинамики корпуса, движителей и термодинамики главных двигателей (ГД).
Вплоть до конца 80-х было технически невозможно применять подобные модели ПК в задачах планирования как из-за ограничений вычислительной техники, так и из-за отсутствия практически пригодных моделей ПК. За рубежом такая модель впервые была разработана в неопубликованной работе W. Droste [2] в 1984 г., а в нашей стране - В.А. Пискуновым и Г.А. Самыкиным [3] в 1979 г. В период с 1996 г. по 2001 г. Пла-
товым А.Ю. [4] была разработана многофакторная модель ПК, которая была реализована в нескольких программных комплексах.
Однако внедрения подобных моделей ПК в практику планирования не произошло. Главной причиной этого, конечно, является то, что на сегодняшний день планирование работы флота осуществляется, по сути, ручным способом, то есть без каких-либо моделей. Автоматизация планирования коснулась только её транзакционных элементов: сбора информации, хранения, передачи и простейшей обработки данных. Предметная обработка данных, аналитическая составляющая планирования остаются до сих пор неавтоматизированной. Но следует заметить, что даже для уровня навигации можно укрупненно рассчитать расход топлива в количественном выражении. Для этого необходима информация о планируемых грузопотоках: пункт отправления и назначения, расстояние перевозки груза, потребность во флоте в разрезе типов флота, объем груза, количество отправлений, норма загрузки, взаимоувязка грузопотоков, а также нормы расхода топлива по видам флота. Таким образом, можно приблизительно определить расход топлива на ходовые операции. Для определения этой величины для стояночных операций можно воспользоваться сложившимся многолетним опытом ведения учета фактического расхода топлива. Этот опыт свидетельствует о том, что величина расхода топлива на стояночных операциях составляет приблизительно 7% от расхода топлива в ходу. Безусловно, такой расчет является весьма грубым, приближенным, неавтоматизированным и не учитывает порожние пробеги, которые являются неотъемлемой частью организации перевозочного процесса. Но это все же лучше, чем те методы, которые в настоящее время применяются в пароходствах, а именно, планирование расхода топлива на предстоящую навигацию исходя из фактических данных за предыдущую навигацию. Эти методы имеют очевидный недостаток - перенос условий работы за прошлый период на будущий период.
Опуская вопрос актуальности такой автоматизации, зададимся вопросом: какие методы нормирования скорости и расхода топлива судов и составов должны применяться в составе автоматизированного планирования работы флота.
Поскольку никаких принципиальных препятствий для использования моделей ПК нет, то высокая точность и адекватность таких моделей подразумевает очевидный ответ на поставленный вопрос. Однако первая же попытка программной реализации модели работы флота заставила взглянуть на проблему иначе.
Сразу же проявился недостаточный уровень абстракции модели работы флота. Данные эксплуатационные - объёмы перевозок, рабочее ядро флота, срок навигации и т.д. - смешивались с данными теплотехническими и гидродинамическими - геометрия гребных винтов, температура выпускных газов ГД, коэффициенты полноты корпуса и т.д. Совершенно очевидно, что полноценный пользователь такой модели работы флота должен обладать некоторым уровнем квалификации в весьма различных и достаточно сложных областях технических наук. Кроме того, любая методика планирования должна иметь в своём составе какой-нибудь метод расчёта себестоимости перевозок, учитывающий влияние глубин фарватера на эксплуатационные расходы в части расхода топлива.
Совершенной может быть названа только такая модель, в которой уровень абстракции оптимальный. И только совершенная модель может претендовать на долгое практическое применение, а зачастую и просто на какое-либо применение.
Если исходить из того, что такие параметры, как частота вращения вала ГД на пути следования судна или состава, среднее эффективное давление в цилиндре ГД или коэффициент засасывания и т.п. не нужны для планирования работы флота, то это означает необходимость использования метода нормирования времени следования, специально ориентированного на использование его в задачах планирования. Из такого метода должны быть исключены теплотехнические и гидродинамические параметры, но погрешность определения скорости и расхода топлива должна быть достаточной для уровня планирования работы флота.
Будем для определённости называть метод, для работы которого нужны только технические данные о судах и составах эксплуатационного уровня - скорость, мощность, часовой расход топлива, грузоподъёмность и т.д. - эксплуатационно-техническим методом нормирования скорости и расхода топлива (ЭМН). Назовём методы, в которых используется теплотехническая и гидродинамическая информация о судне, теплотехническими методами нормирования (ТМН). Областью применения методов первого типа будем считать задачи планирования работы флота, областью методов второго типа - задачи рейсового планирования, а также учёта и контроля.
Исходя из обозначенного выше принципа разделения, при построении автоматизированного метода планирования следует сразу исключить из рассмотрения методы нормирования на базе моделей В.А. Пискунова [3] и А.Ю. Платова [4], ибо они являются ТМН. Из сугубо «эксплуатационных» методов нормирования расхода топлива можно назвать отраслевой метод нормирования, а также методы В.М. Новикова [5], Г.Б. Журавлёва [6] и Е.М. Шапошникова [7].
Отраслевой эксплуатационно-технический метод нормирования (ОМН) является старейшим, так как применяется минимум с 40-х годов XX века. Он использовался ещё для нормирования расходов для пароходов. В 1965 г. метод был принят в отраслевой инструкции [8]. Метод выражается формулой
F = geNetх, (1)
где ge - норма расхода топлива, кг/(кВт-ч);
Ne - эффективная мощность силовой установки, кВт;
tх - ходовое время, ч.
В той редакции, в которой ОМН фигурировал в 50-е и 60-е года, норма устанавливалась одинаковой для нескольких типов судов. В этом случае значение паспортной эффективной мощности конкретизировало тип судна, для которого вёлся расчёт. В литературе 70-х годов и более поздней в качестве нормы ge чаще всего понимается паспортное значение удельного расхода топлива ГД, что делает такую структуру формулы бессмысленной, так как geNe в этом случае будет равно паспортному значению часового расхода топлива ГД при номинальной мощности.
Однако ни «старый», ни «новый» варианты ОМН не обеспечивают приемлемой точности расчётов. В первом случае получается усреднение расхода топлива по типам судов, что при разумном выборе нормы ge, вероятно, позволяет получить удовлетворительную оценку суммарного расхода топлива по всем типам. Но очевидно при этом, что такая суммарная оценка непригодна для принятия оптимальных решений на уровне планирования, так как для такого решения требуется сравнение себестоимо-стей содержания судов разных типов.
Во втором случае формула будет давать сильно завышенные значения расхода топлива, так как суда обычно имеют лёгкие винты. Поэтому гораздо точнее будет вместо величины geNe использовать значение часового расхода топлива, полученного при теплотехнических испытаниях судна. Однако хорошей точности это тоже не даёт.
В работе В.Г. Веселова [9] предлагается корректировать результаты формулы по снижению средней скорости судна. Но результаты такой корректировки оказываются значительно хуже, чем об этом пишут авторы. В таб. 1 приведены расчёты движения танкера проекта № 1577 «Волгонефть» на трёх разных участках с максимальной скоростью. Расход топлива рассчитывается по методу А.Ю. Платова, который принят за эталон сравнения, а также с помощью трёх вариантов ОМН.
ТМП - теплотехнический метод А.Ю. Платова, ОМН1 - ОМН с паспортными данными ГД, ОМН2 - ОМН с теплотехническими данными, ОМН3 - ОМН с корректировкой.
Таблица 1
Расчеты расхода топлива при движении танкера проекта № 1577 «Волгонефть»
Номер проекта Участок Время хода, час. Расход топлива, т.
ТМП ОМН1 ОМН2 ОМН3
1577 Азов-Волгоград 37,8 12,2 12,6 10,6 6,7
Ярославль-Кронштадт 79,4 19,2 26,6 22,3 10,3
Астрахань-Санкт-Петербург 257,7 62,7 86,2 72,1 31,4
Можно видеть, что во всех трёх случаях результаты оказываются неудовлетворительными. Корректировка занижает значение расхода топлива вдвое. На наш взгляд попытки реанимировать ОМН совершенно бесперспективны и необходимо вывести этот способ из эксплуатационной науки и практики.
Нормы расхода топлива, рассчитанные в соответствии с ОМН, были внедрены в действие в 1966 г. на грузовых судах Волжского объединенного речного пароходства (ВОРПа). Неудовлетворительные результаты такого внедрения послужили основанием для разработки метода нормирования Г.Б. Журавлёва [6]. Согласно этому методу расход топлива за некоторый период определяется выражением:
F = k (ар + с)^, (2)
где а, c - коэффициенты линейной аппроксимации зависимости часового расхода топлива от загрузки судна; р - показатель нагрузки тоннажа за период;
k - коэффициент, учитывающий сезонность и отклонения среднестатистических значений расхода топлива от расчётных.
В работе [6] этот коэффициент принимается равным 0,8, но никаких указаний на метод его расчёта не приводится. Нетрудно видеть, что все проблемы ОМН остаются таковыми и в [6].
В рассмотренных эксплуатационно-технических методах очевидна одна и та же проблема: это отсутствие связи между скоростью судна и расходом топлива. Эту связь предлагалось устанавливать с помощью коэффициентов, как в методе В.М. Новикова, или через влияние скорости на мощность, однако, в силу сложного взаимодействия между двигателем, корпусом и движителем правильное решение возможно лишь на пути моделирования всего пропульсивного комплекса как взаимосвязанной системы.
Одно решение такого рода состоит в раздельном моделировании поведения компонентов пропульсивного комплекса и сведения этих моделей в систему из некоторых дифференциальных или нелинейных алгебраических уравнений. Такое решение приводит к теплотехническим методам нормирования.
Другое решение состоит в простом аналитическом описании поведения комплекса. Отчасти такой подход реализован в модели Пискунова В.А. [3], однако, она остаётся ещё слишком сложной для эксплуатационного уровня, так как ключевые зависимости этой модели формулируются в координатах среднее эффективное давление в цилиндре ГД - частота вращения вала ГД.
Кроме этого, имеются методы расчёта расхода топлива (или эффективной мощности) на мелководье Л.И. Фомкинского [10], Е.М. Тумаринсона [11], Ю.И. Кулибанова [12], В.С. Соколова [13].
Существует также несколько методик «эксплуатационного уровня», с помощью которых рассчитывается снижение скорости судна на мелководье. Все эти методики сводятся к простой формуле:
kv
h ном
(3)
где Уном - паспортная скорость судна на глубокой воде, kh - коэффициент влияния мелководья.
Но все эти способы различаются способом вычисления коэффициента kh. Самым известным среди таких способов является графическая зависимость Л.И. Фомкинского [14]. В отечественной литературе можно найти также аналитические зависимости для коэффициента К.Н. Шимко, Е.Н. Шапошникова, В.А. Пискунова, В.Г. Павленко, а также имеется графическая зависимость С.П. Арсеньева. Кроме этого, для морских судов на основе гипотезы Шлихтинга разработаны методы И.В. Гирса и Ю.В. Афанасьева, П.А. Апухтина и А.П. Смирнова. Методики этих авторов приведены в [15]. В иностранной литературе наиболее известен метод Н. Lackenby [16], рекомендованный конференцией ITTC [17], а также метод L. Landweber, используемый также для определения снижения скорости в стеснённом потоке (канале) [18].
Несмотря на физическую некорректность способа пересчёта, основанного на формуле (3), можно показать, что с его помощью получаются приемлемые по точности оценки скорости судна на мелководье.
На рис. 1 приведён пример расчёта скорости на мелководье с помощью некоторых методов.
Относительная глубина И/Т Рис. 1. Снижение скорости на мелководье теплохода проекта № 507Б
v
Иначе дело обстоит с определением расхода топлива ГД. Л.И. Фомкинским, В. Соколовым были предложены методы расчёта эффективной мощности ГД, а Е.М. Тумаринсоном, Ю.М. Кулибановым - методы аппроксимации часового расхода топлива в зависимости глубины пути.
На рис. 2 представлены результаты расчётов по названным методам, причём расход топлива по методу Ю.М. Кулибанова пересчитывался в мощность в предположении постоянного эффективного к.п.д.
Как можно видеть из рис. 2, методы показывают качественно различные результаты. При этом такое разное качественное поведение возможно, и это зависит от условий плавания и типа судна. Поэтому использование простых аппроксимаций для расчёта мощности или расхода топлива невозможно. Реальные характеристики могут быть получены только из решения систем уравнений, описывающих поведение судового пропульсивного комплекса.
Итак, из всего ранее изложенного можно сделать вывод, что основаниями для разработки нового более корректного в расчетах метода нормирования скорости и расхода топлива являются недостатки предыдущих методов. Такими недостатками являются:
- неудовлетворительная точность получаемых результатов (в том числе значительное завышение и занижение результатов);
- невозможность применения получаемых результатов для принятия оптимального решения, так это требует определения дополнительных параметров планирования;
- отсутствие связи между скоростью движения судна и соответствующим ей расходом топлива;
Рис. 2. Зависимость эффективной мощности ГД для танкера проекта № 1577: 1 - метод Л.И. Фомкинского, 2 - Е.М. Тумаринсона, 3 - Ю.М. Кулибанова, 4 - В. Соколова
- значительная сложность некоторых методов, реализовать которые возможно только с помощью моделирования и использования теплотехнических данных, что может значительно затруднить процесс реализации;
- от специалистов, которые будут заниматься подобными расчетами, требуется высокий уровень подготовки в части знания как эксплуатационной работы, так и многих теплотехнических и гидродинамических особенностей работы флота.
Для построения другого метода расчета, соответствующего эксплуатационному уровню, сделаем несколько предположений.
Во-первых, предположим, что скорость судна V связано с частотой вращения ГВ линейной зависимостью:
V = кп, (4)
где к - коэффициент пропорциональности.
Данное предположение, как известно, не приводит к заметным погрешностям для водоизмещающих судов со скоростью Фруда меньшей 0,1-0,2, что является типичным значением для речных грузовых судов.
Прямым следствием этого допущения является то, что винтовая характеристика
по эффективной мощности Ne в зависимости от скорости судна V выражается кубической параболой:
Ne = /V3, (5)
где / - коэффициент пропорциональности, а между моментом на валу ГВ М и скоростью V имеется квадратичная зависимость:
Мр = mv2, (6)
где т - коэффициент пропорциональности.
При известных скорости v0, моменте М0 и эффективной мощности Ы0 все коэффициенты пропорциональности могут быть вычислены по выражениям:
к = (7)
т = Щ-, (8)
V)
N
/ = % (9)
V)
Во-вторых, будем считать, что ограничительные характеристики по моменту и по частоте вращения будут представлять собою линейные функции:
Ne = ап - bnV, (10)
Ne = ат + (11)
где ат, Ът, ап, Ьп - коэффициенты, которые необходимо определить на основании данных натурных испытаний.
Это предположение также хорошо известно, и может быть обосновано как эмпирически, так и на основе моделей гидродинамики пропульсивного комплекса.
п0
В-третьих, будем считать, что скорость, вычисляемая по формуле (3), является скоростью судна при постоянной частоте вращения ГВ. Такое допущение использовалось в модели В.А. Пискунова, хотя и не было в этой модели сформулировано явным образом. Погрешность, вносимая данным допущением, требует специального исследования.
В-четвёртых, будем считать, что ГВ является лёгким или оптимальным. Следовательно, скорость судна на глубокой воде будет точкой на ограничительной характеристике по частоте вращения.
На основе трёх последних допущений можно вычислить максимальную скорость и соответствующую эффективную мощность на мелководье. Для этого сначала определяются значения скорости и мощности на характеристике по частоте вращения:
V) = ^но^ (I2)
N = а„ - ¿Л. (13)
Если вычисленная мощность меньше, чем мощность на другой характеристике
N0 < а + Ь V,, (14)
0 т т 0' V '
то скорость и мощность найдены, и можно на их основе вычислять расход топлива. В противном случае, скорость v0 недостижима и требуется определить пересечение винтовой характеристики с параметрами N 0 и v0 с ограничительной характеристикой по моменту из уравнения:
N0
-0- V3 = ам + Ь^. (15)
0
Это кубическое уравнение после приведения к нормализованной форме решается по формуле Кардано, а полученная скорость принимается за максимальную. Соответствующая мощность может быть вычислена из правой или левой части формулы (15).
В-пятых, будем считать, что эффективный коэффициент полезного действия (к.п.д.) ГД - постоянная величина. При известной эффективной мощности, определённой так, как описано выше, пятое допущение позволит вычислять часовой расход топлива по выражению:
G = 36002-^, (16)
ЯНи
где Це - эффективный к.п.д. дизеля; Ни - низшая теплота сгорания топлива.
Как можно видеть, если известны скорость судна на глубокой воде, а также коэффициенты ат, Ьт, ап, Ьп, то скорость на мелководье и соответствующий часовой расход топлива определяются в последовательном применении формул (13), (15), (16). По сути выше описан алгоритм вычисления скорости и часового расхода топлива. Единственное дополнение касается скорости меньшей, чем допустимая ограничительными характеристиками. Такая ситуация встречается, например, при движении по каналам.
В этом случае после определения максимальной скорости vс мощность вычисляется
при заданной скорости V по формуле винтовой характеристики:
_ ^ V3. (17)
V,
Таким образом, для полного описания метода остаётся определить процедуры вычисления скорости судна на глубокой воде и коэффициентов ограничительных характеристик.
Будем считать, что известны следующие данные: регистровая загрузка и масса балласта, им соответствующие осадки, номинальная эффективная мощность двигателей Neном , скорость в грузу и порожнём (в балласте) V и vпор при глубине пути ^,
а также часового расхода топлива ГД Gгр и Gпор в грузу и порожнём (в балласте)
соответственно. Последние четыре величины определяются на основании натурных испытаний.
Из этих данных на глубокой воде при заданной загрузке судна Q скорость вычисляется линейной интерполяцией по значениям скорости в грузу и порожнём:
К ^(б - Qпор)-Кор(б - О,)
Ъ • .V- V- , V _ гр У^ а^-пор / пор ^^^ чр / (18)
ном 1 ' ^ '
К б - бпор
где бгр и бпор - регистровая грузоподъёмность и масса балласта; К - коэффициент влияния мелководья при глубине пути ^.
Вычисление коэффициентов ограничительных характеристик осуществляется более сложным путём. Сначала по формуле (16) при известных Gгр и Gпор определяются значения эффективной мощности ГД N в грузу и Жшор порожнём (в балласте). При этом для всех судов принимается значение эффективного к.п.д. Це _ 0,36.
Используя второе и четвёртое допущение, через две «точки» N - V и Nlmор -vпор «проводим» прямую - ограничительную характеристику по частоте вращения:
N V - N V
(19)
N V - гр пор ^ V пор гр
V -V
пор гр
N - N
пор гр
V пор - V гр
(20)
Для определения коэффициентов характеристики по моменту также необходимо
.3
найти две точки. Для этого по винтовым характеристикам в грузу (—зр V3) и порож-
N
пор 3
нём (—з— V ) определяются точки, в которых достигается значение номинального V
пор
момента. Чтобы определить такую точку, рассмотрим некоторую винтовую характеристику:
N.
Ne V3, (21)
Причём будем считать, что скорость V0 достигается на номинальной частоте вращения. Выражение момента на валу ГД может быть выражено по формуле:
П
м =
N
2%Мп
= к
N
е
2%у
(22)
Подставляя в условие достижения ограничительной характеристики по моменту М = Мном выражение винтовой характеристики, и учитывая, что при номинальной
частоте пном достигается скорость v0, получим:
N
М„ = -
2%п„
N N N
= ^ном к = м = к= к-Ц
2%v 2лvv.
-V3 = kNс
2%vn
'И
V V. у
(23)
Окончательное выражение имеет вид:
kN,
kNn
( „Г
2^„ 2nvl,
V Vс у
(24)
Из него можно определить скорость при выходе на ограничительную характеристику по моменту:
V = V,
N„
N.
(25)
0
После этого осталось определить мощность при данной скорости:
>3
N = N.
'И
V V у
= N..
N..
N.
(26)
Подставляя вместо v0 и N значения V , N и V
N „
соответственно,
определим две точки, через которые проходит характеристика по моменту и вычисляем её коэффициенты по выражениям:
V = V
гр гр.
N.
N.
V = V
пор пор -
N.
N.
(27)
N^ = Na
1
N.
N
NПор = Na
1
N.
N
ат = (NipVПор - ^Лор^р ) /(VПор - ^р X
Ьт = (Nпор - N^^ор - V^).
(28)
(29)
(30)
Можно заметить, что для произведения всех необходимых расчётов не требуется знать номинальной частоты вращения ГД, и вообще частота вращения ГД не представлена явно. Таким образом, данная методика соответствует тем требованиям, которые предъявляются к эксплуатационно-техническим методикам.
На рис. 3 изображены ограничительные и винтовая характеристики танкера проекта № 1577, рассчитанные с помощью изложенных формул.
2
2000
Рис. 3. Винтовая и ограничительные характеристики танкера проекта № 1577
Предлагаемая в данной статье методика позволяет отказаться от использования в расчетах по планированию узких и довольно сложных технических особенностей работы флота, и при этом получить более корректные результаты расчетов, которые будут вполне применимы для планирования работы флота на уровне навигации.
Список литературы:
[1] Инструкция по нормированию расхода топлива на транспортную работу, выполняемую судами речного флота. Приказ МРФ №151-пр от 25 июня 1962 г.
[2] Droste W. Dynamic simulation of propulsion systems. Unpublished preprint, 1984.
[3] Пискунов, В.А. Совершенствовать нормирование топлива / В.А. Пискунов, Г.А. Самыкин, Е.М. Тумаринсон // Речной транспорт. - 1983. - № 3. - С. 28.
[4] Платов А.Ю. Методы оперативного планирования работы речного грузового флота в современных условиях: монография / А.Ю. Платов. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009. - 155 с.
[5] Новиков, В.М. Новый метод нормирования топлива для транспортных судов / В.М. Новиков // Труды ГИИВТ. - Горький, 1965. - Вып. 70. - С. 135-142.
[6] Журавлев Г.Б. Новый метод нормирования расхода топлива для грузовых судов / Г.Б. Журавлёв // Труды ГИИВТ. - Горький, 1972. - Вып. 119, ч. 1. - С. 134-144.
[7] Шапошников, Е.М. Автоматизация расчётов нормативов и показателей работы судов и составов при оптимальном планировании / Е.М. Шапошников // Труды ЦНИИЭВТ. - М., 1969. -Вып. 56. - 136 с.
[8] Временная инструкция по планированию и нормированию расхода топлива для судов речного флота, 1965.
[9] Веселов В.Г. Совершенствование методов планирования расходов на энергоресурсы в судоходных компаниях / В.Г. Веселов, В.И. Минеев // Вестник ВГАВТ. - Нижний Новгород, 2007. -Вып. 21. - С. 133-137.
[10] Фомкинский Л.И. Методика тяговых расчётов при обосновании судов речного флота / Л.И. Фомкинский // Труды ЦНИИЭВТ. - М., 1972. - Вып. 86. - 185 с.
[11] Тумаринсон, Е.М. Новая система нормирования расхода топлива / Е.М. Тумаринсон // Речной транспорт. - 1967. - № 2. - С. 24-26.
[12] Кулибанов Ю.М. Экономичные режимы работы судовых энергетических установок / Ю.М. Кулибанов, П.А. Малый, В.В. Сахаров. - М.: «Транспорт», 1987. - 205 с.
[13] Соколов В. Определение действительных скоростей движения судов и расхода топлива / В. Соколов // Речной транспорт. - 1969. - № 1. - С. 33-34.
[14] Временные правила производства судовых тяговых и скоростных расчетов [Текст]: утв. 04.08.1960 г.; введ. с 6 авг. 1960 г. / МРФ РСФСР. Глав. упр. перевозок и эксплуатации флота. -М.: Речной транспорт, 1961 - 111 с.
[15] Басин А.М. Гидродинамика судов / А.М. Басин, В.Н. Анфимов. - Л.: Речной транспорт, 1961. - 684 с.
[16] Lackenby H. The Effect of Shallow Water on Ship Speed. The Shipbuilder and Marine Enginebuilder, September, 1963. - P. 13-19.
[17] ITTC Recommended Procedures and Greedlines/ Speed and Power Trials.Part 2. - 2014
[18] Molland A.F. Ship Resistanse and Propulsion / A.F. Molland, S.F. Turnock, D.A. Hudson. -Cambridge Univercity Press, 2011. - P. 563.
THE OPERATIONAL METHOD OF NORMALIZING OF SPEED AND FUEL CONSUMPTION WITH AUTOMATED PLANNING OF RIVER CARGO SHIPS OPERATION
A. U. Platov, J. V. Guseva
Keywords: normalizing of fuel consumption, method of normalizing of speed, operational method, limiting characteristics, screw characteristics
The article is devoted to the issue of normalizing of vessel's speed and fuel consumption. It has also been analyzed the existing methods of rationing. Their shortcomings are considered. In addition, the article proposes a new automated method for normalizing the timing and consumption offuel, which is oriented on using it in the tasks of planning the work of the fleet.
Статья поступила в редакцию 23.01.2017 г.
УДК 656.621/.626
О.В. Таровик, старший научный сотрудник, к.т.н., ФГУП «КГНЦ» А.А. Кондратенко, инженер 2 категории, ФГУП «КГНЦ» А.Б. Крестьянцев, начальник сектора проектирования морских транспортных систем, ФГУП «КГНЦ»
А.Г. Топаж, ведущий научный сотрудник, д.т.н., ФГУП «КГНЦ» ФГУП «Крыловский государственный научный центр» 5 отделение, г. Санкт-Петербург, Московское ш., 44
ГРУЗОПЕРЕВОЗКИ ПО ВОДНЫМ ПУТЯМ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Ключевые слова: речные грузоперевозки, флот Западной Сибири, Обь-Иртышский бассейн, Енисейский бассейн, портовая инфраструктура.
В статье рассмотрено текущее состояние грузоперевозок по рекам Западной Сибири, отмечены дальнейшие перспективы их развития. При выполнении работы использованы многочисленные источники информации, позволившие оценить объемы и географию грузопотоков, состояние портовой инфраструктуры, а также установить численность и характерные особенности флота региона.
Введение
Речные пути Обь-Иртышского (ОИ) и Енисейского (Е) бассейнов являются важными транспортными артериями и имеют особое значение для Западной Сибири и
