CC BY
58
Выпуск 3
ВОДНЫЕ ПУТИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И ПОРТЫ
УДК (626.4:626.421.4) 001.2
А. М. Гапеев,
д-р техн. наук, профессор,
СПГУВК
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СУХОГРУЗНОЕ СУДНО С НАЧАЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНТОМ НОСА ИЛИ КОРМЫ ПРИ НАПОЛНЕНИИ КАМЕРЫ ШЛЮЗА С ГОЛОВНОЙ СИСТЕМОЙ ПИТАНИЯ HYDRODYNAMIC IMPACT ON THE DRY-CARGO VESSEL WITH INITIAL HEAD OR STERN TRIM DIFFERENCE DURING LOCKAGE UNDER THE HEAD FEED SYSTEM
Приводятся результаты лабораторных гидравлических исследований и дается приближенное теоретическое решение задачи для определения первого пика гидродинамических сил.
The result of laboratory hydraulic investigations is presented. The theory task solution of the identification of the first hydrodynamic forces peak is realized.
Ключевые слова: судоходный шлюз, головная система питания, гидравлические исследования, дифферент судна, гидродинамические силы.
Key words: shipping lock, head-endfilling, hydraulic exploration, ship different, hydrodynamic forces.
ЕРЕЗ судоходные шлюзы пропускаются суда с различными грузами на борту и осадкой носа и кормы.
Ик = 6,1 м, глубине на пороге верхней головы Нп = 5,8 м и напоре на камеру Н = 17,0 м. Судно имело длину I = 131,5 м и ширину вс = 16,5 м, а его водоизмещение при равномерной осадке S = 3,33 м получено равным Ж = 64 000 кН. Создание дифферента судна обеспечивалось перемещением твердого груза на нос или корму. Опыты проводились при соблюдении одинаковых условий шлюзования судов: при подъеме плоских ворот при наполнении на полную высоту Изп = 2,68 м с постоянной
Значительная часть сухогрузных судов имеет равномерную осадку носа и кормы, но пропускаются суда и с неравномерной осадкой, чаще всего на корму: в балласте, с большегрузными контейнерами и другими неравномерно расположенными на палубе или в трюмах грузами. Гидромеханические процессы, сопровождающие шлюзование этих судов, изучены недостаточно полно, в особенности по условиям их стоянки в процессе наполнения и опорожнения камер шлюзов.
скоростью из = 0,49 м/мин и при расположении судна в камере на расстоянии 16,0 м от его носа до балочной решетки. В процессе исследований выполнено 7 серий, включающих 42 опыта, при начальных дифферентах 0, 0,51,
0,99 и 1,47 м. Дифферент судна на нос или корму рассчитан относительно осадки по миделю. При совершенно одинаковых условиях проведены также дополнительные опыты с судном меньшего водоизмещения (Ж = 54 000 кН, 5 серий, 25 опытов).
з.п.
Гидравлические исследования усло-
вий стоянки сухогрузного судна с начальным дифферентом на нос или корму впервые проведены автором на модели шлюза № 6 Вол-го-Балтийского канала [1]. Модель шлюза, изготовленная в масштабе 1:32, имела полную длину камеры Ьк = 302,0 м и полезную ширину Впк = 18,24 м (для натуры). Исследования проводились с судном типа «Волго-Дон» при средней начальной глубине воды в камере
Результаты лабораторных исследований по оценке влияния на величины гидродинами-
ческих сил начального дифферента судна приведены в табл. 1. В ней указаны номера серий и число выполненных опытов в них, осадка носа и кормы судна, значения дифферентов, максимальные значения прямых (направленных к нижней голове) и обратных (направленных к
верхней голове) гидродинамических сил, моменты их наступления, а также их превышения (в %) над аналогичными силами для судна с равномерной осадкой. Измерения действующих на судно гидродинамических сил производились тензометрическим датчиком усилий.
Таблица 1
Результаты лабораторных исследований по оценке влияния на величины гидродинамических сил дифферента сухогрузного судна
№ серии Число опытов Водоизмещение, Ш, кН Осадка, £, м Дифферент, ДБ, м Максимальная гидродинамическая сила и время ее наступления, РЛ, кН/мин Превышение сил, %
с о Н а амр Й с о Н а амр аяям £ Обратная аяям Пря на тна р б О
1А 6 О о о 6 4,80 1,86 1,47 — 90,5 2,70 75,8 5,95 +41,4 +19,0
1Б 5 4,32 2,34 0,99 — 87,4 2,65 73,6 5,90 +36,6 +15,5
1В 5 3,84 2,82 0,51 — 79,0 2,65 67,5 6,02 +23,4 +6,0
1Г 11 3,33 3,33 0 0 64,0 1,14 63,7 5,99 0 0
1Д 5 2,82 3,84 — 0,51 70,4 2,57 63,05 5,90 +10,0 -1,0
1Е 5 2,34 4,32 — 0,99 71,3 2,61 61,0 5,81 +11,4 -4,2
1С 5 1,86 4,80 — 1,47 70,8 2,57 60,0 5,98 +10,6 -5,8
2А 5 о о о 5 4,29 1,35 1,47 — 60,3 1,98 72,0 6,17 +18,7 +31,0
2Б 5 3,81 1,83 0,99 — 54.1 2.01 69,0 5,87 +6,5 +25,5
2В 5 3,33 2,31 0,51 — 51,6 1,98 65,4 5,92 +1,6 +18,9
2Г 5 2,82 2,82 0 0 50,8 1,97 55,0 6,01 0 0
2Д 5 2,31 3,33 — 0,51 54,1 1,89 52,2 5,86 +6,5 -5,1
Анализ гидродинамических сил, действующих на судно в процессе наполнения камеры, показывает, что они носят четко выраженный волновой характер и насту-
пают в характерные моменты времени [1]. Так, например, третий пик прямой силы (наибольший по величине) наступает в момент времени
Выпуск 3
Выпуск 3
, с,
3 2 2
(1)
а максимальной обратной силы (первый пик) при
1 1
с, (2)
Ч = ки+\т* + \т<
где Т и Тс — периоды пробега длинной волны, соответственно в пределах полной длины камеры шлюза и длины судна;
Тк — период пробега волны на участке за кормой судна;
к = к /и — время остановки затвора
з.п з.п з г г
при подъеме на полную высоту, с.
Сравнение гидродинамических сил по величине, зафиксированных при разном начальном дифференте судов, показывает, что они несколько отличаются от аналогичных сил, действующих на суда с равномерной осадкой.
Наибольшее увеличение прямых сил наблюдается при дифференте на нос судна: примерно в 1,4 раза для судна водоизмещением 64 000 кН и в 1,2 раза для судна меньшего водоизмещения (см. рис. 1), а обратных со-
ответственно в 1,2 и 1,3 раза. Эти изменения зависят от величины дифферента судна: силы увеличиваются с увеличением дифферента судна. При дифференте на корму увеличение зафиксировано только для прямых сил (примерно в 1,1 раза), а для обратных сил наблюдается их уменьшение в 1,1 раза.
Выявленные закономерности изменений гидродинамических сил в опытах с судном, имеющим неравномерную осадку, связаны с уменьшением его устойчивости и изменением стеснений живого сечения камеры шлюза носом или кормой судна.
Для приближенной оценки величины волновой составляющей продольной гидродинамической силы, действующей на наклоненное судно при наполнении камеры шлюза с головной системой питания, используем формулу А. В. Михайлова [2], учтя в ней фактическое изменение скорости пробега длинных волн в пределах носа и кормы судна.
В этом случае неустановившееся движение воды в камере рассматривается как распространение длинной волны малой амп-
Рис. 1. Зависимости максимальных гидродинамических сил от дифферента судна
Рис. 2. Расчетная схема действия длинной волны в камере шлюза на судно с начальным дифферентом
литуды (см. рис. 2) и величина уклона поверхности воды в пределах наклонного судна определятся выражением
л
(3)
■ _ 2н 2к _
1
Он
Як
ск
где: Сн и Ск — скорости распространения длинной волны, соответственно у носа и кормы судна;
вн и <2к — аналогичные по носу и корме значения расходов воды.
Если выразить расходы Qн и Qк через расход 0, поступающий в створе подъемно-опускных ворот верхней головы [3], можно получить следующее выражение для определения величины гидродинамической силы, действующей на судно с начальным дифферентом:
р = 1 IV =
в„
Р1
Ь,
ск
кН,
(4)
где: и — коэффициен-
1к
ты, учитывающие плановое положение носа и кормы судна по длине камеры шлюза от створа поступления расхода 0, величина которого на начальной стадии наполнения камеры в момент времени ^ определяется выражением
б = Ц ^ м3/с, (5)
здесь ц — коэффициент расхода системы наполнения; а — угол ножа затвора плоских подъемно-опускных ворот.
Нетрудно показать, что при равномерной осадке судна полученное выражение для определения гидродинамического воздействия на наклонное судно превращается после несложных преобразований в известную формулу А. В. Михайлова:
¿е 1гд
р=
кН,
(6)
где — приращение расхода воды за еди-
с®
ж
ницу времени;
^ и ® — площади поперечного сечения соответственно камеры шлюза и погруженной части судна по миделю;
Д — коэффициент, учитывающий плановое положение судна по длине камеры.
Зависимость для определения гидродинамического воздействия на судно с неравномерной осадкой, как и формула А. В. Михайлова, получена в предположении линейного изменения волновой поверхности в пределах судна без учета сил трения и лобового сопротивления, однако она позволяет судить о закономерности изменения сил в зависимости от начального дифферента судна. При дифференте на нос величина силы будет увеличиваться, поскольку уменьшается скорость пробега длинной волны Сн, а при дифференте на корму, наоборот, силы уменьшаются, что подтверждается данными лабораторных исследований.
Выпуск 3
Выпуск 3
Список литературы
1. Гапеев А. М. Лабораторные исследования условий стоянки наливного судна «Волго-нефть» при наполнении камеры шлюза с головной системой питания // Гидравлика, водные пути, изыскания и гидротехническое строительство. — Л.: ЛИВТ, 1976.
2. Михайлов А. В. Судоходные шлюзы. — М.: Транспорт, 1966.
3. Маккавеев В. М. Гидромеханические процессы, сопровождающие шлюзование судов и методология лабораторных исследований // Тр. гидротехнической лаборатории им. проф. В. Е. Ти-монова. — Л.: Транспорт, 1930. — Вып. X.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ THE FEASIBILITY REPORT ON THE COMPLEX OF HYDRAULIC ENGINEERING CONSTRUCTIONS FOR SMALL SIZE VESSELS
В статье рассматриваются научно обоснованные предложения по возможным вариантам компоновки и конструкций защитных гидротехнических сооружений для яхтенного порта на акватории Финского залива.
In article scientifically well-founded offers by possible variants of configuration and variants of designs of protective hydraulic engineering constructions for port yachts on water area of gulf of Finland are considered.
Ключевые слова: защитные сооружения, естественные условия строительства, варианты компоновки и конструкций, экспертная оценка вариантов, сметная стоимость.
Key words: the protective constructions, natural conditions of building, variants of configuration and designs, expert estimation of variants, budget cost.
УДК:628(27)
П. А. Гарибин,
д-р техн. наук, профессор, СПГУВК;
М. Е. Миронов,
д-р техн. наук, профессор, СПГУВК;
И. Е. Расторгуев,
канд. экон. наук, доцент, СПГУВК
Введение
транспортно-логистических комплексов.
В Санкт-Петербурге с каждым годом возрастает инвестиционная активность,
связанная с использованием городского потенциала как морской столицы страны. В первую очередь это касается, конечно, развития портовой инфраструктуры и создания
Но немаловажным является и сфера туризма, рекреации и спорта на базе водномоторных и яхтенных центров, состоящих из прибрежного ресторанно-гостиничного сервиса и морской акватории, обустроенной для приема маломерных судов и организации морских соревнований и развлечений.
